乙烯是重要的化工基础原料之一,其生产水平已成为衡量一个国家的石油化工工业发展水平的重要标志。石脑油裂解制乙烯技术是目前发展最充分和应用最广的乙烯生产技术。石脑油以多组反应并行的方式在裂解炉中发生裂解反应。裂解炉中任何一部分发生故障或任一组炉管的运行参数偏离其它炉管的运行参数都有可能造成严重的安全事故。因此对乙烯裂解炉装置进行过程监测与故障诊断具有重要的理论价值和实际意义。在整个乙烯裂解周期中,裂解过程参数会发生多次调整。每一次调整都会产生新的稳定状态,对乙烯裂解过程的多运行状态监测与故障诊断是一个研究难点。本文根据真实工业数据,分析了不同工况下的数据特征,发现不同工况下的运行参数间的相关关系具有相似性。基于小波滤波和移动平均法,提出了一种过程运行状态的识别方法,正确判断过程变化是因故障引起,还是由于操作状态的主动调整所致。为了能够在多运行数据中及时识别过程故障的发生,本文基于主元分析法,提出了一种可在线进行故障识别和诊断的方法,对故障的正确识别率可达98%,误报率为1.6%。在乙烯裂解过程中,会不断产生焦炭并附着在炉管内表面,降低炉管传热性能,使炉管外表面温度逐渐升高。当炉管外面温度接近材料极限时,必须进行清焦作业,防止发生炉管断裂事故。由于炉膛内部环境恶劣,无法实现炉管表面温度实时测量。裂解产物中关键组分的相对含量直接关系到乙烯工厂的利润,由于检测方法的限制无法得到实时组分数据。本文基于偏最小二乘,建立了炉管表面温度软测量模型和产物组分相对含量软测量模型。对炉管表面温度和关键组分相对含量的预测平均相对误差均低于1.1%。