催化裂化控制方案

催化裂化控制方案

催化裂化是炼油加工企业中提高原油加工深度，生产高辛烷值汽油，柴油和液化气的最重要的一种重油轻质化工艺过程。它由反应再生，分馏，吸收稳定，催化剂再生和烟气轮机动力回收4个过程构成。流程图如下：

一、各个工艺过程的简介

反应再生：设备由反应器，再生器联合构成，原料油经喷嘴喷入稀相提升管，在其中与催化剂接触，发生裂化反应。原料为各类渣油，延迟焦化馏出油，脱沥青油，参见下图。（以并列式催化裂化反应再生系统流程为例）

分馏系统：分馏系统的任务主要是把反应器（沉降器）顶部的气态产物按沸点范围分割成富气，汽油，轻柴油，重柴油，回炼油和油浆等馏分。

吸收稳定系统：吸收稳定的主要作用是加工来自催化裂化分馏塔顶油气分离出来的石脑油和富气。目的是保证汽油蒸汽压合格的同时，分离出干气（C 2及C 2以下），并回收液化气，并对送出的汽油，液化石油气和干气，以及分馏系统送出的柴油组分进行精制。典型流程见下图。

催化剂再生和烟气轮机动力回收：催化剂再生是在再生器内把反应过程中沉积在催化剂上的焦炭烧掉，以便为反应过程提供恢复了活性的催化剂，并供给所需的热量。烟气轮机动力回收是回收烟气中的热能，因为，再生器所带走的热量约占全装置的1/4。下图为催化裂化装置烟气轮机动力回收系统的典型工艺流程。热烟气从再生器进入三级旋风分离器,在其中除去烟气中绝大部分催化剂微粒后进入烟气轮机。烟气在烟气轮中作功后,温度大约降低成120～180℃,排出的烟气

可以进入CO锅炉或余热锅炉,回收剩余的热能。

综上所述,催化裂化是炼油加工业创造效益的龙头装置,虽然用常规仪表能实现对工艺过程的自动控制,但故障率高,速度慢,不能实现复杂控制、优化控制,无法发挥网络技术等高科技在现代化企业生产经营的优势。而DCS不但可以取代

常规仪表的检测、控制功能,而且还可以发挥在复杂控制、优化控制方面的优势,

可以根据需要通过网络技术实施现代化企业生产经营管理。

我们浙大中自公司自90年代后期开发的Suny Tech TDCS9200 DCS系统已成功地运用在国民经济的石化、化工、电力、冶金、生化、造纸的广阔领域各个不同行业。

以下是用SunyTDCS9200的DCS控制系统用在100万吨/年催化裂化装置的简单说明。

二、SunyTDCS9200系统硬件结构

FCS

2．1系统结构如上图所示：四台操作台互为冗余,系统可以分成三个控制站,其中I/O通道可以采用1:1冗余配置，上述各站通过标准以态网相连。

2．2 操作站：最低配置CPU:PIII866,21”彩色显示器,专用、通用键盘,声光报警装置数字及打印机组成。

2．3控制站：可采集、处理最多512路模拟量输入、输出；1024个数字量输入或输出；可构成256个PID控制回路及串级、前馈等复杂控制回路,并可实现顺序控制。

2．4仪表台：（不建议使用）

(1)、最多可安装14台手操器,(现装10台)串联在控制站AO输出通道上,两控制站各连接5台最重要的控制回路,当控制站一旦发生重大故障时,可自动无扰动地切换至手操器操作。(亦可由操作人员用面板开关选择工作方式)

(2)、安装一套用于系统自保的继电保护电路,通过操作台的手动按钮,可直接将反应进料、主风、滑阀等重要控制阀门设置为安全状态。

(3)安装有6个报警灯,分别显示系统供电状态及自保状态。

2．5报警台：

(1)安装有28个面板灯,由用户定义用来指示相应工位的报警。

(2)供用户安装可燃性气体报警仪。

三、SunyTDCS9200系统的软件结构

软件体系可分为工程师站组态软件,操作员站实时监控软件以及现场控制站实时控制软件三大部分。三大部分软件分别运行在不同层次的硬件平台上,并通过控制网络、系统网络进行通讯，彼此互为配合、互为协调、交换各种数据及管理、控制信息，完成整个集散控制系统的各种功能。

其中:

组态软件包栝:对工程管理、实时数据库、控制算法、系统硬件、图形、报表、报警、历史记录、安全性等方面的组态。

监控软件包栝:画面及流程显示、实时趋势显示和历史趋势显示、报警功能、报表功能、冗余功能、网络功能、故障诊断与恢复、事件记录功能。

控制软件包括：数据采集、转换及输出、实时控制、工业控制算法(多达123种)、通讯功能、在线调试和下装功能。

四、催化裂化的典型控制回路

4．1反应温度控制

反应温度是影响催化裂化产品分布和回收率的关键参数之一,又是反应再生系统热平衡控制、物料控制各变量中最活跃和难以控制的变量。这里采用了调节再生催化剂流量和原料预热温度来稳定反应温度的控制方式。反应温度一般控制在490℃到510℃之间。

图6 反应温度控制模块连接图

图中主回路主要完成采样、输入处理报警、PID控制与输出,2支路、3支路实现主控制回路和外部手操器的跟踪功能。当外部手操器处于M/H(软、硬手动)状态时,回路输出跟踪手动操作信号,当外部手操器处于DDC状态时,回路输出自

动调节信号,当控制站故障时,后备手操器处于保持状态,此功能由硬件完成。回路中的热电偶毫伏信号与对应温度的转换(包栝补偿),则利用输入处理模块的补偿输入与折线化处理功能完成。主回路还设置了上、下限报警,当反应温度超温或急骤下降时进行报警,提醒操作人员注意,以防催化剂在提升管中”和泥”,破坏催化剂循环,造成事故。

4．2沉降器藏量控制

沉降器藏量控制主要通过控制待生单动滑阀的开度,调节从沉降器汽提段流出的待生催化剂量,使之与进入沉降器的待生催化剂量保持平衡。该部分的控制和发应温度的控制原理相同，在这里就不重复说明。

4．3反应压力控制

正常生产中,反应压力靠调节离心压缩机负荷来改变其入口压力,进而稳定反应压力。控制原理如下图所示：

运算结果去SO输出卡运算结果去UAO-4输出卡

图7 反应压力控制回路图

4.4再生器压力-两器差压切换控制

再生器压力控制或两器差压控制是反应-再生系统的关键控制回路且影响控制的因素较多。一般的控制方案有三种:再生器压力定值控制、两器差压控制(再生器压力随动控制)、再生器压力和两器差压自动选择控制。一般采用以再生器压力定值调节为主,辅以两器差压控制的人工切换控制方案。该回路设置了后备

手操器模块连接如下图所示:

图中：(1) 1支路构成了再生器压力控制的主路。

(2) 2支路构成了两器差压控制的主体。

1支路/2支路选择器用于两种控制方案的切换,其它模块用于控制输出与后备手操器的跟踪处理。再生器压力控制,当1支路选择器为1时,实行再生器定值压控,即用再生器压力直接控制双动滑阀,此种方案有利于主风流量的稳定和主风机组的平稳运行,能有效地排除反应压力波动对主风流量的影响,易操作,但不利于克服反应波动对催化剂循环量的影响,由于提升管催化裂化操作弹性较大,这种方案在实际操作中得到普遍接受。

两器差压控制,当1支路=0,实际就是采用两器差压控制,即用反应器和再生器之间的差压控制双动滑阀,使再生器压力浮动,以保证两器差压的衡定,此外,该方案有利于两器的压力平衡,可排除反应压力波动对催化剂循环量的干扰,两种方案操作人员可根据生产需要加以选择。

上述设计的控制功能图用我公司的控制软件编程如下图所示：

可以看到用我公司的编程软件，非常容易和简单的实行了它的控制功能。4．5自保系统

自保系统对催化裂化装置的安全运行十分重要，它用于对破坏系统压力平衡和催化剂循环异常等事故的紧急处理。利用DCS提供的顺控表可构成相应的自保系统(自动/半自动)，也可以利用独立的外部保护装置,其保护动作速度会更快些。自保项目有：进料流量低限自保、再生/待生单动滑阀压降自保、主风流量低限自保、提升风流量低限自保等等。自保原理图如下：

4．6分馏塔顶温度控制

分馏塔顶温度的高低基本上决定了塔顶产品的质量,采用了塔顶温度和塔顶回流量串级的控制方案。主环(温度回路)的输出做为副环(流量回路)的给定，当流量控制回路处于自动方式时,温度控制回路的输出跟踪流量的给定值,可实现串级投入和切除。控制原理图如下所示：

4．7浆系统的控制

对分馏塔油浆系统的控制,采用了油浆循环量定值控制。以洗涤催化反应油气中夹带的催化剂和充分回收油浆的高温热能,分馏塔底液面控制油浆换热三通阀,即控制油浆换热系统的取热量,从而控制分馏塔油浆换热段的平衡,保持液位稳定,油浆回炼量和油浆外送量采用定值控制。下图为油浆循环量定值控制回路原理图。

分顶温度

分顶回流量

运算结果去输出卡

分馏塔顶温度控制原理图

运算结果去输出卡

4．8吸收稳定系统的控制

吸收稳定系统是催化裂化装置的最后一个生产单元,其控制的总目标是：使干气带出的C3、C4最少,脱乙烷汽油中携带的C2最少,液化石油气中C5含量最少,稳定汽油用的蒸汽压指标达到要求,这个生产单元所涉及的控制多为单回路PID控制。

4．9催化剂再生和烟气轮机动力回收系统

这部分大都是常规控制,但也不能忽视,较为重要的回路:烟气轮机自动保护系统,余热锅炉或废热锅炉水位自动控制。原理不再赘述。