催化裂化装置烟机控制系统的改进

催化裂化装置烟机控制系统的改进

原油挤出装置是重要的勘探装置，反应再生系统是催化剂的重要组成部分，对生产操作的控制非常重要。烟机发电机组作为能量回收部分,是装置降低能耗、有效利用能源的重要组成部分。催化剂在再生器内烧焦时产生的高温烟气推动烟气轮机,从而带动发电机发电。如果高温烟气流量突变,就会破坏再生器的压力平衡,因此确保再生器压力的稳定是保证整个反应再生系统的压力平衡和生产平稳的关键。在实际生产中,烟机因电网波动出现的发电机解裂紧急停车和发生故障引起的停车都将直接影响整个反再生系统的压力平衡,处理不当还会给装置生产带来难以估量的严重后果。目前,国内许多催化裂化装置都采用了在烟机紧急停车时打开旁路阀到固定开度来控制再生器压力的方案。北京燕山石化公司炼油厂2套催化裂化装置也同样采用这种控制方案。但这种控制方案在实际生产中存在不足,每次烟机紧急停车都会造成再生器压力波动。虽然压力波动不大,但影响了装置的平稳运行,都需要几小时的操作调整。为确保装置生产的稳定,2005年4月该厂对三催化机组进行控制系统改造,采用DCS操作和CCC控制器共同控制,在烟机出现紧急停车时,降低了再生器压力波动幅度,确保了生产平稳运行。1反应再生装置该厂三催化装置分为反应再生,分馏,吸收稳定和四机组(烟机K-103、汽压机、主风机和增压机),双脱及余热锅炉部分。反应再生是催化装置的核心组成部分,预先经过换热的原料油通过反应器变成反应产物,再送到分馏系统处理。反应过程中生成的焦炭沉积在催化剂上进入再生器,用空气烧去焦炭,一再生贫氧、二再生富氧燃烧。再生温度可由外取热器调节,再生后的催化剂把热量带入反应器供反应耗用。从再生器出来的高温烟气经高温取热炉发生蒸气后过三旋去烟机到余热锅炉再去烟囱。控制方案如图1所示。2烟机停机和停机压力波动原有的压力控制方案是当烟机发生联锁停车时,烟机入口蝶阀(简称60″阀,1″=25.4mm,下同)全部关闭,不允许烟气进入烟气轮机,而三旋出口烟机两旁路蝶阀(以下简称22″阀和42″阀)中的22″阀迅速全部打开,42″阀约打开到78%的位置,防止再生器憋压和催化剂倒流。由于烟机每次发生紧急停车时,当时的烟机发电量不同,因此每次进入烟机的烟气量也不同。停机时二再生压力的压力值每次都不相同,需要的排放量也不同,而每次旁路阀都打开到固定位置,满足不了适时的烟气排放量,造成在烟机停机时再生器压力波动较大。同时原控制系统的反应速度不够快,造成了再生器压力无法控制,影响了催化的平稳操作,甚至造成催化装置事故停工。而且原烟机系统的硬件可靠性差,卡件更换频率明显超过了同类系统,导致控制系统的问题越来越严重。综上所述,由于原系统的不合理性,故在2005年机组改造中采用了CCC控制器和DCS操作共同控制二再生压力的方案,解决了系统的响应速度和两旁路阀的开度问题,将二再压力的波动减至最小。3现场发挥pid模板作用根据存在的问题,2005年改造了三催化二再生压力控制系统,将原有的控制方案改为CCC控制器和DCS远程手操面板共同控制。在CCC控制器中,使用速度控制器SIC-7701和再生器压力控制器FIC-102来实现。在DCS画面上做了远程手操面板,为了适应操作工的习惯,组态时使用PID模板来做手操面板。操作人员通过手操面板观察二再生压力的测量值,进行“AUTO/MANUAL”切换等功能。烟机压力控制器输出数字量输出信号HY-102C给DCS,作为DCS方跟踪请求手自动的信号。从压力控制器送出数字量输出信号PY-102A作为它的手自动状态反馈信号。烟机停车信号送给速度控制器、压力控制器和DCS的输出做为紧急停车控制信号。现场二再生压力测量值给DCS及压力控制器作为操作显示和PID运算。DCS手操面板的远程压力设定点HY-102B作为压力控制器的设定值,DCS手操面板的远程手动输出HY-102A作为压力控制器的手动输出值。烟机的功能控制图如图2所示。DCS与压力控制器的功能控制图如图3所示。3.1烟机出口温度上升控制SIC-7701控制烟机入口阀(60″阀)的开度,SIC-7701接受到烟机出口温度上升速度的控制开关量信号作为降速触点信号,当烟机进入发电状态,SIC-7701进入发电有差控制状态,通过改变转速设定值直接控制阀门开度,也可以通过手动输出直接控制阀门开度。3.2再生装置压力控制器再生器压力控制器PIC-102兼有PID调节功能和分程控制功能。3.3停车时的前馈系统优化由于催化正常生产时85%烟气通过60″阀进入烟机膨胀做功发电,约3%的烟气由三旋带出,约12%的烟气由烟机旁路阀排出,而烟机停车时,60″阀关闭,要求烟气全部由两旁路阀排出。因此22″阀,42″阀与60″阀的阀门开度有一定比例关系,由阀门的流通能力决定。所以设计方案将速度控制器与压力控制器构成前馈控制,速度控制器将控制信号给压力控制器,超前控制旁路阀,克服扰动发生,加快系统的响应速度,使压力控制器调节及时。烟机正常时计算公式如式(1)所列。计算压力控制器输出值通过分程控制两旁路阀。压力控制器输出值=压力控制器PID输出值+M9×速度控制器(前输出值-后输出值)(1)式中M9——烟机正常时的前馈系数。烟机停车时通过式(2)计算压力控制器输出值=压力控制器PID输出值+M0×速度控制器(前输出值-0)(2)式中M0——停车时的前馈系统。烟机停车时,在5s内强制DCS置于“AUTO”,不允许DCS手操面板切手动,将算得的压力控制器输出值迅速分程控制两旁路阀的开度。3.4跟踪请求信号分程控制当烟机正常运行时,如果DCS手操面板置于“Manual”状态,压力控制器处于“Remote”“Tracking”状态,跟踪DCS面板的手动状态,压力控制器的输出值等于DCS手操面板的手动输出值直接分程控制旁路阀,压力控制器既不做PID调节与速度控制器,也不构成前馈控制。如果DCS手操面板置于“Auto”状态,压力控制器处于“Remote”“Auto”,跟踪DCS面板的自动状态,手操面板的远程压力设定点作为速度控制器的远程设定值,二再生压力测量值为控制器的PV值,进行PID调节运算。同时与速度控制器构成前馈控制,通过式(1)计算输出值分程控制22″,42″阀。因此跟踪请求信号决定了压力控制器与DCS方手操面板的手/自动状态一致,手操面板接收的手/自动反馈信号也必须与压力控制器相一致。这里设置分程控制的主要目的是让22″阀,42″阀根据工艺的要求满足开停车时大流量和正常生产时小流量的要求,满足正常生产和事故状态下的稳定性和安全性。根据22″阀,42″阀和60″阀的流通能力大小,将22″阀分程点设为0～25%,42″阀分程点为25%～100%,并且都为气关阀。烟机发生紧急停车时5s内强制远程手操面板处于“Auto”状态,压力控制器置于“Auto”,其设定值取自DCS远程设定SPT,做PID调节,与速度控制器构成前馈,通过式(2)计算输出值控制旁路阀。5s后DCS手操可进行“手/自动”切换,但要求DCS方手动切自动时设定值跟踪实时测量值,以达到无扰动切换,此项在DCS组态中实现。从DCS到烟机压力控制有一组模拟量输出信号,为远程输出信号,跟踪DCS手操面板的输出值,手操面板置“手动”时输出值可以根据工况调节,压力控制器的输出值等于远程手动输出值。在自动时面板输出值为式(3)计算的值手操面板的输出值=22″阀阀位×25%+42″阀阀位×75%(3)由于烟机停车时手操面板必须处于“Auto”位置,根据式(3)的计算保证了停车后DCS方手操面板的输出值和压力控制器的输出值相一致,实现了双方输出的无扰动切换。4ccc控制器的研究在控制系统正式投用之前,笔者在DCS与CCC控制器之间作了全面的仿真实验,对控制双方的手、自动切换、DCS手操面板测量值与设定值的无扰动切换及CCC控制器的PID模块的参数整定、前馈控制系数等进行了反复实验整定,达到了工艺的要求,确保开车一次成功。图4为烟机停机时改造前后二再生压力的波动曲线图。5压力控制器由于蝶阀的流通能力与开度不成线性,在烟机出现紧急停车时为了保证22″阀全关、42″