催化重整预加氢部分控制系统设计

1、I铂-铼重整装置预加氢部分的控制系统及管理软件设计 摘 要催化重整是石油炼制主要过程之一，采用铂铼催化剂进行重整叫铂铼重整。预加氢部分是催化重整的重要环节，重整原料油通过预加氢除去原料油中能使催化剂中毒的砷、铅、铜、汞、铁等元素及硫、氮、氧化合物，使它们的含量降到允许范围内。加氢同时还可使烯烃饱和，以减少催化剂上积炭，延长操作周期。由于现代多金属重整催化剂对原料油提出更高的要求，重整原料油的预加氢也变得更加重要。本文主要围绕催化重整预加氢装置进行计算机控制。控制对象主要包括泵、换热器、加热炉、加氢反应器和油汽分离器。通过对工艺过程的理解和相关知识的运用，抓住预加氢装置每部分的控制要点，应用单回

2、路和串级控制等技术确定控制方案，对温度、压力、流量和液位等工艺变量进行控制。利用组态软件完成控制系统的上位机管理系统软件，熟悉并掌握自动控制领域工程设计的基本过程及要求。完成了催化重整预加氢部分的微机监控系统。最终本系统成功地完成了预加氢的基本控制，学会了组态王的使用，实现工艺流程显示、实时数据采集、参数越限报警、数据存储及历史趋势显示、报表显示和打印等功能。本设计提高了该装置的自动化程度，减轻了操作人员的劳动强度，有效的保证了生产的精度和可靠性。关键词：催化重整；预加氢；控制方案；组态 IIPlatinum - Re Reformer Hydrogen part of the Control

3、 System and Management Software DesignAbstract Catalytic reforming is one of the main process of oil refining, re-use of Pt-Re catalysts were re-called Pt-Re. Part of pre-hydrogenation is an important part of catalytic reforming, restructuring feedstock material through the pre-hydrogenation to remo

4、ve the oil can poison the catalyst of arsenic, lead, copper, mercury, iron and other elements and sulfur, nitrogen and oxygen compounds, so that they reduced to the extent permitted by the content. Hydrogenation can also make olefin saturation, to reduce carbon deposition catalyst to extend the oper

5、ation period. As the modern multi-metal reforming catalyst, higher feedstock requirements of the pre-reforming feedstock hydrogen becomes more important.This paper around the catalytic reforming pre-hydrogenation of computer control devices. Control objects include pumps, heat exchanger, heating, hy

6、drogenation reactor and the oil and gas separator. Through the process of understanding and knowledge of the use of pre-hydrogenation unit to seize control of every part of the main points of application of single-loop, proportional control and cascade control technology to determine control program

7、, on the temperature, pressure, flow and level, etc. process control variables. Using the configuration software to complete PC control system management software, familiar with and master the field of automatic control the basic process engineering design and requirements. Completed the pre-hydroge

8、nation IIIcatalytic reforming part of the computer monitoring system. Finally, this system has successfully completed a pre-hydrogenation of the basic control, learned to use Kingview realize the process shows that real-time data acquisition, parameter Limit Alarm, data storage and display of histor

9、ical trends, the report display and printing.The design of the device to increase the degree of automation, reducing the operators labor intensity and effective tests to ensure the accuracy and reliability.Keywords: catalytic reforming; pre-hydrogenation; control programs; configurationIV目 录摘 要 .IAB

10、STRACT.II第 1 章 绪 论 .11.1 引言.11.2 加氢工艺的发展概况.11.3 加氢控制的作用与意义.2第 2 章 预加氢工艺部分介绍 .32.1 预加氢反应部分流程.32.1.1 氢气循环流程 .32.1.2 重整氢一次通过流程 .42.2 预加氢的化学反应.52.2.1 加氢脱硫 .52.2.2 加氢脱氮 .52.2.3 加氢脱氧 .62.2.4 加氢脱金属 .62.2.5 烯烃的加氢饱和 .72.3 预加氢操作参数.72.3.1 反应温度 .72.3.2 压力 .82.3.3 氢油比 .8V2.3.4 空速 .92.4 预加氢的主要设备.92.4.1 反应器 .92.4.

11、2 换热器 .102.4.3 油气分离器 .102.4.4 加热炉 .112.4.5 循环氢压缩机 .112.4.6 离心泵 .11第 3 章 预加氢设备的控制方案 .133.1 离心泵的控制方案设计.133.2 换热器的控制方案.163.3 加热炉的控制方案.193.4 反应器的控制方案.223.5 压缩机的控制方案.243.6 控制方案总流程图.25第 4 章计算机控制与管理系统 .264.1 工业生产过程控制系统的综述.264.2 系统的硬件配置.274.2.1 硬件配置 .274.2.2 下位机的选择 .274.2.3 上位机的选择 .28VI第 5 章 管理软件设计 .295.1 组

12、态介绍.295.2 组态王介绍.325.3 建立组态王新工程.335.3.1 创建工程路径 .335.3.2 设计工艺流程画面 .365.3.3 登录画面 .375.3.4 实时曲线 .385.3.5 报表 .395.3.6 报警画面 .405.3.7 参数整定 .415.3.8 历史趋势曲线 .42第 6 章 结 论 .43参考文献 .44谢辞 .451第 1 章 绪 论1.1 引言预加氢部分是催化重整的重要环节，重整原料油通过预加氢除去原料油中能使催化剂中毒的砷、铅、铜、汞、铁等元素及硫、氮、氧化合物，使它们的含量降到允许范围内。加氢同时还可使烯烃饱和，以减少催化剂上积炭，延长操作周期。在

13、催化剂作用下，原料油中的含硫、含氮、含氧等化合物加氢分解，生成硫化氢、氨气和水等气体，在经预加氢汽提塔被氢气提出去。原料中的烯烃加氢生成饱和烃。原料中的砷及铅等金属化合物加氢分解出砷及金属，然后吸附在加氢催化剂上。由于现代多金属重整催化剂对原料油提出更高的要求，重整原料油的预加氢也变得更加重要。 1.2 加氢工艺的发展概况加氢装置生产中一些比较简单的控制部分采用单回路简单控制系统。因而过程中单回路简单控制系统是最常见、应用最广泛、数量最多的调节系统。单回路控制系统由被控制系统、测试单元、执行器组成，构成单变量负反馈控制系统。按被控制的工艺来划分，常见的是温度、压力、流量、液位和成分分析五种工艺

14、变量的控制系统1。但根据需要和可能，设置相应的复杂控制回路。如：串级控制、均匀控制、分程控制等。稳定操作是控制方案的设置原则。加氢处理的控制对象与其他石油化工装置是相似的，过程机理复杂，长时间滞后、动态特征复杂，严重非线性特征、对象特征难以用准确的数学模型描述，相关变量多，干扰来源及通道复杂，很多过程变量及状态不可控，甚至不可测。2为改善加氢处理装置的过程控制，实现装置的安全平稳操作，几年来，国外的炼油厂将APC技术用于加氢控制装置的控制，取得了良好的成效。国内也开始了加氢装置的APC技术应用。但同时DCS突破了以常规仪表为基础的过程控制系统结构，它比模拟控制仪表有着更强的控制运算，通信能力有

15、更可靠性和灵活性。它使过程控制系统的范围不再局限在单回路调节上，而是基本控制。两种技术的结合把分散控制和集中管理有机的结合起来使之成为一个协调的系统。1.3 加氢控制的作用与意义催化重整是炼油厂生产高辛烷值汽油组分的重要过程，也是为石油化工生产芳烃的主要过程。此外，它还富产廉价的氢气成为炼油厂用氢的主要来源。催化重整在生产芳烃的石油化工企业当中，催化重整是制备低分子芳烃的龙头装置。催化重整在清洁汽油中的地位也很重要不可替代。重整油对汽油的辛烷值平衡在数量上起关键作用。重整有作为调和组分对车友汽油的质量，品质的改善特别是在提高辛烷值和降馏，降烯烃上起到了显著的作用。这些新技术的不断出现将为石油化

16、工工业的发展提供大力的技术支持。如随着DCS控制系统的不断发展，性能不断提高价格逐年下降，DCS控制系统的应用范围将越来越广。DCS也逐步开始在加氢装置广泛应用。它为装置处于优化条件下长期平稳操作、保证质量，并且获得较大的经济效益创造了条件。正是由于DCS的出现与发展为先进控制（APC）提供了平台，先进控制、优化控制才得以实现。先进控制在整个催化重整中也起着非常重要的作用。它不仅协调多个回路的相互关系，而且使生产过程安全可靠的进行2。3第 2 章 预加氢工艺部分介绍催化重整所用的贵金属催化剂对硫、氮、砷、铅、铜等化合物的中毒作用十分敏感，因此对原料中杂质的限值要求也极其严格。而大部分石脑油原料

17、的硫含量以及一些原料中的砷、氮含量不符合要求，原料的脱硫、脱氮、脱砷等预处理便成为催化重整装置不可缺少的一个组成部分。此外，原料预处理还担负着为重整装置提供馏程适宜、水分合格的进料的任务。为了达到这些目标，通常采用石脑油加氢精制工艺，即预加氢。2.1 预加氢反应部分流程2.1.1 氢气循环流程 采用氢气循环的原则流程图 2.1。采用氢气循环流程，预加氢反应部分需投用一台循环氢压缩机，反应系统内氢气不断循环。由于装置存在氢耗，则需向装置补充重整氢。 石脑油加热炉反应器油气分离器去汽提塔循环压缩机补充氢图2.1氢气循环流程4这种流程的优点：重整产氢不必全部通过预加氢系统，氢油比较小，重整产氢是在重

18、整系统送出装置，不含 H2S、NH3等杂质，对于原料油中硫、氮含量高，要求预加氢压力较高时，采用循环流程由于一次通过流程。由于有循环压缩机，操作比较灵活，且开、停工灵活性大。这种流程的缺点是：流程相对复杂，如不采取增压等提纯措施，装置产氢压力低，重整产氢的纯度比一次通过式低。2.1.2 重整氢一次通过流程重整氢一次通过流程见图 2.2。此流程预加氢部分不需要循环氢压缩机，部分或全部重整氢气进入预加氢反应系统，重整产氢经过油气分离器后送出装置。这种流程的优点是：流程比较简单，重整产氢经过预加氢系统汽液平衡后氢纯度可提高 2v%4v%，对下游用氢装置有利，并且经过预加氢增压机增压后，氢气出装置压力

19、高，提高了下游用氢装置压缩机入口压力，减少压缩级数。石脑油加热炉反应器油气分离器去汽提塔氢气图2.2重整氢一次通过流程含氢气体出装置5这种流程的缺点是：重整产氢通过预加氢后 H2S、NH3 、HCl 等杂质含量增加，由于没有循环压缩机预加氢系统不能单独循环，在催化剂干燥、再生等操作过程 中有些困难，这种流程一般用于原料油中硫、氯及氮等杂质较低，预加氢原料油先经过预分馏，对氢气压力要求不高的情况。本文选择氢气循环流程3 4。 2.2 预加氢的化学反应2.2.1 加氢脱硫在石脑油馏分中，硫化物类型主要有硫醇类、硫醚类、二硫化物和噻吩类。石脑油中硫化物的加氢脱硫反应式如下： RSH +H2RH+H2

20、SRSR+2H22RH+H2S(RS)2+3H22RH+2H2S S+4H2RC4H9+H2SRS+2H2+H2S各种硫化物在加氢条件下反应活性因分子大小和结构不同存在差异，其活性大小的顺序为：硫醇二硫化物硫醚四氢噻吩噻吩。2.2.2 加氢脱氮石油馏分中的氮化物主要是杂环氮化物和少量的脂肪胺或芳香胺。在加氢条件下，反应生成烃和 NH3主要反应如下：6RCH2NH2+H2RCH3+NH3N+5H2C5H12+NH3N+7H2C3H7+NH3NH+4H2C4H10+NH3加氢脱氮反应包括两种不同类型的反应，即 C=N 的加氢和 CN 键断裂反应，因此，加氢脱氮反应较脱硫困难。加氢脱氮反应中存在受热

21、力学平衡影响的情况。馏分越重，加氢脱氮越困难。主要因为馏分越重，氮含量越高；另外重馏分氮化物结构也越复杂，空间位阻效应增强，且氮化物中芳香杂环氮化物最多。2.2.3 加氢脱氧石油馏分中的含氧化合物主要是环烷酸及少量的酚、脂肪酸、醛、醚及酮。含氧化合物在加氢条件下通过氢解生成烃和 H2O。主要反应如： OH+H2+H2O COOH+3H2CH3+2H2O含氧化合物在加氢反应条件下分解很快，对杂环氧化物，当有较多的取代基时，反应活性较低。2.2.4 加氢脱金属7在石脑油馏分中，重金属含量很少，有的已经达到重整进料要求。但对于不同的原料油，砷含量差别很大，而且该物质对重整催化剂毒害极大，因此对于砷含

22、量高的原料必须进行脱砷预处理。绝大多数金属经过预加氢反应器时，沉积在催化剂表面，并且其沉积是从预加氢反应器的催化剂上层开始，逐步下移。当金属沉积穿透预加氢催化剂床层而使得预加氢生成油中的金属杂质含量不能满足重整催化剂要求时，必须更换预加氢催化剂。2.2.5 烯烃的加氢饱和直馏石脑油中烯烃含量很少，但需要加氢饱和才能做重整进料。烯烃的加氢反应发生在催化剂的加氢活性中心。烯烃的加氢饱和反应速度与烯烃分子在催化剂表面上的吸附强度有关，其中链烯烃的吸附强度大于环己烯，而链烯烃中乙烯、乙炔等低分子的烯烃有更强的吸附。烯烃的加氢反应为强放热过程。2.3 预加氢操作参数影响加氢反应的操作参数主要有反应温度、

23、压力、氢油比和空速。2.3.1 反应温度反应温度一般指催化剂的床层温度。加氢过程是放热反应，工业装置常采用绝热反应器，这样将导致催化剂床层出现温升。为了准确表述催化剂床层的反应温度，通常采用催化剂床层加权平均温度来表示。对于直馏石脑油，反应温度升高，脱硫、脱氮反应速度加快，加氢深度增加；但温度过高，将降低生成油的液位产品收率，并促使焦炭生成速度增加，损害催8化剂的活性。预加氢装置操作通常采用控制反应器入口温度来调整脱硫、脱氮率。然而，反应器入口温度不是独立的操作变量，它是进料质量的函数。当进料性质和数量一定时，反应器入口温度通常应控制在所需的最低值。随着运转时间的增长，催化剂的活性逐渐衰减，可

24、提高反应温度来补偿。但是，最高的预加氢反应温度通常不超过 370，超过此值，焦炭生成速度极快，而且将有裂化反应发生，加氢效果甚微。同时，在高温下，烯烃饱和反应达到平衡状态，产物中烯烃会与硫化氢结合，生成硫醇。2.3.2 压力压力对催化剂的活性也有影响。通常，压力有三个概念：反应器内氢分压、系统总压（反应器入口压力、反应器出口压力或油气分离器压力）以及循环氢中的氢分压。压力对加氢反应影响的实际因素是反应器内氢分压。较高的氢分压有利于抑制脱氢反应，促进加氢反应，阻止或减少催化剂表面积炭的生成，提高催化剂的稳定性。反应器内氢分压的大小取决于操作压力、氢油比、循环氢浓度以及原料油的汽化率。2.3.3

25、氢油比在工业装置上，通用的氢油体积比是指在单位时间内进入反应器的氢气在标准状态下的体积量预进入反应器的原料油的体积（20）量之比。在加氢过程中，如果不涉及反应工程的影响，仅就反应过程而言，氢油比的变化实质是影响反应过程的氢分压。对于一般的直馏石脑油来说，氢油比通常为 50120，但是对于掺炼二次加工油的原料，则需要在较高的氢油比。9重整预加氢反应要选择合适的氢油比。氢油比选择的一般原则是原料油含二次加工石脑油，如焦化石脑油或催化石脑油，则氢油比较大；加工直馏石脑油，则氢油比相应较小。2.3.4 空速体积空速是指单位时间内每单位体积催化剂上流动通过的原料油的体积。空速的大小反映了反应物在反应器内

26、停留时间的长短。工业上希望采用较高的空速以提高装置的处理能力，但空速的选择受反应速率的限值5。2.4 预加氢的主要设备2.4.1 反应器 为了满足重整催化剂对进料油中的硫、氮、砷、铅、铜等有害杂质的要求，根据原料油中杂质含量的不同，有选择地设置预加氢脱砷反应器、预加氢脱氯反应器和预加氢精制反应器。在预加氢精制反应器中可发生脱硫、脱氮、脱氧、脱金属、脱氯化物和烯烃饱和反应。在脱砷反应器中，原料油中的砷与催化剂接触，转化成不同的金属砷化物留在催化剂中而被脱除。在脱氯反应器中，氯化物与脱氯剂反应生成氯盐而被脱除。随着我国炼制含硫原油的日益增多，在作为重整原料的直馏石脑油或焦化石脑油中，硫含量越来越高

27、，在反应器中生成的硫化氢含量也随之提高，这就加重了设备的腐蚀，因而目前所建的重整装置的预加氢反应器，主体材质基本上采用以 Cr-Mo 钢为基材的不锈钢复合钢板。他们的内部机构大体相同，基本上都是轴向反应器。入口处装有进料分配器，床层上部通常设有去垢篮，催化剂床层上下10均装填不同规格的瓷球，出口处装有出口收集器等。2.4.2 换热器预加氢装置中的预加氢进料/反应产物换热器通常为数台 U 型管式换热器或两台双壳程 U 型管式换热器串联使用，管程走反应产物，壳程走进料。2.4.3 油气分离器气液分离器可安装在气体压缩机的出入口用于气液分离，分馏塔顶冷凝冷却器后气相除雾，各种气体水洗塔，吸收塔及解析

28、塔的气相除雾等。气液分离器也可应用于气体除尘，油水分离及液体脱除杂质等多种工业及民用应用场合。气液分离器采用的分离结构很多，其分离方法也有：1、重力沉降；2、折流分离；3、离心力分离； 4、丝网分离； 5、超滤分离； 6、填料分离等。但综合起来分离原理只有两种：一、利用组分质量（重量）不同对混合物进行分离（如分离方法 1、2、3、6）。气体与液体的密度不同，相同体积下气体的质量比液体的质量小。二、利用分散系粒子大小不同对混合物进行分离（如分离方法 4、5）。一个好的气液分离器应具有如下特点：1、分离效果好。、适应的分离负荷范围非常宽 。、体积小。、阻力小。、工作稳定。112.4.4 加热炉预加

29、氢进料加热炉一般采用炼油厂常用的对流-辐射型圆筒炉。加热炉的对流段炉管为水平管，由于靠近加热炉的辐射段，受到炉膛火焰和高温烟气的强烈辐射，为避免局部过热，一般对流段的下部三排炉管为光管，其他各段均采用高效传热的翘片管或钉头管。加热炉的辐射段炉管为垂直的立管靠墙布置，直接接受火焰和炉墙的高温辐射。工艺介质先经加热炉的对流段预热，然后经转油线进入辐射段加热到工艺所要求的温度。一般采用的燃烧器为气体燃烧器或油-气联合燃烧器。气体燃烧器温控灵敏调节方便灵活；油-气联合燃烧器温控响应速度比气体燃烧器慢一点。对于预加氢加热炉，由于工艺的出炉温度要求较为严格，出炉的温度偏差较小，要求温度控制响应快，常常采用

30、气体燃烧器。2.4.5 循环氢压缩机预加氢的循环氢压缩机一般为往复式压缩机，用以保持预加氢反应系统的氢气循环。由于进出口压差小，一般采用一级压缩，压缩比在 1.5 左右。往复式压缩机顾名思义，其运动部件除了曲轴以外都是作往复运动的，气流流动也是带脉动性质的，容易造成某些运动部件的损坏，因此往复式压缩机不能长周期运行，一般需要备用压缩机。2.4.6 离心泵在工业生产过程中，离心泵是使用最广泛的流体输送设备之一。它主要由叶12轮和机壳构成，叶轮在原动机带动下作高速旋转运动。出口处流体的压头来自于旋转叶轮作用于液体而产生的离心力，转速越高，离心力越大，压头也就越高。叶轮与机壳间有空隙，关死泵的出口阀

31、，排量为零，压头最高，此时泵所做的功，全部转化为热能而散发，同时也使泵内液体温度升高。所以，离心泵不宜长时间关闭出口阀。随着排量逐渐增大，泵所能提供的压头慢慢下降。泵的压头 H、排量 Q 和转速 n 之间的函数关系被称为泵的特性，如图 2.36 7。 an1n2n3n4压头排出量Q图2.3泵的特性曲线13第 3 章 预加氢设备的控制方案加氢装置生产过程中最常见的调节系统是单回路控制系统。按被控制的工艺变量来划分，常见的是温度、压力、流量、液位和成分分析五种工艺变量的控制系统。单回路控制系统解决了加氢装置的大部分控制问题，但单回路控制系统只能完成线性定常系统的单变量定值控制，而对于纯滞后较大、时

32、间常数较大、数学模型复杂、非线性特性、干扰多而变化剧烈的对象，控制质量较差，对于其他过程变量之间有关联和耦合的过程，加氢装置根据控制回路的具体情况和条件采用了相当一部分复杂控制系统，最常见的有串级控制系统、均匀控制系统、分程控制系统等8。3.1 离心泵的控制方案设计加氢装置进料泵一般为高压离心泵。离心泵是最常见的液体输送设备，离心泵流量控制的目的是要将泵的排出量恒定于某一设定的数值上。 离心泵的控制方案一般有三种：（1） 直接节流法 即直接改变节流阀的开度，从而改变控制阀两端节流损失压头 hV， 造成管路特性变化，达到控制目的，控制方案如图 3.1。当调节阀开度发生变化时，由于转数是恒定的，所

33、以泵的特性没有发生变化，但管路上的阻力却发生了变化。控制泵的出口流量时，调节阀装在泵的出口管路上，而不应该装在泵的吸入管路上。这是因为调节阀在正常工作时，需要有一定的压降，因为离心泵的吸入14高度是有限的。如果泵的进口端压力过低，可能使液体汽化，使泵丧失排送 能力，这叫气缚，或者压到出口端有迅速冷凝，冲蚀严重，这叫气蚀。这两种情况都要避免发生。（2）改变泵的转速 n 改变泵的转速同样可以起到控制流量的目的。在这种控制方案中需要调节原动机的转速，例如，采用调速电机，调节蒸汽透平的导向V-1FCV-2 图3.1直接节流法控制方案15叶片的角度等，控制方案如图 3.2。采用这种控制方案，管路上无需安

34、装控制阀。所以，控制阀两端的压差 hV这一项等于零，减少了阻力损耗，泵的机械效率得以提高。然而，不论是采用调速电机还是蒸汽透平，实施调速的设备费用都比较高，故这种方式大多被应用在大功率、重要的泵装置上。 （2） 改变旁路回流量将泵的部分排出量重新送回到吸入管路，用改变旁路开度的方法来控制泵的FC 图3.2调节转速式控制方案调转速16实际排出量，控制方案如图 3.3。综上所述，直接节流法，方案简单易行，控制灵敏，但能耗大，所以一般用于流量变化较小的场合；调速法反应慢，实施调速的设备费用都比较高，但能耗小。改变回流量法，总的机械效率较低，但它具有可用小口径控制阀的优点。在此设计中，对进料离心泵采用

35、直接节流法作为控制方案9。3.2 换热器的控制方案 在炼油化工生产中，换热设备应用广泛。进行换热的目的有四种：（1）使工艺介质达到规定的温度，以使化学反应或其他工艺过程能很好的FC 图3.3 改变回流量控制方案V-3V-417进行。（2）在生产过程中加入吸收的热量或除去放出的热量是工艺过程能在规定的范围内进行。（3）某些工艺过程需要改变物料的相态。（4）回收量。由于换热目的不同，其被控变量也不同。在大多数情况下被控变量是温度，为了保证出口温度平稳，满足工艺生产要求，从传热过程的基本方程可知，必须对热量进行调节。调节传热量有以下几种控制方案：方案一：V-1TC蒸汽凝液图3.4 调节载流体流量的方

36、案18方案二： V-1TC蒸汽凝液图3.5 调节传热面积的方案19方案三： 方案一：以载流体流量作为操作变量的方案，应用较广，但当换热器的传热面积较小，而载流体流量已足够大，这时再开大调节阀，对提高工艺介质出口温度的效果就不大。方案二：这种控制方案之后较大，只有在某些必要的场合才采用。方案三：此方案使一部分流体的传热过程变为混过程，因此调节通道反应快，使原来对象的纯滞后减小，改善了调节质量。且工艺介质的总流量不变。本文采用方案一。3.3 加热炉的控制方案TCV-3载流体工艺介质图3.6 将工艺介质部分旁路的方案20加热炉是传热设备的一种，同样具有热量传递过程。热量通过金属管壁传给工艺介质，因此

37、它们同样符合导热与对流传热的基本规律。对于加热炉来说，工艺介质受热升温或同时汽化，其温度的高低会直接影响后一工序的操作工况和产品质量。加热炉的最主要控制指标往往是工艺介质的出口温度，此温度为控制系统的被控变量，而操纵变量为燃料油或燃料气的流量。所以，加热炉出口温度必须严格控制。影响炉出口温度的扰动因素有：工艺介质进料的流量、温度、组分，燃料方面有燃料油（或气）的压力、成分（或热值）、燃料油的雾化情况，空气过量情况，喷嘴的阻力，烟抽抽力等。采用单回路控制系统往往很难满足工艺要求，因为加热炉需要将工艺介质（物料）从几十度升温到数百度，其热负荷很大。采用单回路控制时，当加热量改变后，由于传递滞后和测

38、量滞后较大，控制作用不及时，而使炉出口温度波动较大，满足不了工艺生产要求。为了改善控制品质，满足生产的需要，加热炉大多数采用串级控制系统。主要有以下几种：方案一： V-2TCTC出料进料燃料油图3.7 炉出口温度对炉膛温度的串级控制21方案二：方案三： V-2TCPC出料进料燃料油图3.9 炉出口温度对燃料油压力的串级控制V-2TCFC出料进料燃料油图3.8 炉出口温度对燃料油流量的串级控制22 方案一：当受到扰动因素例如燃料油的压力、热值等作用后，首先将反映炉膛温度的变化，以后再影响到炉出口温度，而前者之后远较后者小。采用此方案后，把原来滞后的对象一分为二，副回路其超前作用，能使这些扰动因素

39、一影响到炉膛温度时，就迅速采取控制手段，这将显著改善控制品质。方案二：这种方案适用于燃料总管的压力波动是主要干扰因素的情况。方案三：这种控制方案当采用燃料油做燃料时，燃料油黏度较大容易堵塞流量测量装置，如果用压力测量，则不受影响。本文采用方案三。3.4 反应器的控制方案在设计反应器控制方案时，首先要明确反应器的控制目标和可能的控制手段。关于控制目标应该考虑以下几个方面:（1）控制指标根据反应器类型及其所进行的反应的不同，其控制指标可以选择反应转化率、产品的质量或收率等直接指标，或与它们有关的间接工艺指标，例如温度、压力、23温差等。（2）物料平衡和能量平衡为了使反应器的操作能够正常进行，在反应

40、器运行过程中必须保持物料与能量平衡。如为了保持热量平衡，需要及时除去反应热，以防热量的集聚；为了保持物料平衡，需要定时地排除或放空系统中的惰性物料，以保证反应的正常进行。（3）约束条件与其他单元操作设备相比，反应器操作的安全性具有重要的意义，这样就构成了反应控制中的一系列约束条件。因此，在设计中经常配置报警、连锁或选择性系统等特殊的自动化系统。在化学反应器的过程控制中，由于温度和转化率、产量、收率等这些指标关系密切，又容易测量，所以大多数温度作为反应器控制中的被控变量。本设计对反应器主要进行温度控制。反应温度一般指催化剂的床层温度。反应温度是对硫、氮化合物加氢裂解、金属有机化合物脱除率、原料油

41、的转化深度以及产品质量均有影响的重要操作参数，反应器床层温度控制主要是根据床层测温信号注入冷氢，从而带走反应热来实现的。控制方案如图 3.10。24加氢反应器在“平缓”的温度分布条件下操作，可以使催化剂结焦反应的高峰温度减小，能最大限度地延长催化剂寿命和增加目的产品产率。3.5 压缩机的控制方案压缩机是生产过程中十分重要的气体输送设备。为了保证压缩能够在工艺所V-2TC冷氢图3.10 加氢反应器控制方案25要求的工况下安全运行，必须配备一系列自动控制系统。预加氢循环氢压缩机一般为往复式压缩机，往复式压缩机适用于压力高，压缩比大，压缩流量较小的对象。往复式压缩机主要控制吸入口压力，吸入口压力的稳

42、定是往复式压缩机操作平稳的关键。通常采用压缩机出入口旁通管调节方案，即用压缩机吸入口压力控制本机出口返回入口的旁通管的调节阀，控制方案如图3.11。这种方法的缺点是消耗一部分功，但因其实用，操作简单，在重整装置中普遍采用。与往复式压缩机配套的设备通常有润滑油系统、冷却水系统以及其相应的仪表，包括气量调节，轴振动等，通常都由压缩机生产厂根据机组工况配套设置10。V-2PC循环压缩机图3.11 压缩机的控制方案263.6 控制方案总流程图V-1PCV-3V-4PCV-5LCFCV-6V-7TCTCV-8补充氢石脑油加热炉反应器油气分离器去汽提塔压缩机TCTC冷氢图3.12 预加氢部分控制方案总流程

43、图FC燃料27第 4 章计算机控制与管理系统4.1 工业生产过程控制系统的综述工业生产过程自动化系统经过长期不断的发展，特别是在充分利用计算机技术的基础上取得了很大的进步，在生产过程中已发挥其重要作用。70 年代以来，微型机和微处理器的迅猛发展，为计算机控制系统的发展创造了有利的条件。从控制系统的角度来讲，计算机控制系统也经历了如下几个阶段：1) 直接数字控制系统(DDC-DirectDigitalControl)。2) 分散控制系统(DCS-DistributedControlSystem)。3) 现场总线控制系统(FCS-Field busControlSystem)。不难发现，随着工业生

44、产规模的不断扩大和生产工艺的日益复杂，对生产过程的自动控制提出了越来越高的要求，在自动化技术、计算机技术、网络通信技术和先进制造技术迅速发展的支撑下，工业控制己逐步从单机监控、直接数字控制发展到以新型工业控制网络、智能化仪表和控制器为主要支撑技术的，过程自动化与信息管理自动化相结合的计算机综合型控制系统，其本质是利用计算机技术对生产过程进行监视、操作和管理。目前在过程控制系统的设计中应该采用分散控制的思想己是不争的事实。但是从控制系统中采用的主要控制器来说，则可以有以可编程逻辑控制器(PLC)为中心或以工业计算机(IPC)为中心的区别。这两种控制器都可以形成具有一定规模的分散式过程控制系统，但

45、是在工作原理、设计方法和手段上有较大的区别。依据被控制过程的特点，可将其控制策略分为顺序控制和连续控制两类。围绕顺序控制和连续控制方式分别产生了两类具有明显特色的工控产品。可编程控制器28在一开始就是为了解决顺序控制问题而开发的，而基于工业控制计算机的集散控制系统则是为解决连续控制问题而开发的典型过程控制产品。4.2 系统的硬件配置4.2.1 硬件配置为了保证系统的可靠性和满足工业现场的实际要求，本系统采用高可靠工业控制计算机和 YS-170 可编程调节器组成上、下两层控制系统。建立一套由“基本控制层(YS-170)”和“上位控制层(工控机)”组成的经济适用型集散控制系统。在该系统中，上位控制

46、层承担“信息集成” 和管理任务，它通过 RS-485 通讯接口对基本控制层进行监视与控制，同时基本控制层保持其独立性。当不进行通讯时，YS-170 仍能完成其正常控制过程。这样当工控机一旦发生故障或需人工干预时，可自动切换到 YS-170 手动或自动控制，同样也可方便地切回到工控机控制状态。4.2.2 下位机的选择下位机中我们选择日本横河公司推出的YS-170智能可编程调节器。它是该公司生产的YS-100系列单回路仪表中具有代表性的产品。YS-170智能可编程调节器有如下特点：(1)在继承传统的可编程调节器优异功能基础上，吸收I3CS优越的人机界面技术。如采用高清晰的液晶图像显示画面、运用了多

47、用途与丰富多彩的画面显示功能、实现了完全的前面板操作。(2)适应现代管控一体化的需要，强化其信息通信功能，装备有计算机接口。29(3)随着I3CS系统软件组态、生成概念、方法的引入，用户程序的编制工作变得极为容易。(4)双CPU，配有输出后备换作回路，可靠性极高。(5)具有丰富的控制功能。在本系统中，通过编制YS-170程序，实现加氢过程的自动控制。YS-170程序的编制除满足基本的程序控制系统所要求的功能以外，还与上位机部分的优化、先进控制部分相协调，是实现上位优化控制的纽带和基础。4.2.3 上位机的选择1. 主机工控机：英文简称 IPC，全称 Industrial Personal Co

48、mputer。工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机。工控机有以下特点：(1)机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。(2)机箱内有专用底版，底版上有 PCI 和 ISA 插槽。(3)机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。我们选用性价比比较高的台湾“研华”工控机。2. 显示器显示器类型： 19 寸纯平 CRT。3.工控机上使用的软件工控机作为控制系统，用Windows2000 xp操作系统作为控制系统软件平台。30用组态王软件对系统实施组态设计，对整个预加氢系统进行监控。软件的设计将在第5章中进行详细介绍11 12。第 5 章 管理软件设计5.1 组态介绍随着微电子技术、

49、计算机控制技术、工业以太网技术及现场总线技术的发展，作为用户无需改变运行程序源代码的软件平台工具工控组态软件日渐成熟。由于工控组态软件在实现工业控制的过程中免去了大量烦琐的编程工作，解决了长期以来控制工程人员缺乏计算机专业知识与计算机专业人员缺乏控制工程现场操作技术和经验的矛盾，极大地提高了自动化工程的工作效率。目前世界上有不少专业厂商包括专业软件公司和硬件系统厂商生产和提供各种组态软件产品。近年我国的组态软件市场也有了较快的发展，每年的市场增幅都在加大，未来的发展前景十分看好。“组态”的概念最早来自英文，其含义 Configuration 是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置(包括

50、进行对象的定义、制作和编辑，并设定其状态特征属性参数)，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。它是随着集散型控制系统 DCS(Distributed Control System)的出现而引入工业控制系统的。组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动化控制系统控件层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式(而不是编程方式)提供良好的用户开发界面和简洁的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易的实现和完成监控层的各项功能。31组态软件产品于上世纪 80 年代初出现，目前世界上的组态软件有近百种之多。国际上知名的工控组态软件有美国商业组态

51、软件 Wondeware 公司Intouch,Intellution 公司的 FIX,Nema Soft 公司的 Paragon,TA Engineering 公司的AIMAX、通用电气公司的 Cimplicity，Rock-Well 公司的 RSView32、信肯通公司的 Think&Do，National Instruments 公司的 LabView，Iconics 公司的 Genesis，德国西门子公司的 WinCC，以色列 PC Soft 公司的 WizCo，澳大利亚 CIT(悉亚特)公司的 Citect 产品等。国内的组态软件起步也比较早，目前实际工业过程中运行可靠的有北京昆仑通态

52、自动化软件科技有限公司的 MCGS、北京三维力控科技有限公司的力控、北京亚控科技发展有限公司的组态王以及台湾研华的 GENIE 等。在国内的工控项目开发中，上位机控制系统的实现主要有两种方式：一是利用 VB,VC+等可视化高级语言进行低层开发，可以实现控制系统的技术要求。这种开发方式的较大缺点是开发周期长，维护不方便。二是利用工控组态软件进行二次开发，在工业控制软件中，组态软件能充分利用 Windows 的图形编辑功能，方便地构成监控画面，以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口，实时趋势曲线，并可运用 PC 机丰富的软件资源进行二次开发，便利地生成各种报表，为应用程序的开发提供了十分方便的

53、软件平台。此种方式以其简单易学，开发周期短，维护方便等优势在工控领域得到了广泛的应用。组态软件最突出的特点是实时多任务，其主要目的是使自动化工程设计师在生成适合自己需要的应用系统时不需要修改软件程序的源代码。一个组态软件主要解决的问题：如何与采集、控制设备间进行数据交换；使来自设备的数据与计32算机图形画面上的各元素关联起来；处理数据报警及系统报警；存储历史数据及历史数据的查询；各类报表的生成和打印输出；为使用者提供灵活多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；最终生成的应用系统稳定可靠：具有与第三方程序的接口，方便数据共享。随着控制自动化技术、计算机技术、通讯技术的迅速发展，组态软件正成为

54、监控领域中十分活跃的部分。以往工业自动化软件是由计算机软件工作人员通过编程实现的，不仅工作量大，而且开发出来的软件通用性差，可靠性也较低，使用组态软件能很好地避开这些缺点。组态软件基于自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法：其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和 I/O 设备；与高可靠性的工业控制计算机和网络系统相结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。组态软件提供了灵活的组态工具和模块，人机交互界面好，使系统功能易于实现。目前大多数组态软件是一种

55、分布式监督控制和数据采集系统(Supervisory ControlAnd Data Acquisition，SCADA)，既可以是单机集中式控制或分布式控制系统，也可以是带远程通讯能力的远程监控系统。它集中了控制技术、计算机软、硬件、图形显示技术、局域网技术以及通信技术等多种先进技术，分布式的过程控制监控系统适用于上、下位机形式的硬件结构；集中式的过程控制监控系统适用于单机结构。当生成、启动分布式系统后，下位机便充当现场站，不断地实时采集、整理数据，并激活通讯系统将实时数据传送给上位机，上位机一方面实现33实时数据处理，将求解的控制结果实时送往下位机，另一方面也可将这些数据以各种图表的形式直

56、观地显示给用户。当生成、运行集中式监控系统时，系统一方面充当仿真终端，不断地在后台实时采集、整理数据，另一方面在前台实时地买现监控功能13。5.2 组态王介绍正如上文所述，国内外已有很多工控组态软件供用户选择。国外组态产品功能普遍较为强大，也十分成熟，但价格较高，国内的普通用户较难接受。北京亚控公司开发的组态王软件吸收了国外组态软件的很多优秀成分，并采用了当今较为先进的软件设计技术，在很多方面可以与国外的组态软件媲美，且价格相对较低，节约了开发成本。基于此，确定选用组态王。本测控系统中的上位机实时监控系统选用亚控公司的组态王 6.02，它是一款比较优秀的国产组态软件，适用于从单一设备的生产运营

57、管理和故障诊断，可以在 Windows95/98，Windows2000/NT4.0 等多种操作系统上运行。它由工程管理器、工程浏览器、画面运行系统三部分组成，除了拥有上述的组态软件一些共有的特点外，还具有许多特殊的功能，可以极为方便的进行系统组态。组态王 6.52 是运行于 Microsoft Windows 98/2000/NT 中文平台的中文界面的人机界面软件，采用了多线程、COM 组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠。组态王 6.52 软件包由工程浏览器（Touch Explorer）、工程管理器（ProjManager）和画面运行系统（TouchVew）三部分组成。在工程浏览器中您可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造、定义外部设备等工作；34工程管理器内嵌画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统 TOUCHMAK 和工程运行系统TOUCHVEW 来完成的。TOUCHMAK 是应用工程的开发环境。您需要在这个环境中完成画面设计、动画连接等工作。TOUCHMAK 具有先进完善的图形生成功能；数据库提供多种数据类型，能合理地提取控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简洁的操作方法14。5.