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催化裂化裝置中主要復雜控制回路的設計與實現

時間:2019年06月11日 所屬分類:推薦論文 點擊次數:

[摘要]介紹催化裂化裝置自動控制水平設計原則,主要工藝操作儀表邏輯控制。以某石化企業催化裝置中的再生器壓力控制、分餾塔頂壓力多路切換控制、三沖量控制等回路為例,對它們進行了設計與分析。 [關鍵詞]催化裂化裝置;串級控制;分程控制;三沖量控制 引言

  [摘要]介紹催化裂化裝置自動控制水平設計原則,主要工藝操作儀表邏輯控制。以某石化企業催化裝置中的再生器壓力控制、分餾塔頂壓力多路切換控制、三沖量控制等回路為例,對它們進行了設計與分析。

  [關鍵詞]催化裂化裝置;串級控制;分程控制;三沖量控制

化工自動化及儀表

  引言

  催化裂化裝置是煉油生產的主要裝置之一,簡單控制已經無法滿足工藝生產要求,采用先進、可靠、經濟的儀表和控制技術,可以保證裝置長周期安全運行,減少工藝操作人員和儀表維護人員。控制系統應用于裝置生產過程的所有溫度、壓力、流量、液位、效率等的測量、調節、顯示、記錄、積算以及有關的報表打印等功能,實現了計算機優化自動控制操作。不僅使操作更平穩,而且能實現產品質量的卡邊操作,最終達到產品質量好、產品收率高、工藝能耗低、經濟效益可觀的效果。

  1裝置控制回路介紹

  控制回路總計90套:單回路65套,復雜控制回路25套。其中復雜控制回路包括:串級回路13套,分程控制回路4套,三沖量控制3套,比值控制2套,超弛控制2套,多路切換控制1套。

  2裝置主要復雜控制回路

  2.1再生器壓力分程控制

  2.1.1再生器壓力控制是反應-再生系統的關鍵控制回路

  本裝置再生器壓力控制采用如下控制方案:再生器壓力(PICA10101)控制采用分程控制,雙動滑閥(PV10101A/B)的全行程工作范圍的輸入信號為0~50%,在系統組態時通過信號轉換器,將輸入信號從0~50%轉換成0~100%,輸出給雙動滑閥電液執行機構;煙機入口高溫型調節閥(PV10101C)在再生器壓力控制回路中的分程控制范圍是50~100%,但是出于安全方面的考慮,此閥應采用氣開式(與雙動滑閥相反),因此在分程控制回路中應設置信號反向器,即輸入50~100%,輸出100~0%,(此信號在系統組態時,通過反向信號轉換器來實現)。

  2.1.2回路控制描述

  當再生器壓力高于壓力調節器的給定值時,先開大煙機入口蝶閥,若蝶閥全開仍不能維持再生器壓力,則打開雙動滑閥以維持再生器壓力的平穩;反之,當再生器壓力低于壓力調節器的給定值時,先關小雙動滑閥,繼而再關小煙機入口蝶閥以維持再生器壓力。

  2.2煙機超速控制及保護

  在煙機的支座上裝有五支檢測機組轉速的AIRPAX轉速探頭(SE40101、SE40102、SE40103、SE40104、SE40105)。其中一支(SE40101)用于轉速控制信號,三支(SE40102、SE40103、SE40104)用于三取二作為機組轉速超速聯鎖信號,還有一支(SE40105)用于現場轉速指示。裝置正常生產時,再生器壓力調節器輸出信號經分程后分別控制煙機入口蝶閥和旁路雙動滑閥。機組在正常運行時,轉速總是低于轉速調節器的給定值,由于該調節器設置為反作用,所以其輸出總是最大值而不會被低選選中,此時再生器壓力調節器分程控制煙機入口蝶閥和旁路雙動滑閥來保證再生器壓力的穩定。

  機組在正常運行中,電機處于發電工況時突然脫網,煙機轉速隨即上升。當轉速高于轉速調節器給定值時,轉速調節器(反作用)輸出下降而被低選選中,此時煙機入口蝶閥受轉速調節器控制而關小,使轉速不再上升。煙機入口蝶閥關小后,此時再生器壓力調節器(反作用)會自動開啟旁路雙動滑閥。

  當煙機入口蝶閥受轉速調節器控制時,機組處于恒轉速運行,此時若再生器壓力下降,再生器壓力調節器輸出增大,關閉旁路雙動滑閥,若再生器壓力升高,此信號經反作用調節器則不斷下降,當低于轉速調節器輸出時低選選中再生器壓力信號,經反向器后煙機入口蝶閥開大,此時煙機入口蝶閥又回復到受再生器壓力調節器控制狀況。

  2.3分餾塔頂壓力多路切換控制

  該復雜控制系統,由PRC20101壓力控制器為主調控制,與五個單元控制回路組成可變換控制系統。在開工過程中,操作人員根據不同時期的工藝情況,通過組合選擇,可實現不同階段的過程自動控制。

  2.3.1烘器階段

  通過HIC10101手操器控制沉降器頂的HV10101放空閥的開度,來控制反應器的壓力,其目的是控制兩器的升溫速度。

  2.3.2建立汽封至兩器流化試驗階段

  用分餾塔頂PRC20101壓力調節器,通過PRC20101D控制進分餾塔頂干氣管線上的PV20101D調節閥,及用PRC20101E分餾塔頂油氣出口分支管線上的PV20101E蝶閥開度,來保持反應壓力穩定。

  2.3.3反應進油后到富氣壓縮機投運前

  采用PRC20101分餾塔頂壓力調節器,通過PRC20101B控制壓縮機入口富氣PV20101B放火炬小閥。壓縮機入口富氣放火炬配有PIC50101A壓力調節器,和PV50101A放火炬大閥(粗調)來控制反應壓力。

  2.3.4富氣壓縮機正常運行

  采用PRC20101分餾塔頂壓力調節器,通過PRC20101A控制富氣壓縮機組的轉速來保證反應壓力的平穩,此時,富氣壓縮機入口放火炬大、小閥均自動關閉。

  2.3.5富氣壓縮機組突然故障

  富氣壓縮機入口設獨立的PIC50101A壓力控制回路,通過調節PV50101A放火炬大蝶閥保證機組入口壓力平穩。該壓力調節器的給定值比正常操作值高10~20kPa,當富氣壓縮機組故障停機時,機組入口放火炬大小蝶閥自動調節以保證反應壓力不超高。

  2.4中壓汽水分離器三沖量控制

  汽包V501A就是汽水分離器,需要穩定的重要參數是液位。液位太高,容易造成蒸汽帶水,影響下游設備安全或工藝的平穩運行;液位太低,容易造成汽包“干鍋”,影響汽包及相應設備的安全。汽包液位受蒸汽負荷變化、給水流量變化、熱負荷變化影響而容易形成虛假液位。因此為了克服汽包虛假液位,液位的控制采用三沖量控制。

  2.4.1調節回路組成

  三沖量控制系統由汽包液位調節器LIC-60101為主調參數、汽包出口蒸汽流量FQI60102、汽包壓力PIC60101與汽包上水流量調節器FIC-60101構成雙前饋控制,實現了主調參數與前饋控制組成的三沖量控制系統,即串級加前饋控制系統。

  2.4.2調節過程描述

  1)液位串級控制當汽包液位LIC60101增加,液位調節器輸出減小,通過FY60101加法器與前饋信號求和后,作為上水流量FIC60101的外給定,給定減小流量調節器輸出增加,上水調節閥FV60101關小。則流量減小,液位下降,液位回到正常值。

  2)壓力控制副環單回路控制,當汽包壓力增加,壓力調節器輸出增加,大于設定值時,放空調節閥打開,汽包壓力下降。低于設定值時,放空調節閥關閉。

  3)前饋控制當FI60102汽包出口蒸汽流量增加,通過FQ60102累加求和運算,輸出增加,再通過FY60101加法器與液位信號求和后,作為上水流量調節器FIC60101的外給定,上水流量調節器輸出減小,調節閥FV60101開大,上水流量增加。實現了快速跟蹤,超前調節的作用,克服了輸出流量和壓力的變化對液位產生的擾動。

  2.5余熱鍋爐空氣燃料氣比值控制

  燃料氣量與風量相匹配,確保爐內高效燃燒,根據燃料氣流量FT70302確定助燃空氣流量FT70301自動調節風門擋板FV70301A/B開度。燃料氣流量與助燃空氣流量的配比為1:10。

  2.5.1調節回路組成

  該比值控制回路由燃料氣流量FT70302調節器FIC70302和助燃氣流量FT70301調節器FIC70301組成比值控制,控制風門擋板FV70301A/B開度,手動切換開關SW可選擇投用風門擋板A或B。

  2.5.2調節過程描述

  為了確保爐內的高效燃燒,燃料氣流量FIC70302與助燃氣流量FIC70301組成比值控制,配比為1:10。當燃料氣流量增加時FIC70302輸出增大,經計算器FY70301計算大于1/10,計算器輸出增加,風門擋板開度開大,助燃氣流量增大,空燃比趨于1/10。

  減小時相反。當助燃氣流量增大時,FIC70301輸出增大,經計算器FY70301計算小于1/10,計算器輸出減小,風門擋板開度關小,助燃氣流量減小,空燃比趨于1/10。減小時相反。

  2.6原料油壓力分程控制

  加氫重油自RDS分兩路到原料油罐和返回灌區,原料油罐的進口壓力控制原料油返回灌區的兩個調節閥,在PICA20201壓力控制器輸出0~50%控制PV-20201A小閥,輸出50~100%時控制PV-20201B大閥,從而實現原料油罐的進口壓力的穩定。

  2.7R1101A反應提升管溫度與再生滑閥差壓低選控制

  正常運行時,TRCA10104反應溫度控制再生滑閥的開度,調整再生催化劑的循環量,來保證反應溫度的平穩。一旦再生滑閥開度過大,而使滑閥壓降過小,再生滑閥壓降調節器PDCA10106將自動取代TRCA10104反應溫度的控制,減小再生滑閥的開度,增加差壓值,以防油氣、催化劑倒竄而發生危險。當反應器提升管出口溫度升高時,TI-10204B/C輸出減小,經TY10104低選器與PDRCA10112比較,低選溫度,輸出控制TV1024閥關小,則催化劑循環量下降,溫度下降。

  2.8沉降器藏量超弛控制

  反應沉降器的藏量,由WRCA-10102沉降器藏量控制器控制WV10102待生滑閥的開度,調整待生催化劑的循環量,來保證反應沉降器藏量的平穩。開度越大,差壓越小,越容易引起油氣、催化劑倒竄,發生事故。當WT-10102沉降器藏量變大時,調節器輸出增大,WV-10102待生滑閥開大,藏量減小,恢復到正常值。正常生產情況下WRCA-10102的輸出值不會低于PDRCA-10112輸出值。

  3結束語

  筆者針對某石化企業催化裂化裝置中的主要工藝復雜控制回路進行了分析設計。設計正確的復雜控制回路對純滯后較大、時間常數較大且干擾多而劇烈等現象具有良好的控制作用,對裝置長周期安全穩定運行具有積極的作用和意義。

  參考文獻:

  [1]于媛美,吉沖,趙智敏.輕汽油加氫醚化裝置中復雜控制回路的設計[J].化工自動化及儀表,2018,45(335):595~597。

  [2]陸德民.石油化工自動化控制設計手冊[M].北京:化學工業出版社,2013:340.

  [3]歷玉鳴.化工儀表及自動化[M].北京:化學工業出版社,2006:4.

  [4]馬伯文.催化裂化裝置技術問答[M].北京:中國石化出版社,2007:440.

  化工類刊物推薦:《化工自動化及儀表》(月刊)1965年創刊,是由國家科委批準,國內外公開發行的工業應用性專業科技期刊。讀者對象為化工、石油化工、冶金、電力、醫藥、造紙、紡織等行業工程技術人員及項目負責人;全國各大科研設計院所工程設計人員及大專院校師生。

  

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