專利名稱：一種用于控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制系統(tǒng)和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種用于控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制系統(tǒng)和控制方法。
背景技術(shù)：
在石油化工領(lǐng)域中，常用石油分餾產(chǎn)品作原料，通過采用比較高的溫度使具有長鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴，來提供有機(jī)化工原料。圖1是現(xiàn)有蒸汽裂解反應(yīng)裝置的示意結(jié)構(gòu)圖，該蒸汽裂解反應(yīng)裝置包括裂解爐1、急冷器2、第一水冷分離罐3、第二水冷分離罐4、冰冷分離罐5和分析儀6，裂解爐I又包括對流段和輻射段(均未示出)。圖1所示的蒸汽裂解反應(yīng)裝置的蒸汽裂解工藝流程為:將裂解原料和作為稀釋劑的水送入裂解爐I的對流段中，兩者在對流段中混合并且混合物的溫度要達(dá)到橫跨溫度(即裂解原料經(jīng)過對流段預(yù)熱而進(jìn)入輻射段之前的溫度)；然后混合物進(jìn)入裂解爐I的輻射段中進(jìn)行裂解；裂解后的混合物之后通過急冷器2、第一水冷分離罐3、第二水冷分離罐4和冰冷分離罐5，并之后由分析儀6進(jìn)行分析?，F(xiàn)有的蒸汽裂解反應(yīng)裝置在對流段和輻射段中通常采用電阻爐進(jìn)行加熱，并通過爐管上的熱電偶采集對流段和輻射段中的溫度，之后控制系統(tǒng)對采集到的溫度進(jìn)行處理并根據(jù)處理結(jié)果來控制可控硅調(diào)壓器以實(shí)現(xiàn)對對流段和輻射段溫度的控制?，F(xiàn)有的控制系統(tǒng)采用的是PID控制器。但是，由于電阻爐爐溫控制的特點(diǎn)是時(shí)間常數(shù)大、慣性大、純滯后大，而且裂解爐內(nèi)各段的溫度耦合影響強(qiáng)烈，所以導(dǎo)致在裂解爐的升溫階段的溫度波動(dòng)劇烈。而如果通過使溫度設(shè)定值以小的斜率緩慢上升至給定溫度來減小溫度的波動(dòng)幅度，則會(huì)大大增加實(shí)驗(yàn)時(shí)間，而且溫度控制效果也不理想，溫度波動(dòng)依然存在，如圖2所示；另一方面，由于原料的成分、流量會(huì)隨著不同的實(shí)驗(yàn)要求而有所不同，從而導(dǎo)致在保溫階段進(jìn)料時(shí)控制系統(tǒng)克服干擾的能力較差，溫度波動(dòng)過大，溫度控制偏差超過±20°C，且穩(wěn)定時(shí)間過長，根據(jù)原料的不同通常在20-30分鐘左右，嚴(yán)重影響了原料的分析質(zhì)量，造成實(shí)驗(yàn)原料的浪費(fèi)，如圖3所
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中裂解爐溫度控制系統(tǒng)的上述缺陷，提供了一種能夠克服上述缺陷的用于控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制系統(tǒng)和控制方法。一種用于控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括溫度采集模塊和二自由度內(nèi)?？刂破鳎渲?所述溫度采集模塊用于采集裂解爐的當(dāng)前溫度并將采集到的當(dāng)前溫度傳送給所述二自由度內(nèi)?？刂破鳎凰龆杂啥葍?nèi)?？刂破饔糜诟鶕?jù)溫度設(shè)定值和所述裂解爐的當(dāng)前溫度來調(diào)節(jié)所述裂解爐的加熱裝置的加熱功率。
本發(fā)明還提供一種用于控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制方法，該方法包括:采集裂解爐的當(dāng)前溫度并將采集到的當(dāng)前溫度傳送給二自由度內(nèi)模控制器； 所述二自由度內(nèi)?？刂破鞲鶕?jù)溫度設(shè)定值和所述裂解爐的當(dāng)前溫度來調(diào)節(jié)所述裂解爐的加熱裝置的加熱功率。由于本發(fā)明采用了在設(shè)定值跟蹤性和擾動(dòng)抑制性方面具有良好性能的二自由度內(nèi)?？刂破鳎愿鶕?jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)和控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)對裂解爐溫度設(shè)定值的良好跟蹤并抑制擾動(dòng)，能夠縮短溫度上升時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。


圖1是現(xiàn)有蒸汽裂解反應(yīng)裝置的示意結(jié)構(gòu)圖；圖2是采用現(xiàn)有技術(shù)的PID控制器對裂解爐升溫階段時(shí)的爐溫進(jìn)行控制的控制效果圖；圖3是采用現(xiàn)有技術(shù)的PID控制器對裂解爐保溫階段時(shí)的爐溫進(jìn)行控制的控制效果圖； 圖4根據(jù)本發(fā)明的用于控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制系統(tǒng)的框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的二自由度內(nèi)?？刂破鞯慕Y(jié)構(gòu)圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的裂解爐溫度傳遞函數(shù)的仿真結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果的比較圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的二自由度內(nèi)模控制器與常規(guī)的PID控制器的控制效果比較圖；圖8是裂解爐升溫階段時(shí)根據(jù)本發(fā)明的二自由度內(nèi)模控制器的控制效果圖；圖9是裂解爐保溫階段時(shí)根據(jù)本發(fā)明的二自由度內(nèi)?？刂破鞯目刂菩Ч麍D；圖10是根據(jù)本發(fā)明的用于控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的用于控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制系統(tǒng)和控制方法。如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的用于控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制系統(tǒng)包括溫度采集模塊401和二自由度內(nèi)?？刂破?02，其中:溫度采集模塊401用于采集裂解爐的當(dāng)前溫度并將采集到的當(dāng)前溫度傳送給所述二自由度內(nèi)?？刂破?02 ;所述二自由度內(nèi)?？刂破?02用于根據(jù)溫度設(shè)定值和所述裂解爐的當(dāng)前溫度來調(diào)節(jié)所述裂解爐的加熱裝置的加熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對裂解爐溫度的控制。下面結(jié)合圖5來詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的二自由度內(nèi)?？刂破?02的結(jié)構(gòu)。如圖5所示，二自由度內(nèi)?？刂破?02包括內(nèi)模控制模塊501、裂解爐溫度傳遞函數(shù)模塊503和濾波器模塊504，其中，裂解爐溫度傳遞函數(shù)模塊503構(gòu)建了裂解爐的溫度傳遞函數(shù)，即裂解爐的溫度隨著裂解爐加熱裝置的加熱功率的變化模型。另外，為了便于說明二自由度內(nèi)?？刂破?02的操作，在圖5中還示出了受控對象502，在本文中受控對象502指的是裂解爐，其中裂解爐的溫度會(huì)隨著裂解爐加熱裝置的加熱功率的變化而變化；而且，圖5中的r表示溫度設(shè)定值，y表示裂解爐的當(dāng)前溫度。二自由度內(nèi)?？刂破?02的工作原理是:裂解爐的當(dāng)前溫度與裂解爐溫度傳遞函數(shù)模塊503的輸出的差值被輸入給濾波器模塊504，濾波器模塊504的輸出和溫度設(shè)定值被輸入給內(nèi)?？刂颇K501，內(nèi)?？刂颇K501根據(jù)濾波器模塊504的輸出和所述溫度設(shè)定值來調(diào)節(jié)作為裂解爐溫度傳遞函數(shù)模塊503的輸入的所述加熱功率。下面說明如何構(gòu)建裂解爐溫度傳遞函數(shù)模塊503，即裂解爐溫度傳遞函數(shù)。首先，選取加純滯后傳遞函數(shù)模型，其可以是一階、二階或更多階的傳遞函數(shù)模型。這里選取的是一階加純滯后傳遞函數(shù)模型，即:
權(quán)利要求
1.一種用于控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括溫度采集模塊和二自由度內(nèi)?？刂破?，其中: 所述溫度采集模塊用于采集裂解爐的當(dāng)前溫度并將采集到的當(dāng)前溫度傳送給所述二自由度內(nèi)模控制器； 所述二自由度內(nèi)模控制器用于根據(jù)溫度設(shè)定值和所述裂解爐的當(dāng)前溫度來調(diào)節(jié)所述裂解爐的加熱裝置的加熱功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中，所述二自由度內(nèi)模控制器包括內(nèi)?？刂颇K、裂解爐溫度傳遞函數(shù)模塊和濾波器模塊，其中: 所述裂解爐的當(dāng)前溫度與所述裂解爐溫度傳遞函數(shù)模塊的輸出的差值被輸入給所述濾波器模塊，所述濾波器模塊的輸出和所述溫度設(shè)定值被輸入給所述內(nèi)?？刂颇K，所述內(nèi)?？刂颇K根據(jù)所述濾波器模塊的輸出和所述溫度設(shè)定值來調(diào)節(jié)作為所述裂解爐溫度傳遞函數(shù)模塊的輸入的所述加熱功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其中，所述裂解爐溫度傳遞函數(shù)模塊所采用的溫度傳遞函數(shù)根據(jù)所述加熱功率與相應(yīng)的裂解爐溫度的對應(yīng)關(guān)系以及采用的加純滯后傳遞函數(shù)模型獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其中，所采用的加純滯后傳遞函數(shù)模型為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)?？刂颇K的傳遞函數(shù)為:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中，所述濾波器模塊采用一階或二階低通濾波器。
7.一種用于控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制方法，該方法包括: 采集裂解爐的當(dāng)前溫度并將采集到的當(dāng)前溫度傳送給二自由度內(nèi)模控制器； 所述二自由度內(nèi)?？刂破鞲鶕?jù)溫度設(shè)定值和所述裂解爐的當(dāng)前溫度來調(diào)節(jié)所述裂解爐的加熱裝置的加熱功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法，其中，所述二自由度內(nèi)?？刂破靼▋?nèi)模控制模塊、裂解爐溫度傳遞函數(shù)模塊和濾波器模塊，并且所述二自由度內(nèi)?？刂破鞲鶕?jù)溫度設(shè)定值和所述裂解爐的當(dāng)前溫度來調(diào)節(jié)所述裂解爐的加熱裝置的加熱功率包括: 所述裂解爐的當(dāng)前溫度與所述裂解爐溫度傳遞函數(shù)模塊的輸出的差值被輸入給所述濾波器模塊，所述濾波器模塊的輸出和所述溫度設(shè)定值被輸入給所述內(nèi)?？刂颇K，所述內(nèi)?？刂颇K根據(jù)所述濾波器模塊的輸出和所述溫度設(shè)定值來調(diào)節(jié)作為所述裂解爐溫度傳遞函數(shù)模塊的輸入的所述加熱功率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其中，所述裂解爐溫度傳遞函數(shù)模塊所采用的溫度傳遞函數(shù)根據(jù)所述加熱功率與相應(yīng)的裂解爐溫度的對應(yīng)關(guān)系以及采用的加純滯后傳遞函數(shù)模型獲得。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制方法，其中，所采用的加純滯后傳遞函數(shù)模型為
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制方法，其中，所述內(nèi)?？刂颇K的傳遞函數(shù)為:
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制方法，其中，所述濾波器模塊采用一階或二階低通濾波器。
全文摘要
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中對裂解爐溫度進(jìn)行控制時(shí)溫度波動(dòng)大、穩(wěn)定時(shí)間長的缺陷，提供一種能夠克服上述缺陷的控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制系統(tǒng)和控制方法。一種用于控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制系統(tǒng)包括溫度采集模塊和二自由度內(nèi)模控制器，其中溫度采集模塊用于采集裂解爐的當(dāng)前溫度并將采集到的當(dāng)前溫度傳送給二自由度內(nèi)模控制器；二自由度內(nèi)模控制器用于根據(jù)溫度設(shè)定值和裂解爐的當(dāng)前溫度來調(diào)節(jié)裂解爐的加熱裝置的加熱功率。本發(fā)明還提供一種用于控制裂解爐的反應(yīng)溫度的控制方法包括采集裂解爐的當(dāng)前溫度并將采集到的當(dāng)前溫度傳送給二自由度內(nèi)?？刂破?；二自由度內(nèi)模控制器根據(jù)溫度設(shè)定值和裂解爐的當(dāng)前溫度來調(diào)節(jié)裂解爐的加熱裝置的加熱功率。
文檔編號C10G9/24GK103074098SQ20111033008
公開日2013年5月1日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者孫康, 吳小英, 李慶, 吳瑾, 劉瞻 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院