催化裂化装置中主要复杂控制回路的设计与实现

　　[摘要]介绍催化裂化装置自动控制水平设计原则，主要工艺操作仪表逻辑控制。以某石化企业催化装置中的再生器压力控制、分馏塔顶压力多路切换控制、三冲量控制等回路为例，对它们进行了设计与分析。

　　[关键词]催化裂化装置;串级控制;分程控制;三冲量控制

　　引言

　　催化裂化装置是炼油生产的主要装置之一，简单控制已经无法满足工艺生产要求，采用先进、可靠、经济的仪表和控制技术，可以保证装置长周期安全运行，减少工艺操作人员和仪表维护人员。控制系统应用于装置生产过程的所有温度、压力、流量、液位、效率等的测量、调节、显示、记录、积算以及有关的报表打印等功能，实现了计算机优化自动控制操作。不仅使操作更平稳，而且能实现产品质量的卡边操作，最终达到产品质量好、产品收率高、工艺能耗低、经济效益可观的效果。

　　1装置控制回路介绍

　　控制回路总计90套：单回路65套，复杂控制回路25套。其中复杂控制回路包括：串级回路13套，分程控制回路4套，三冲量控制3套，比值控制2套，超弛控制2套，多路切换控制1套。

　　2装置主要复杂控制回路

　　2.1再生器压力分程控制

　　2.1.1再生器压力控制是反应-再生系统的关键控制回路

　　本装置再生器压力控制采用如下控制方案：再生器压力(PICA10101)控制采用分程控制，双动滑阀(PV10101A/B)的全行程工作范围的输入信号为0~50%，在系统组态时通过信号转换器，将输入信号从0~50%转换成0~100%，输出给双动滑阀电液执行机构;烟机入口高温型调节阀(PV10101C)在再生器压力控制回路中的分程控制范围是50~100%，但是出于安全方面的考虑，此阀应采用气开式(与双动滑阀相反)，因此在分程控制回路中应设置信号反向器，即输入50~100%，输出100~0%，(此信号在系统组态时，通过反向信号转换器来实现)。

　　2.1.2回路控制描述

　　当再生器压力高于压力调节器的给定值时,先开大烟机入口蝶阀,若蝶阀全开仍不能维持再生器压力,则打开双动滑阀以维持再生器压力的平稳;反之,当再生器压力低于压力调节器的给定值时,先关小双动滑阀，继而再关小烟机入口蝶阀以维持再生器压力。

　　2.2烟机超速控制及保护

　　在烟机的支座上装有五支检测机组转速的AIRPAX转速探头(SE40101、SE40102、SE40103、SE40104、SE40105)。其中一支(SE40101)用于转速控制信号，三支(SE40102、SE40103、SE40104)用于三取二作为机组转速超速联锁信号，还有一支(SE40105)用于现场转速指示。装置正常生产时，再生器压力调节器输出信号经分程后分别控制烟机入口蝶阀和旁路双动滑阀。机组在正常运行时，转速总是低于转速调节器的给定值，由于该调节器设置为反作用，所以其输出总是最大值而不会被低选选中，此时再生器压力调节器分程控制烟机入口蝶阀和旁路双动滑阀来保证再生器压力的稳定。

　　机组在正常运行中，电机处于发电工况时突然脱网，烟机转速随即上升。当转速高于转速调节器给定值时，转速调节器(反作用)输出下降而被低选选中，此时烟机入口蝶阀受转速调节器控制而关小，使转速不再上升。烟机入口蝶阀关小后，此时再生器压力调节器(反作用)会自动开启旁路双动滑阀。

　　当烟机入口蝶阀受转速调节器控制时，机组处于恒转速运行，此时若再生器压力下降，再生器压力调节器输出增大，关闭旁路双动滑阀，若再生器压力升高，此信号经反作用调节器则不断下降，当低于转速调节器输出时低选选中再生器压力信号，经反向器后烟机入口蝶阀开大，此时烟机入口蝶阀又回复到受再生器压力调节器控制状况。

　　2.3分馏塔顶压力多路切换控制

　　该复杂控制系统，由PRC20101压力控制器为主调控制，与五个单元控制回路组成可变换控制系统。在开工过程中，操作人员根据不同时期的工艺情况，通过组合选择，可实现不同阶段的过程自动控制。

　　2.3.1烘器阶段

　　通过HIC10101手操器控制沉降器顶的HV10101放空阀的开度，来控制反应器的压力,其目的是控制两器的升温速度。

　　2.3.2建立汽封至两器流化试验阶段

　　用分馏塔顶PRC20101压力调节器,通过PRC20101D控制进分馏塔顶干气管线上的PV20101D调节阀，及用PRC20101E分馏塔顶油气出口分支管线上的PV20101E蝶阀开度，来保持反应压力稳定。

　　2.3.3反应进油后到富气压缩机投运前

　　采用PRC20101分馏塔顶压力调节器，通过PRC20101B控制压缩机入口富气PV20101B放火炬小阀。压缩机入口富气放火炬配有PIC50101A压力调节器，和PV50101A放火炬大阀(粗调)来控制反应压力。

　　2.3.4富气压缩机正常运行

　　采用PRC20101分馏塔顶压力调节器，通过PRC20101A控制富气压缩机组的转速来保证反应压力的平稳，此时,富气压缩机入口放火炬大、小阀均自动关闭。

　　2.3.5富气压缩机组突然故障

　　富气压缩机入口设独立的PIC50101A压力控制回路，通过调节PV50101A放火炬大蝶阀保证机组入口压力平稳。该压力调节器的给定值比正常操作值高10~20kPa，当富气压缩机组故障停机时，机组入口放火炬大小蝶阀自动调节以保证反应压力不超高。

　　2.4中压汽水分离器三冲量控制

　　汽包V501A就是汽水分离器，需要稳定的重要参数是液位。液位太高，容易造成蒸汽带水，影响下游设备安全或工艺的平稳运行;液位太低，容易造成汽包“干锅”，影响汽包及相应设备的安全。汽包液位受蒸汽负荷变化、给水流量变化、热负荷变化影响而容易形成虚假液位。因此为了克服汽包虚假液位，液位的控制采用三冲量控制。

　　2.4.1调节回路组成

　　三冲量控制系统由汽包液位调节器LIC-60101为主调参数、汽包出口蒸汽流量FQI60102、汽包压力PIC60101与汽包上水流量调节器FIC-60101构成双前馈控制，实现了主调参数与前馈控制组成的三冲量控制系统，即串级加前馈控制系统。

　　2.4.2调节过程描述

　　1)液位串级控制当汽包液位LIC60101增加，液位调节器输出减小，通过FY60101加法器与前馈信号求和后，作为上水流量FIC60101的外给定，给定减小流量调节器输出增加，上水调节阀FV60101关小。则流量减小，液位下降，液位回到正常值。

　　2)压力控制副环单回路控制，当汽包压力增加，压力调节器输出增加，大于设定值时，放空调节阀打开，汽包压力下降。低于设定值时，放空调节阀关闭。

　　3)前馈控制当FI60102汽包出口蒸汽流量增加，通过FQ60102累加求和运算，输出增加，再通过FY60101加法器与液位信号求和后，作为上水流量调节器FIC60101的外给定，上水流量调节器输出减小，调节阀FV60101开大，上水流量增加。实现了快速跟踪，超前调节的作用，克服了输出流量和压力的变化对液位产生的扰动。

　　2.5余热锅炉空气燃料气比值控制

　　燃料气量与风量相匹配，确保炉内高效燃烧，根据燃料气流量FT70302确定助燃空气流量FT70301自动调节风门挡板FV70301A/B开度。燃料气流量与助燃空气流量的配比为1：10。

　　2.5.1调节回路组成

　　该比值控制回路由燃料气流量FT70302调节器FIC70302和助燃气流量FT70301调节器FIC70301组成比值控制，控制风门挡板FV70301A/B开度，手动切换开关SW可选择投用风门挡板A或B。

　　2.5.2调节过程描述

　　为了确保炉内的高效燃烧，燃料气流量FIC70302与助燃气流量FIC70301组成比值控制，配比为1：10。当燃料气流量增加时FIC70302输出增大，经计算器FY70301计算大于1/10，计算器输出增加，风门挡板开度开大，助燃气流量增大，空燃比趋于1/10。

　　减小时相反。当助燃气流量增大时，FIC70301输出增大，经计算器FY70301计算小于1/10，计算器输出减小，风门挡板开度关小，助燃气流量减小，空燃比趋于1/10。减小时相反。

　　2.6原料油压力分程控制

　　加氢重油自RDS分两路到原料油罐和返回灌区，原料油罐的进口压力控制原料油返回灌区的两个调节阀，在PICA20201压力控制器输出0~50%控制PV-20201A小阀，输出50~100%时控制PV-20201B大阀，从而实现原料油罐的进口压力的稳定。

　　2.7R1101A反应提升管温度与再生滑阀差压低选控制

　　正常运行时,TRCA10104反应温度控制再生滑阀的开度，调整再生催化剂的循环量，来保证反应温度的平稳。一旦再生滑阀开度过大，而使滑阀压降过小,再生滑阀压降调节器PDCA10106将自动取代TRCA10104反应温度的控制，减小再生滑阀的开度，增加差压值，以防油气、催化剂倒窜而发生危险。当反应器提升管出口温度升高时，TI-10204B/C输出减小，经TY10104低选器与PDRCA10112比较，低选温度，输出控制TV1024阀关小，则催化剂循环量下降，温度下降。

　　2.8沉降器藏量超弛控制

　　反应沉降器的藏量，由WRCA-10102沉降器藏量控制器控制WV10102待生滑阀的开度，调整待生催化剂的循环量，来保证反应沉降器藏量的平稳。开度越大，差压越小，越容易引起油气、催化剂倒窜，发生事故。当WT-10102沉降器藏量变大时，调节器输出增大，WV-10102待生滑阀开大，藏量减小，恢复到正常值。正常生产情况下WRCA-10102的输出值不会低于PDRCA-10112输出值。

　　3结束语

　　笔者针对某石化企业催化裂化装置中的主要工艺复杂控制回路进行了分析设计。设计正确的复杂控制回路对纯滞后较大、时间常数较大且干扰多而剧烈等现象具有良好的控制作用，对装置长周期安全稳定运行具有积极的作用和意义。

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