一种用于控制裂解炉的反应温度的控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术针对现有技术中对裂解炉温度进行控制时温度波动大、稳定时间长的缺陷，提供一种能够克服上述缺陷的控制裂解炉的反应温度的控制系统和控制方法。一种用于控制裂解炉的反应温度的控制系统包括温度采集模块和二自由度内模控制器，其中：温度采集模块用于采集裂解炉的当前温度并将采集到的当前温度传送给二自由度内模控制器；二自由度内模控制器用于根据温度设定值和裂解炉的当前温度来调节裂解炉的加热装置的加热功率。本发明专利技术还提供一种用于控制裂解炉的反应温度的控制方法包括：采集裂解炉的当前温度并将采集到的当前温度传送给二自由度内模控制器；二自由度内模控制器根据温度设定值和裂解炉的当前温度来调节裂解炉的加热装置的加热功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动控制领域，尤其涉及。
技术介绍
在石油化工领域中，常用石油分馏产品作原料，通过采用比较高的温度使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，来提供有机化工原料。图1是现有蒸汽裂解反应装置的示意结构图，该蒸汽裂解反应装置包括裂解炉1、急冷器2、第一水冷分离罐3、第二水冷分离罐4、冰冷分离罐5和分析仪6，裂解炉I又包括对流段和辐射段(均未示出)。图1所示的蒸汽裂解反应装置的蒸汽裂解工艺流程为:将裂解原料和作为稀释剂的水送入裂解炉I的对流段中，两者在对流段中混合并且混合物的温度要达到横跨温度(即裂解原料经过对流段预热而进入辐射段之前的温度)；然后混合物进入裂解炉I的辐射段中进行裂解；裂解后的混合物之后通过急冷器2、第一水冷分离罐3、第二水冷分离罐4和冰冷分离罐5，并之后由分析仪6进行分析。现有的蒸汽裂解反应装置在对流段和辐射段中通常采用电阻炉进行加热，并通过炉管上的热电偶采集对流段和辐射段中的温度，之后控制系统对采集到的温度进行处理并根据处理结果来控制可控硅调压器以实现对对流段和辐射段温度的控制。现有的控制系统采用的是PID控制器。但是，由于电阻炉炉温控制的特点是时间常数大、惯性大、纯滞后大，而且裂解炉内各段的温度耦合影响强烈，所以导致在裂解炉的升温阶段的温度波动剧烈。而如果通过使温度设定值以小的斜率缓慢上升至给定温度来减小温度的波动幅度，则会大大增加实验时间，而且温度控制效果也不理想，温度波动依然存在，如图2所示；另一方面，由于原料的成分、流量会随着不同的实验要求而有所不同，从而导致在保温阶段进料时控制系统克服干扰的能力较差，温度波动过大，温度控制偏差超过±20°C，且稳定时间过长，根据原料的不同通常在20-30分钟左右，严重影响了原料的分析质量，造成实验原料的浪费，如图3所/Jn ο
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中裂解炉温度控制系统的上述缺陷，提供了一种能够克服上述缺陷的用于控制裂解炉的反应温度的控制系统和控制方法。一种用于控制裂解炉的反应温度的控制系统，该控制系统包括温度采集模块和二自由度内模控制器，其中:所述温度采集模块用于采集裂解炉的当前温度并将采集到的当前温度传送给所述二自由度内模控制器；所述二自由度内模控制器用于根据温度设定值和所述裂解炉的当前温度来调节所述裂解炉的加热装置的加热功率。本专利技术还提供一种用于控制裂解炉的反应温度的控制方法，该方法包括:采集裂解炉的当前温度并将采集到的当前温度传送给二自由度内模控制器； 所述二自由度内模控制器根据温度设定值和所述裂解炉的当前温度来调节所述裂解炉的加热装置的加热功率。由于本专利技术采用了在设定值跟踪性和扰动抑制性方面具有良好性能的二自由度内模控制器，所以根据本专利技术的控制系统和控制方法能够实现对裂解炉温度设定值的良好跟踪并抑制扰动，能够缩短温度上升时间和稳定时间，缩短实验时间。附图说明图1是现有蒸汽裂解反应装置的示意结构图；图2是采用现有技术的PID控制器对裂解炉升温阶段时的炉温进行控制的控制效果图；图3是采用现有技术的PID控制器对裂解炉保温阶段时的炉温进行控制的控制效果图； 图4根据本专利技术的用于控制裂解炉的反应温度的控制系统的框图；图5是根据本专利技术的二自由度内模控制器的结构图；图6是根据本专利技术的裂解炉温度传递函数的仿真结果与实际测量结果的比较图；图7是根据本专利技术的二自由度内模控制器与常规的PID控制器的控制效果比较图；图8是裂解炉升温阶段时根据本专利技术的二自由度内模控制器的控制效果图；图9是裂解炉保温阶段时根据本专利技术的二自由度内模控制器的控制效果图；图10是根据本专利技术的用于控制裂解炉的反应温度的控制方法的流程图。具体实施例方式下面结合附图来详细描述根据本专利技术的用于控制裂解炉的反应温度的控制系统和控制方法。如图4所示，根据本专利技术的用于控制裂解炉的反应温度的控制系统包括温度采集模块401和二自由度内模控制器402，其中:温度采集模块401用于采集裂解炉的当前温度并将采集到的当前温度传送给所述二自由度内模控制器402 ;所述二自由度内模控制器402用于根据温度设定值和所述裂解炉的当前温度来调节所述裂解炉的加热装置的加热功率，从而实现对裂解炉温度的控制。下面结合图5来详细描述根据本专利技术的二自由度内模控制器402的结构。如图5所示，二自由度内模控制器402包括内模控制模块501、裂解炉温度传递函数模块503和滤波器模块504，其中，裂解炉温度传递函数模块503构建了裂解炉的温度传递函数，即裂解炉的温度随着裂解炉加热装置的加热功率的变化模型。另外，为了便于说明二自由度内模控制器402的操作，在图5中还示出了受控对象502，在本文中受控对象502指的是裂解炉，其中裂解炉的温度会随着裂解炉加热装置的加热功率的变化而变化；而且，图5中的r表示温度设定值，y表示裂解炉的当前温度。二自由度内模控制器402的工作原理是:裂解炉的当前温度与裂解炉温度传递函数模块503的输出的差值被输入给滤波器模块504，滤波器模块504的输出和温度设定值被输入给内模控制模块501，内模控制模块501根据滤波器模块504的输出和所述温度设定值来调节作为裂解炉温度传递函数模块503的输入的所述加热功率。下面说明如何构建裂解炉温度传递函数模块503，即裂解炉温度传递函数。首先，选取加纯滞后传递函数模型，其可以是一阶、二阶或更多阶的传递函数模型。这里选取的是一阶加纯滞后传递函数模型，即:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制裂解炉的反应温度的控制系统，该控制系统包括温度采集模块和二自由度内模控制器，其中：所述温度采集模块用于采集裂解炉的当前温度并将采集到的当前温度传送给所述二自由度内模控制器；所述二自由度内模控制器用于根据温度设定值和所述裂解炉的当前温度来调节所述裂解炉的加热装置的加热功率。

【技术特征摘要】
1.一种用于控制裂解炉的反应温度的控制系统，该控制系统包括温度采集模块和二自由度内模控制器，其中: 所述温度采集模块用于采集裂解炉的当前温度并将采集到的当前温度传送给所述二自由度内模控制器； 所述二自由度内模控制器用于根据温度设定值和所述裂解炉的当前温度来调节所述裂解炉的加热装置的加热功率。2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述二自由度内模控制器包括内模控制模块、裂解炉温度传递函数模块和滤波器模块，其中: 所述裂解炉的当前温度与所述裂解炉温度传递函数模块的输出的差值被输入给所述滤波器模块，所述滤波器模块的输出和所述温度设定值被输入给所述内模控制模块，所述内模控制模块根据所述滤波器模块的输出和所述温度设定值来调节作为所述裂解炉温度传递函数模块的输入的所述加热功率。3.根据权利要求2所述的控制系统，其中，所述裂解炉温度传递函数模块所采用的温度传递函数根据所述加热功率与相应的裂解炉温度的对应关系以及采用的加纯滞后传递函数模型获得。4.根据权利要求3所述的控制系统，其中，所采用的加纯滞后传递函数模型为5.根据权利要求4所述的控制系统，其中，所述内模控制模块的传递函数为:6.根据权利要求5所述的控制系统，其中，所述滤波器模块采用一阶或二阶低通滤波器。7.一种用于控制裂...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙康，吴小英，李庆，吴瑾，刘瞻，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：