催化裂化裝置煙機控制系統(tǒng)的改進

催化裂化裝置煙機控制系統(tǒng)的改進

原油擠出裝置是重要的勘探裝置，反應(yīng)再生系統(tǒng)是催化劑的重要組成部分，對生產(chǎn)操作的控制非常重要。煙機發(fā)電機組作為能量回收部分,是裝置降低能耗、有效利用能源的重要組成部分。催化劑在再生器內(nèi)燒焦時產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔苿訜煔廨啓C,從而帶動發(fā)電機發(fā)電。如果高溫?zé)煔饬髁客蛔?就會破壞再生器的壓力平衡,因此確保再生器壓力的穩(wěn)定是保證整個反應(yīng)再生系統(tǒng)的壓力平衡和生產(chǎn)平穩(wěn)的關(guān)鍵。在實際生產(chǎn)中,煙機因電網(wǎng)波動出現(xiàn)的發(fā)電機解裂緊急停車和發(fā)生故障引起的停車都將直接影響整個反再生系統(tǒng)的壓力平衡,處理不當(dāng)還會給裝置生產(chǎn)帶來難以估量的嚴重后果。目前,國內(nèi)許多催化裂化裝置都采用了在煙機緊急停車時打開旁路閥到固定開度來控制再生器壓力的方案。北京燕山石化公司煉油廠2套催化裂化裝置也同樣采用這種控制方案。但這種控制方案在實際生產(chǎn)中存在不足,每次煙機緊急停車都會造成再生器壓力波動。雖然壓力波動不大,但影響了裝置的平穩(wěn)運行,都需要幾小時的操作調(diào)整。為確保裝置生產(chǎn)的穩(wěn)定,2005年4月該廠對三催化機組進行控制系統(tǒng)改造,采用DCS操作和CCC控制器共同控制,在煙機出現(xiàn)緊急停車時,降低了再生器壓力波動幅度,確保了生產(chǎn)平穩(wěn)運行。1反應(yīng)再生裝置該廠三催化裝置分為反應(yīng)再生,分餾,吸收穩(wěn)定和四機組(煙機K-103、汽壓機、主風(fēng)機和增壓機),雙脫及余熱鍋爐部分。反應(yīng)再生是催化裝置的核心組成部分,預(yù)先經(jīng)過換熱的原料油通過反應(yīng)器變成反應(yīng)產(chǎn)物,再送到分餾系統(tǒng)處理。反應(yīng)過程中生成的焦炭沉積在催化劑上進入再生器,用空氣燒去焦炭,一再生貧氧、二再生富氧燃燒。再生溫度可由外取熱器調(diào)節(jié),再生后的催化劑把熱量帶入反應(yīng)器供反應(yīng)耗用。從再生器出來的高溫?zé)煔饨?jīng)高溫取熱爐發(fā)生蒸氣后過三旋去煙機到余熱鍋爐再去煙囪。控制方案如圖1所示。2煙機停機和停機壓力波動原有的壓力控制方案是當(dāng)煙機發(fā)生聯(lián)鎖停車時,煙機入口蝶閥(簡稱60″閥,1″=25.4mm,下同)全部關(guān)閉,不允許煙氣進入煙氣輪機,而三旋出口煙機兩旁路蝶閥(以下簡稱22″閥和42″閥)中的22″閥迅速全部打開,42″閥約打開到78%的位置,防止再生器憋壓和催化劑倒流。由于煙機每次發(fā)生緊急停車時,當(dāng)時的煙機發(fā)電量不同,因此每次進入煙機的煙氣量也不同。停機時二再生壓力的壓力值每次都不相同,需要的排放量也不同,而每次旁路閥都打開到固定位置,滿足不了適時的煙氣排放量,造成在煙機停機時再生器壓力波動較大。同時原控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度不夠快,造成了再生器壓力無法控制,影響了催化的平穩(wěn)操作,甚至造成催化裝置事故停工。而且原煙機系統(tǒng)的硬件可靠性差,卡件更換頻率明顯超過了同類系統(tǒng),導(dǎo)致控制系統(tǒng)的問題越來越嚴重。綜上所述,由于原系統(tǒng)的不合理性,故在2005年機組改造中采用了CCC控制器和DCS操作共同控制二再生壓力的方案,解決了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和兩旁路閥的開度問題,將二再壓力的波動減至最小。3現(xiàn)場發(fā)揮pid模板作用根據(jù)存在的問題,2005年改造了三催化二再生壓力控制系統(tǒng),將原有的控制方案改為CCC控制器和DCS遠程手操面板共同控制。在CCC控制器中,使用速度控制器SIC-7701和再生器壓力控制器FIC-102來實現(xiàn)。在DCS畫面上做了遠程手操面板,為了適應(yīng)操作工的習(xí)慣,組態(tài)時使用PID模板來做手操面板。操作人員通過手操面板觀察二再生壓力的測量值,進行“AUTO/MANUAL”切換等功能。煙機壓力控制器輸出數(shù)字量輸出信號HY-102C給DCS,作為DCS方跟蹤請求手自動的信號。從壓力控制器送出數(shù)字量輸出信號PY-102A作為它的手自動狀態(tài)反饋信號。煙機停車信號送給速度控制器、壓力控制器和DCS的輸出做為緊急停車控制信號?，F(xiàn)場二再生壓力測量值給DCS及壓力控制器作為操作顯示和PID運算。DCS手操面板的遠程壓力設(shè)定點HY-102B作為壓力控制器的設(shè)定值,DCS手操面板的遠程手動輸出HY-102A作為壓力控制器的手動輸出值。煙機的功能控制圖如圖2所示。DCS與壓力控制器的功能控制圖如圖3所示。3.1煙機出口溫度上升控制SIC-7701控制煙機入口閥(60″閥)的開度,SIC-7701接受到煙機出口溫度上升速度的控制開關(guān)量信號作為降速觸點信號,當(dāng)煙機進入發(fā)電狀態(tài),SIC-7701進入發(fā)電有差控制狀態(tài),通過改變轉(zhuǎn)速設(shè)定值直接控制閥門開度,也可以通過手動輸出直接控制閥門開度。3.2再生裝置壓力控制器再生器壓力控制器PIC-102兼有PID調(diào)節(jié)功能和分程控制功能。3.3停車時的前饋系統(tǒng)優(yōu)化由于催化正常生產(chǎn)時85%煙氣通過60″閥進入煙機膨脹做功發(fā)電,約3%的煙氣由三旋帶出,約12%的煙氣由煙機旁路閥排出,而煙機停車時,60″閥關(guān)閉,要求煙氣全部由兩旁路閥排出。因此22″閥,42″閥與60″閥的閥門開度有一定比例關(guān)系,由閥門的流通能力決定。所以設(shè)計方案將速度控制器與壓力控制器構(gòu)成前饋控制,速度控制器將控制信號給壓力控制器,超前控制旁路閥,克服擾動發(fā)生,加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度,使壓力控制器調(diào)節(jié)及時。煙機正常時計算公式如式(1)所列。計算壓力控制器輸出值通過分程控制兩旁路閥。壓力控制器輸出值=壓力控制器PID輸出值+M9×速度控制器(前輸出值-后輸出值)(1)式中M9——煙機正常時的前饋系數(shù)。煙機停車時通過式(2)計算壓力控制器輸出值=壓力控制器PID輸出值+M0×速度控制器(前輸出值-0)(2)式中M0——停車時的前饋系統(tǒng)。煙機停車時,在5s內(nèi)強制DCS置于“AUTO”,不允許DCS手操面板切手動,將算得的壓力控制器輸出值迅速分程控制兩旁路閥的開度。3.4跟蹤請求信號分程控制當(dāng)煙機正常運行時,如果DCS手操面板置于“Manual”狀態(tài),壓力控制器處于“Remote”“Tracking”狀態(tài),跟蹤DCS面板的手動狀態(tài),壓力控制器的輸出值等于DCS手操面板的手動輸出值直接分程控制旁路閥,壓力控制器既不做PID調(diào)節(jié)與速度控制器,也不構(gòu)成前饋控制。如果DCS手操面板置于“Auto”狀態(tài),壓力控制器處于“Remote”“Auto”,跟蹤DCS面板的自動狀態(tài),手操面板的遠程壓力設(shè)定點作為速度控制器的遠程設(shè)定值,二再生壓力測量值為控制器的PV值,進行PID調(diào)節(jié)運算。同時與速度控制器構(gòu)成前饋控制,通過式(1)計算輸出值分程控制22″,42″閥。因此跟蹤請求信號決定了壓力控制器與DCS方手操面板的手/自動狀態(tài)一致,手操面板接收的手/自動反饋信號也必須與壓力控制器相一致。這里設(shè)置分程控制的主要目的是讓22″閥,42″閥根據(jù)工藝的要求滿足開停車時大流量和正常生產(chǎn)時小流量的要求,滿足正常生產(chǎn)和事故狀態(tài)下的穩(wěn)定性和安全性。根據(jù)22″閥,42″閥和60″閥的流通能力大小,將22″閥分程點設(shè)為0～25%,42″閥分程點為25%～100%,并且都為氣關(guān)閥。煙機發(fā)生緊急停車時5s內(nèi)強制遠程手操面板處于“Auto”狀態(tài),壓力控制器置于“Auto”,其設(shè)定值取自DCS遠程設(shè)定SPT,做PID調(diào)節(jié),與速度控制器構(gòu)成前饋,通過式(2)計算輸出值控制旁路閥。5s后DCS手操可進行“手/自動”切換,但要求DCS方手動切自動時設(shè)定值跟蹤實時測量值,以達到無擾動切換,此項在DCS組態(tài)中實現(xiàn)。從DCS到煙機壓力控制有一組模擬量輸出信號,為遠程輸出信號,跟蹤DCS手操面板的輸出值,手操面板置“手動”時輸出值可以根據(jù)工況調(diào)節(jié),壓力控制器的輸出值等于遠程手動輸出值。在自動時面板輸出值為式(3)計算的值手操面板的輸出值=22″閥閥位×25%+42″閥閥位×75%(3)由于煙機停車時手操面板必須處于“Auto”位置,根據(jù)式(3)的計算保證了停車后DCS方手操面板的輸出值和壓力控制器的輸出值相一致,實現(xiàn)了雙方輸出的無擾動切換。4ccc控制器的研究在控制系統(tǒng)正式投用之前,筆者在DCS與CCC控制器之間作了全面的仿真實驗,對控制雙方的手、自動切換、DCS手操面板測量值與設(shè)定值的無擾動切換及CCC控制器的PID模塊的參數(shù)整定、前饋控制系數(shù)等進行了反復(fù)實驗整定,達到了工藝的要求,確保開車一次成功。圖4為煙機停機時改造前后二再生壓力的波動曲線圖。5壓力控制器由于蝶閥的流通能力與開度不成線性,在煙機出現(xiàn)緊急停車時為了保證22″閥全關(guān)、42″