[摘要]介紹催化裂化裝置自動(dòng)控制水平設(shè)計(jì)原則，主要工藝操作儀表邏輯控制。以某石化企業(yè)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(duì)它們進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析。

　　[關(guān)鍵詞]催化裂化裝置;串級(jí)控制;分程控制;三沖量控制

　　引言

　　催化裂化裝置是煉油生產(chǎn)的主要裝置之一，簡(jiǎn)單控制已經(jīng)無(wú)法滿足工藝生產(chǎn)要求，采用先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)的儀表和控制技術(shù)，可以保證裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行，減少工藝操作人員和儀表維護(hù)人員。控制系統(tǒng)應(yīng)用于裝置生產(chǎn)過(guò)程的所有溫度、壓力、流量、液位、效率等的測(cè)量、調(diào)節(jié)、顯示、記錄、積算以及有關(guān)的報(bào)表打印等功能，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)優(yōu)化自動(dòng)控制操作。不僅使操作更平穩(wěn)，而且能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的卡邊操作，最終達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量好、產(chǎn)品收率高、工藝能耗低、經(jīng)濟(jì)效益可觀的效果。

　　1裝置控制回路介紹

　　控制回路總計(jì)90套：?jiǎn)位芈?5套，復(fù)雜控制回路25套。其中復(fù)雜控制回路包括：串級(jí)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(fù)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(yīng)-再生系統(tǒng)的關(guān)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(dòng)滑閥(PV10101A/B)的全行程工作范圍的輸入信號(hào)為0~50%，在系統(tǒng)組態(tài)時(shí)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器，將輸入信號(hào)從0~50%轉(zhuǎn)換成0~100%，輸出給雙動(dòng)滑閥電液執(zhí)行機(jī)構(gòu);煙機(jī)入口高溫型調(diào)節(jié)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(yīng)采用氣開(kāi)式(與雙動(dòng)滑閥相反)，因此在分程控制回路中應(yīng)設(shè)置信號(hào)反向器，即輸入50~100%，輸出100~0%，(此信號(hào)在系統(tǒng)組態(tài)時(shí)，通過(guò)反向信號(hào)轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn))。

　　2.1.2回路控制描述

　　當(dāng)再生器壓力高于壓力調(diào)節(jié)器的給定值時(shí),先開(kāi)大煙機(jī)入口蝶閥,若蝶閥全開(kāi)仍不能維持再生器壓力,則打開(kāi)雙動(dòng)滑閥以維持再生器壓力的平穩(wěn);反之,當(dāng)再生器壓力低于壓力調(diào)節(jié)器的給定值時(shí),先關(guān)小雙動(dòng)滑閥，繼而再關(guān)小煙機(jī)入口蝶閥以維持再生器壓力。

　　2.2煙機(jī)超速控制及保護(hù)

　　在煙機(jī)的支座上裝有五支檢測(cè)機(jī)組轉(zhuǎn)速的AIRPAX轉(zhuǎn)速探頭(SE40101、SE40102、SE40103、SE40104、SE40105)。其中一支(SE40101)用于轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，三支(SE40102、SE40103、SE40104)用于三取二作為機(jī)組轉(zhuǎn)速超速聯(lián)鎖信號(hào)，還有一支(SE40105)用于現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)速指示。裝置正常生產(chǎn)時(shí)，再生器壓力調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)經(jīng)分程后分別控制煙機(jī)入口蝶閥和旁路雙動(dòng)滑閥。機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速總是低于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定值，由于該調(diào)節(jié)器設(shè)置為反作用，所以其輸出總是最大值而不會(huì)被低選選中，此時(shí)再生器壓力調(diào)節(jié)器分程控制煙機(jī)入口蝶閥和旁路雙動(dòng)滑閥來(lái)保證再生器壓力的穩(wěn)定。

　　機(jī)組在正常運(yùn)行中，電機(jī)處于發(fā)電工況時(shí)突然脫網(wǎng)，煙機(jī)轉(zhuǎn)速隨即上升。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(反作用)輸出下降而被低選選中，此時(shí)煙機(jī)入口蝶閥受轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器控制而關(guān)小，使轉(zhuǎn)速不再上升。煙機(jī)入口蝶閥關(guān)小后，此時(shí)再生器壓力調(diào)節(jié)器(反作用)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟旁路雙動(dòng)滑閥。

　　當(dāng)煙機(jī)入口蝶閥受轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器控制時(shí)，機(jī)組處于恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行，此時(shí)若再生器壓力下降，再生器壓力調(diào)節(jié)器輸出增大，關(guān)閉旁路雙動(dòng)滑閥，若再生器壓力升高，此信號(hào)經(jīng)反作用調(diào)節(jié)器則不斷下降，當(dāng)?shù)陀谵D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出時(shí)低選選中再生器壓力信號(hào)，經(jīng)反向器后煙機(jī)入口蝶閥開(kāi)大，此時(shí)煙機(jī)入口蝶閥又回復(fù)到受再生器壓力調(diào)節(jié)器控制狀況。

　　2.3分餾塔頂壓力多路切換控制

　　該復(fù)雜控制系統(tǒng)，由PRC20101壓力控制器為主調(diào)控制，與五個(gè)單元控制回路組成可變換控制系統(tǒng)。在開(kāi)工過(guò)程中，操作人員根據(jù)不同時(shí)期的工藝情況，通過(guò)組合選擇，可實(shí)現(xiàn)不同階段的過(guò)程自動(dòng)控制。

　　2.3.1烘器階段

　　通過(guò)HIC10101手操器控制沉降器頂?shù)腍V10101放空閥的開(kāi)度，來(lái)控制反應(yīng)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(yàn)階段

　　用分餾塔頂PRC20101壓力調(diào)節(jié)器,通過(guò)PRC20101D控制進(jìn)分餾塔頂干氣管線上的PV20101D調(diào)節(jié)閥，及用PRC20101E分餾塔頂油氣出口分支管線上的PV20101E蝶閥開(kāi)度，來(lái)保持反應(yīng)壓力穩(wěn)定。

　　2.3.3反應(yīng)進(jìn)油后到富氣壓縮機(jī)投運(yùn)前

　　采用PRC20101分餾塔頂壓力調(diào)節(jié)器，通過(guò)PRC20101B控制壓縮機(jī)入口富氣PV20101B放火炬小閥。壓縮機(jī)入口富氣放火炬配有PIC50101A壓力調(diào)節(jié)器，和PV50101A放火炬大閥(粗調(diào))來(lái)控制反應(yīng)壓力。

　　2.3.4富氣壓縮機(jī)正常運(yùn)行

　　采用PRC20101分餾塔頂壓力調(diào)節(jié)器，通過(guò)PRC20101A控制富氣壓縮機(jī)組的轉(zhuǎn)速來(lái)保證反應(yīng)壓力的平穩(wěn)，此時(shí),富氣壓縮機(jī)入口放火炬大、小閥均自動(dòng)關(guān)閉。

　　2.3.5富氣壓縮機(jī)組突然故障

　　富氣壓縮機(jī)入口設(shè)獨(dú)立的PIC50101A壓力控制回路，通過(guò)調(diào)節(jié)PV50101A放火炬大蝶閥保證機(jī)組入口壓力平穩(wěn)。該壓力調(diào)節(jié)器的給定值比正常操作值高10~20kPa，當(dāng)富氣壓縮機(jī)組故障停機(jī)時(shí)，機(jī)組入口放火炬大小蝶閥自動(dòng)調(diào)節(jié)以保證反應(yīng)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(wěn)定的重要參數(shù)是液位。液位太高，容易造成蒸汽帶水，影響下游設(shè)備安全或工藝的平穩(wěn)運(yùn)行;液位太低，容易造成汽包“干鍋”，影響汽包及相應(yīng)設(shè)備的安全。汽包液位受蒸汽負(fù)荷變化、給水流量變化、熱負(fù)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(diào)節(jié)回路組成

　　三沖量控制系統(tǒng)由汽包液位調(diào)節(jié)器LIC-60101為主調(diào)參數(shù)、汽包出口蒸汽流量FQI60102、汽包壓力PIC60101與汽包上水流量調(diào)節(jié)器FIC-60101構(gòu)成雙前饋控制，實(shí)現(xiàn)了主調(diào)參數(shù)與前饋控制組成的三沖量控制系統(tǒng)，即串級(jí)加前饋控制系統(tǒng)。

　　2.4.2調(diào)節(jié)過(guò)程描述

　　1)液位串級(jí)控制當(dāng)汽包液位LIC60101增加，液位調(diào)節(jié)器輸出減小，通過(guò)FY60101加法器與前饋信號(hào)求和后，作為上水流量FIC60101的外給定，給定減小流量調(diào)節(jié)器輸出增加，上水調(diào)節(jié)閥FV60101關(guān)小。則流量減小，液位下降，液位回到正常值。

　　2)壓力控制副環(huán)單回路控制，當(dāng)汽包壓力增加，壓力調(diào)節(jié)器輸出增加，大于設(shè)定值時(shí)，放空調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，汽包壓力下降。低于設(shè)定值時(shí)，放空調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。

　　3)前饋控制當(dāng)FI60102汽包出口蒸汽流量增加，通過(guò)FQ60102累加求和運(yùn)算，輸出增加，再通過(guò)FY60101加法器與液位信號(hào)求和后，作為上水流量調(diào)節(jié)器FIC60101的外給定，上水流量調(diào)節(jié)器輸出減小，調(diào)節(jié)閥FV60101開(kāi)大，上水流量增加。實(shí)現(xiàn)了快速跟蹤，超前調(diào)節(jié)的作用，克服了輸出流量和壓力的變化對(duì)液位產(chǎn)生的擾動(dòng)。

　　2.5余熱鍋爐空氣燃料氣比值控制

　　燃料氣量與風(fēng)量相匹配，確保爐內(nèi)高效燃燒，根據(jù)燃料氣流量FT70302確定助燃空氣流量FT70301自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板FV70301A/B開(kāi)度。燃料氣流量與助燃空氣流量的配比為1：10。

　　2.5.1調(diào)節(jié)回路組成

　　該比值控制回路由燃料氣流量FT70302調(diào)節(jié)器FIC70302和助燃?xì)饬髁縁T70301調(diào)節(jié)器FIC70301組成比值控制，控制風(fēng)門擋板FV70301A/B開(kāi)度，手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)SW可選擇投用風(fēng)門擋板A或B。

　　2.5.2調(diào)節(jié)過(guò)程描述

　　為了確保爐內(nèi)的高效燃燒，燃料氣流量FIC70302與助燃?xì)饬髁縁IC70301組成比值控制，配比為1：10。當(dāng)燃料氣流量增加時(shí)FIC70302輸出增大，經(jīng)計(jì)算器FY70301計(jì)算大于1/10，計(jì)算器輸出增加，風(fēng)門擋板開(kāi)度開(kāi)大，助燃?xì)饬髁吭龃螅�空燃比趨�?/10。

　　減小時(shí)相反。當(dāng)助燃?xì)饬髁吭龃髸r(shí)，F(xiàn)IC70301輸出增大，經(jīng)計(jì)算器FY70301計(jì)算小于1/10，計(jì)算器輸出減小，風(fēng)門擋板開(kāi)度關(guān)小，助燃?xì)饬髁繙p小，空燃比趨于1/10。減小時(shí)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(qū)，原料油罐的進(jìn)口壓力控制原料油返回灌區(qū)的兩個(gè)調(diào)節(jié)閥，在PICA20201壓力控制器輸出0~50%控制PV-20201A小閥，輸出50~100%時(shí)控制PV-20201B大閥，從而實(shí)現(xiàn)原料油罐的進(jìn)口壓力的穩(wěn)定。

　　2.7R1101A反應(yīng)提升管溫度與再生滑閥差壓低選控制

　　正常運(yùn)行時(shí),TRCA10104反應(yīng)溫度控制再生滑閥的開(kāi)度，調(diào)整再生催化劑的循環(huán)量，來(lái)保證反應(yīng)溫度的平穩(wěn)。一旦再生滑閥開(kāi)度過(guò)大，而使滑閥壓降過(guò)小,再生滑閥壓降調(diào)節(jié)器PDCA10106將自動(dòng)取代TRCA10104反應(yīng)溫度的控制，減小再生滑閥的開(kāi)度，增加差壓值，以防油氣、催化劑倒竄而發(fā)生危險(xiǎn)。當(dāng)反應(yīng)器提升管出口溫度升高時(shí)，TI-10204B/C輸出減小，經(jīng)TY10104低選器與PDRCA10112比較，低選溫度，輸出控制TV1024閥關(guān)小，則催化劑循環(huán)量下降，溫度下降。

　　2.8沉降器藏量超弛控制

　　反應(yīng)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(kāi)度，調(diào)整待生催化劑的循環(huán)量，來(lái)保證反應(yīng)沉降器藏量的平穩(wěn)。開(kāi)度越大，差壓越小，越容易引起油氣、催化劑倒竄，發(fā)生事故。當(dāng)WT-10102沉降器藏量變大時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出增大，WV-10102待生滑閥開(kāi)大，藏量減小，恢復(fù)到正常值。正常生產(chǎn)情況下WRCA-10102的輸出值不會(huì)低于PDRCA-10112輸出值。

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　筆者針對(duì)某石化企業(yè)催化裂化裝置中的主要工藝復(fù)雜控制回路進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)正確的復(fù)雜控制回路對(duì)純滯后較大、時(shí)間常數(shù)較大且干擾多而劇烈等現(xiàn)象具有良好的控制作用，對(duì)裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行具有積極的作用和意義。

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　　化工類刊物推薦：《化工自動(dòng)化及儀表》(月刊)1965年創(chuàng)刊，是由國(guó)家科委批準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的工業(yè)應(yīng)用性專業(yè)科技期刊。讀者對(duì)象為化工、石油化工、冶金、電力、醫(yī)藥、造紙、紡織等行業(yè)工程技術(shù)人員及項(xiàng)目負(fù)責(zé)人;全國(guó)各大科研設(shè)計(jì)院所工程設(shè)計(jì)人員及大專院校師生。