一种提高大型乙烯裂解炉作业效率的生产批调度控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化工流程工业技术领域，具体涉及一种提高大型乙烯裂解炉作业效率 的生产批调度控制方法。
【背景技术】
[0002] 乙烯工业是石油化工产业的核心；乙烯又是三大合成材料和精细化工产品的基本 原料，是世界上产量最大的化学产品之一，其产品占石化产品的70%以上。世界上已将乙烯 产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。"十一五"期间，我国乙烯工业 发展迅速，到2011年底我国乙烯总产能达到1531万吨/年，成为全球仅次于美国的第二大 乙烯生产国。由于我国建材、家电、汽车工业的快速发展，未来几年我国单体乙烯基本能够 实现自给，而当量乙烯消费量缺口仍较大，我国乙烯工业仍有一定的发展潜力。
[0003] 乙烯生产全流程属于连续、多阶段的联产品生产过程，无中间储罐。多种裂解原料 如丙烷馏分、丁烷馏分、重整液化气（主要成分是丙烷和丁烷）、重整拔头油（C5烃类）、直 溜石脑油及不凝气（C2，C3)、粗丙稀。同时生产出包括乙烯、丙烯、丁二烯在内的多种产品。 全流程主要生产阶段分为为裂解、冷却、压缩和分离，乙烯生产工艺流程如图1所示。其中 裂解阶段完成主要的断链化学反应，很大程度决定了主要产品（乙烯和丙烯）的最终收率， 由大型并行裂解炉完成。裂解反应发生在裂解管中，并伴随结焦现象。随着焦层累积，将阻 挡热量传递和裂解气流量，从而导致乙烯收率的下降。为保证原料的利用率和乙烯的收率， 减少燃料消耗，以及裂解炉安全运转，需要定期进行装置停炉清焦操作。并行裂解炉连续和 安全生产需要考虑原料的供应量，裂解炉的生产和清焦时间，产品（乙烯和丙烯）收率，能 耗指标，设备安全等诸多因素。
[0004] 国内乙烯的原料以石脑油等重质原料为主，且原料供应不足。重质原料存在收率 低、易结焦等不利因素。为保证乙烯产量，最大化原料的利用率，通常采用产品收率相对恒 定的生产模式，即不断提高炉膛温度，保证裂解温度。裂解炉的清焦时间则通过在线定时测 定装置外侧温度来决策。由于裂解过程复杂，不同原料结焦速率不同，焦层沿管壁分布不均 匀，清焦设备资源有限，经验和测温方法制定的清焦策略造成生产现场清焦节奏混乱，经常 出现过早或过晚清焦的情况，而过早清焦带来不必要的清焦费用，降低生产能力；延迟清焦 则造成炉管堵塞，需停产替换炉管，通常炉管是以组为单位进行替换，更换费用不菲，且需 要时间和人力。如何控制裂解炉生产和清焦时间，合理分配清焦资源，优化控制燃料能耗指 标和炉管更换量，从而提高裂解作业效率，节能和降低生产费用是乙烯裂解生产现场亟待 解决的关键技术问题。
[0005] 国外文献 " Jai n V，Gr〇 s smann I E? Cy c I i c sche du I ing 〇f continuous parallel-process units with decaying performance,AIChE Journal, 1998, 44 (7) : 1623-1636. "提出的数学方法是针对原料充足情况下操作工艺环境 不变，产品收率自然恶化的周期生产模式量身设计的生产控制优化方法。原料不充足情况 下生产模式通常是非周期的；生产运作环境改变将导致控制方法的不可移植。因此有必要 重新设计一种新的适用于我国乙烯生产工艺条件的控制优化策略。
[0006] 中国专利"乙烯裂解炉的成套优化控制方法"（【申请号】2012100555951)是从裂解 反应工艺角度建立单个裂解炉工艺反应模型，用于控制反应深度和能耗，优化反应工艺参 数，控制出口温度。该专利只考虑单装置一个裂解周期裂解动态过程建模，操作优化控制与 实施，控制变量是稀释比和炉管出口温度参数，目标是裂解作业能耗最小。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术存在的不足，本发明提供一种提高大型乙烯裂解炉作业效率的生产 批调度控制方法。
[0008] 本发明的技术方案是：
[0009] -种提高大型乙烯裂解炉作业效率的生产批调度控制方法，包括以下步骤：
[0010] 步骤1 :建立乙烯裂解作业生产数据库，该数据库中的数据包括乙烯裂解生产中 物料的物性参数、工况数据和清焦设备参数；
[0011] 物料的物性参数包括结焦速率数据和乙烯裂解产品的平均收率；
[0012] 工况数据包括：原料在裂解炉的流率、各裂解炉的产品收率、各裂解炉的平均结焦 速率、不同裂解炉连续裂解周期的上限和下限、各裂解炉的平均清焦周期和燃料能耗指标、 焦层累积厚度上限；
[0013] 市场、库存及费用数据包括：各种原料的安全库存、原料供应率、产品市场需求率、 单位原料市场价格、产品市场价格、裂解炉生产、设备折旧费、清焦费用；
[0014] 清焦设备参数包括平均清焦时间和清焦能力；
[0015] 步骤2 :采集乙烯裂解工业现场的物料的物性参数、实时工况数据和市场、库存及 费用数据，并在乙烯裂解作业生产数据库中选取最接近的物料的物性参数、实时工况数据 和市场、库存及费用数据；
[0016] 步骤3 :建立以最大化生产计划期上乙烯裂解作业总生产净利润为目标的生产批 调度控制模型；
[0017] 将裂解炉一个连续生产周期定义为一个生产批次；
[0018] 该模型的决策变量包括离散决策变量和连续决策变量；
[0019] 离散决策变量包括：裂解原料在裂解炉裂解批次的分配、每个生产批次各裂解炉 清焦顺序；
[0020] 连续决策变量包括：裂解原料在裂解炉各生产批次的连续裂解时间、裂解原料在 生产过程中各生产批次结束时的平均库存量、裂解炉的各生产批次生产时间和裂解炉的各 生产批次开始生产时间；
[0021] 该模型的输入包括在乙烯裂解作业生产数据库中选取的最接近的物料的物性参 数、实时工况数据和市场、库存及费用数据；
[0022] 生产计划期上裂解作业总生产净利润即产品总收入减去原料总费用、生产费用、 库存费用和清焦费用；
[0023] 生产批调度控制模型的约束条件包括裂解原料库存平衡约束、工艺操作约束、安 全生产约束和产品需求约束；
[0024] 生产批调度控制模型的约束条件具体如下：
[0025] 裂解原料库存平衡约束，即相邻生产批次的裂解原料库存量之差等于供应量减去 加工量；
[0026] 工艺操作约束包括：（1)每个生产批次里的裂解原料种类不超过裂解原料总数， 即一种裂解原料在某个裂解炉一个生产批次内的生产是连续的；（2)所有种类的裂解原料 在生产计划期内均被生产，至少生产一个生产批次；(3)裂解炉清焦操作约束，即并行的裂 解炉顺序进行清焦操作；(4)生产时间约束：如果裂解原料分配给某个裂解炉的某个生产 批次进行生产，则其连续生产时间满足不同裂解炉连续裂解周期的上限和下限限制；（5) 一个裂解炉某个生产批次生产时间是各个裂解原料生产时间之和；(6)裂解炉的生产批次 的生产时间满足批次生产时间上限约束；（7)同一裂解炉相邻生产批次间的时间约束：同 一裂解炉相邻两个生产批次中，前一生产批次的结束时间加上清焦时间小于下一生产批次 的开始时间；（8)所有裂解炉的生产批次开始时间约束和结束时间约束；（9)不同裂解炉之 间不能同时清焦；
[0027] 安全生产约束即各裂解炉累积焦层厚度限制；
[0028] 产品需求约束即各乙烯裂解产品产量要求。
[0029] 步骤4 :求解生产批调度控制模型，得到裂解原料在裂解炉裂解批次的分配、每个 生产批次各裂解炉清焦顺序、裂解原料在裂解炉各生产批次的连续裂解时间、裂解原料在 生产过程中各生产批次结束时的平均库存量、裂解炉的各生产批次生产时间和裂解炉的各 生产批次开始生产时间，这些决策变量构成生产批调度控制方案；
[0030] 步骤5 :利用灵敏度分析技术设定原料供应率，原料平均结焦速率，裂解炉焦层厚 度限制的波动范围，修正生产批调度控制方案；
[0031] 步骤6:将修正后的生产批调度控制方案传输给二级过程控制系统，完成对乙烯 裂解生产批调度控制。
[0032] 所述步骤4按以下具体步骤进行：
[0033] 步骤4. 1:根据乙烯裂解结焦速率数据和乙烯裂解产品的平均收率，给定一组裂 解原料分配和清焦排序方案，包括裂解原料在裂解炉裂解批次的分配和每个生产批次裂解 炉清焦顺序，即给定一组离散决策变量；
[0034] 步骤4. 2:根据该组离散决策变量求解出其