催化主風(fēng)流量控制系統(tǒng)（RACS）

鄒青華

（中國石油廣西石化分公司，廣西 欽州 535008）

催化主風(fēng)流量控制系統(tǒng)（RACS）

鄒青華

（中國石油廣西石化分公司，廣西 欽州 535008）

主風(fēng)流量控制系統(tǒng)主要設(shè)計理念是控制重油催化裂化裝置再生器一、二再主風(fēng)流量分配，合理燒焦。并通過控制主風(fēng)流量調(diào)節(jié)閥開度來盡可能降低管路壓降，在滿足燒焦風(fēng)量需求的前提下，通過調(diào)節(jié)主風(fēng)機(jī)靜葉開度使主風(fēng)機(jī)出口壓力維持在最低，達(dá)到節(jié)能的目的。主風(fēng)流量分配自動控制和主風(fēng)機(jī)靜葉自動調(diào)節(jié)是重油催化裂化裝置控制的難點(diǎn)，也是兩器平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。本文通過對UOP工藝包中主風(fēng)流量控制系統(tǒng)（RACS）的設(shè)計原則，結(jié)合裝置操作的特點(diǎn)，設(shè)計了RACS主要控制模塊，并通過實際應(yīng)用，驗證了控制方案的可行性。

RACS;重油催化裂化;主風(fēng)機(jī)靜葉控制

中國石油廣西石化350萬t／a重油催化裂化裝置是國內(nèi)單套處理能力最大的裝置，該裝置引進(jìn)了美國UOP公司的工藝技術(shù)，于2007年11月開工建設(shè)，2010年9月投產(chǎn)。主風(fēng)機(jī)組采用三機(jī)組方案，由煙機(jī)－軸流式壓縮機(jī)－電機(jī)組成，其中煙機(jī)選用蘭州機(jī)械廠生產(chǎn)的VL－19000A型，主風(fēng)機(jī)選用了陜鼓集團(tuán)生產(chǎn)的AV90－12軸流式主風(fēng)機(jī)，電機(jī)選用上海電機(jī)廠生產(chǎn)的YCH1120－4型電動機(jī)。

本裝置采用兩段式再生技術(shù)，一段再生在再生器上部，為貧氧再生，燒焦主風(fēng)通過4路主風(fēng)流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)入再生器;二段再生在再生器下部，為富氧再生，燒焦主風(fēng)通過1路調(diào)節(jié)閥進(jìn)入再生器，一、二再通過外循環(huán)管連通。各路主風(fēng)流量在操作中互相影響，手動調(diào)節(jié)非常困難，很容易造成碳堆或尾燃，一直是催化裂化裝置操作的難點(diǎn)之一。

PRCS硬件采用美國TRICON公司生產(chǎn)的三重冗余控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)掃描周期小于100ms，比常規(guī)的DCS控制系統(tǒng)更加可靠，運(yùn)算速度更快。

1 設(shè)計原則

控制方案的設(shè)計采用了UOP公司對主風(fēng)流量控制系統(tǒng)的設(shè)計原則，具體要求如下:

（1）一再和二再5路主風(fēng)流量可以單獨(dú)控制，由5個單獨(dú)的流量控制器組成，可以分開操作。

（2）RACS可以控制去一段再生器和二段輔助燃燒室主風(fēng)流量的分配，滿足裝置生產(chǎn)要求。

（3）5路主風(fēng)流量調(diào)節(jié)閥開度送入RACS系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將通過降低閥前壓力使閥門開度盡可能開大，以降低主風(fēng)管路壓降。

（4）主風(fēng)機(jī)靜葉開度受主風(fēng)機(jī)出口壓力控制，在滿足再生器對主風(fēng)流量需要的情況下，盡可能控制主風(fēng)機(jī)出口壓力較低，靜葉開度最小，以達(dá)到節(jié)能的目的。

（5）主電機(jī)跳閘時，主風(fēng)機(jī)入口靜葉鎖定當(dāng)前開度。

2 軟件設(shè)計

主風(fēng)流量控制系統(tǒng)（RACS）包含的控制回路較多，有5路主風(fēng)流量控制器 FIC－4041，F(xiàn)IC－4042，F(xiàn)IC－4043，F(xiàn)IC－4044 和 FIC－4045。 主風(fēng)機(jī)出口壓力控制器PIC－4040，主風(fēng)機(jī)靜葉開度控制器ZIC－4040。執(zhí)行機(jī)構(gòu)有5個，分別是5個主風(fēng)流量調(diào)節(jié)閥和主風(fēng)機(jī)靜葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2．1 主風(fēng)流量控制器

主風(fēng)流量控制器 FIC－4041，F(xiàn)IC－4042，F(xiàn)IC－4043，F(xiàn)IC－4044和 FIC－4045 為單回路控制器，可以各自獨(dú)立工作，，根據(jù)工藝要求分別控制去一段再生器和二段輔助燃燒室主風(fēng)流量?？刂品桨赶嗤?，見圖1。

圖1 主風(fēng)流量控制方案

來自一段燃燒室的主風(fēng)流量FT－4041經(jīng)過溫度PT－4041和壓力PT－4041的補(bǔ)償后，作為控制器FIC－4041的輸入，與工藝生產(chǎn)要求的主風(fēng)流量值進(jìn)行比較，然后進(jìn)行PID運(yùn)算，最終輸出4～20mA信號控制FV－4041在0～100%之間動作，實際可能在最小允許開度～最大允許開度 （根據(jù)閥門性能曲線定）之間動作。

2．2 ZIC－4040／PIC－4040 控制方案

出于節(jié)能考慮，用去一段再生器和二段燃燒室的主風(fēng)控制閥的閥位遠(yuǎn)程控制主風(fēng)機(jī)入口靜葉的開度，方案具體如下，功能圖見圖2。

圖2 ZIC-4O4O/PIC-4O4O控制方案

（1）閥位開度偏差低選器

去一段再生器和二段燃燒室的主風(fēng)控制閥FV－4041，F(xiàn)V－4042，F(xiàn)V－4043，F(xiàn)V－4044， 和 FV－4045， 其 閥 位 信 號 ZT4041，ZT4042，ZT4043，ZT4044與ZT4045分別與其各自最小允許開度進(jìn)行比較，然后經(jīng)過低選（某一閥位比較結(jié)果△＞0時，則令其為0，即△＝0），選擇5個閥中閥位偏差最小的值，加上偏置值50%，經(jīng)選擇器輸出0～100%的信號作為閥位控制器ZIC－4040的輸入;并與給定值50%進(jìn)行比較運(yùn)算后，其輸出經(jīng)信號轉(zhuǎn)換器變換為主風(fēng)機(jī)出口正常壓力范圍的信號，作為靜葉控制器PIC－4040的遠(yuǎn)程給定，以控制主風(fēng)機(jī)出口總管壓力。若實際閥門開度偏差（低選后）小于0%，加上50%后則加法器1輸出小于50%，即ZIC－4040的△E減小↓–OUT減小↓–靜葉開度減小↓－主風(fēng)機(jī)出口壓力降低PI4040↓－閥門開度增大↑，最終實現(xiàn)了所有5個閥門的開度均在最小要求開度以上，達(dá)到節(jié)能的目的。若實際閥門開度偏差（低選后）等于0，即5個閥門開度均在最小要求開度以上，選擇器將會選擇來自加法器2的信號。

（2）閥位開度偏差高選器

同理，閥位偏差信號經(jīng)過高選（某一閥位比較結(jié)果△＜0時，則令其為 0，即△＝0），選擇 5個閥中閥位偏差最大的值，加上偏置值50%，作為ZIC－4040的輸入。其輸出經(jīng)信號轉(zhuǎn)換器變換為主風(fēng)機(jī)出口壓力正常范圍的信號，作為靜葉控制器PIC－4040的遠(yuǎn)程給定，以控制主風(fēng)機(jī)出口總管壓力。若實際閥門開度偏差（高選后）大于0%，加上50%后則加法器2輸出大于50%，即ZIC－4040的△E增大↑–OUT增大↑–靜葉開度增大↑－主風(fēng)機(jī)出口壓力升高PI4040↑－閥門開度增大減小↓，最終實現(xiàn)了所有5個閥門的開度均在最大要求開度以下，達(dá)到節(jié)能的目的。若實際閥門開度偏差（高選后）等于0，即5個閥門開度均在最大要求開度以下，選擇器將會選擇來自加法器1的信號。

（3）如各個閥門的閥位在最小和最大開度范圍之間，遠(yuǎn)程給定不投用，以避免PIC4040靜葉控制器位不斷調(diào)節(jié)，造成主風(fēng)機(jī)出口壓力和5路流量波動。

（4）當(dāng) ZT4041， ZT4042， ZT4043，ZT4044 與ZT4045等5個閥位，其中只要有一個低于最小要求開度或大于最大要求開度，即Min＜0或Max＞0，則遠(yuǎn)程控制投用。閥位控制器ZIC－4040的輸出按一定的速率△V／△T（速率將來可以根據(jù)實際需要調(diào)整）變化，作為靜葉控制器PIC－4040的遠(yuǎn)程給定，緩慢地改變靜葉的開度，從而改變主風(fēng)機(jī)出口的壓力，以免造成裝置波動。調(diào)節(jié)過程如下:

（a）若其中有一個閥門開度小于要求的最小開度（Min＜0），投用遠(yuǎn)程給定，加上偏置值50%后，加法器1輸出小于50%，即△E減小↓－閥位控制器ZIC－4040的OUT減小↓－靜葉開度減小↓－主風(fēng)機(jī)出口壓力PI－4040減小↓－閥門開度增加↑，最終閥門回到要求的最小開度以上。

（b）若其中有一個閥門開度大于要求的最大開度（Max＞0），投用遠(yuǎn)程給定，加上偏置值 50%后，加法器1輸出大于50%，即△E增加↑－靜葉開度增加↑－主風(fēng)機(jī)出口壓力PI4040增加↑－閥門開度減小↓，最終閥門回到要求的最大開度以下。

當(dāng)出現(xiàn)既有閥門開度大于要求的最大開度，又有閥門的開度小于要求的最小開度時，即有Min＜0 又有 Max＞0 時，則系統(tǒng)將“不協(xié)調(diào)報警”，提示用戶處理，并且不投用遠(yuǎn)程給定。

2 結(jié)語

本文介紹了廣西石化公司催化裂化裝置采用UOP工藝技術(shù)，完成了再生器5路主風(fēng)流量控制和主風(fēng)機(jī)靜葉自動調(diào)節(jié)的控制設(shè)計，RACS控制系統(tǒng)共有7個單回路控制器、12個變量和6個執(zhí)行器共同組成，是一種先進(jìn)控制器，投入使用后，操作人員僅需對一、二再主風(fēng)量進(jìn)行設(shè)置，RACS將自動控制管路壓降，調(diào)整靜葉開度到最優(yōu)狀態(tài)，最大可能的降低主風(fēng)機(jī)負(fù)荷，自控程度高、可靠性能好，大大減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度。裝置自2010年9月份開工以來，RACS控制非常平穩(wěn)，操作便利。證明了本次設(shè)計完全體現(xiàn)了UOP對催化裂化裝置主風(fēng)流量控制系統(tǒng)的設(shè)計原則，比傳統(tǒng)控制方案更加科學(xué)、先進(jìn)，對國內(nèi)其他同類裝置具有很強(qiáng)的借鑒作用。

[1] 李先允．自動控制系統(tǒng)[M]．北京:高等教育出版社，2003．

[2] 王雙群，程力．軸流壓縮機(jī)的保護(hù)控制[J]．能源研究與利用， 2000， （6）:13-15．

[3] 陳俊武．催化裂化工藝與工程（第2版）[M]．北京:中國石化總公司情報研究所，2007．

[4] UOPLLC．PROJECT SPECIFICATION-940862-692[P]．

Scheme of FCC Unit Air Control System （RACS）

ZOUQing-hua
（Guangxi Petrochemical Company，PetroChina， Qinzhou 535008，China）

TE 624.4

B

1671-9905（2011）10-0085-03

鄒青華，1992年畢業(yè)于中國石油大學(xué)自動化專業(yè)，從事煉油石化儀表自控行業(yè)近20年，先后服務(wù)于中國石油克拉瑪依石化廠、中國石油廣西石化，現(xiàn)任廣西石化機(jī)動設(shè)備處處長助理

2011-07-07