改善催化再生器壓力儀表控制質(zhì)量提高能量回收機(jī)組發(fā)電量

段國旺，張洪峰，畢秋閣，王永祥

(中國石油撫順石化公司，遼寧 撫順 113000 )

工藝與裝備

改善催化再生器壓力儀表控制質(zhì)量提高能量回收機(jī)組發(fā)電量

段國旺，張洪峰，畢秋閣，王永祥

(中國石油撫順石化公司，遼寧 撫順 113000 )

在催化裂化裝置再生器壓力分程控制中，煙機(jī)入口蝶閥和雙動滑閥是參與控制的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本文通過調(diào)整蝶閥和雙動滑閥動作的線性度、受控精度、靈敏度，提高了能量回收機(jī)組（煙機(jī)－主風(fēng)機(jī)－電動機(jī)／發(fā)電機(jī)）儀表的控制質(zhì)量，達(dá)到了回收再生煙氣中攜帶的大部分能量，降低了機(jī)組功率消耗，提高了機(jī)組回收效能。

能量回收機(jī)組； 再生器； 蝶閥； 雙動滑閥； 分程控制

催化裂化裝置中，作為催化裝置的核心設(shè)備——能量回收機(jī)組，即煙機(jī)－主風(fēng)機(jī)－電動機(jī)／發(fā)電機(jī)（通稱三機(jī)組），既為催化劑燒焦提供動力，又可回收再生煙氣攜帶的大部分能量，從而降低機(jī)組功率消耗，達(dá)到能量回收目的[1,2]。例如主風(fēng)機(jī)組每小時耗能約6 100 kW·h，而煙機(jī)每小時可回收8 260 kW·h電能，可見能量回收創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

在催化再生器壓力分程控制(PIC-101)中，煙機(jī)入口蝶閥和雙動滑閥是參與控制的兩個重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也是對能量回收效果產(chǎn)生最直接影響的執(zhí)行機(jī)構(gòu)[3]。因此，如何采取有效措施，增強(qiáng)入口蝶閥與雙動滑閥動作的線性度、受控精度、靈敏度及響應(yīng)效果，充分提高其儀表控制質(zhì)量，改善能量回收效果，提高機(jī)組回收效能具有重要的意義。

1 儀表控制流程簡介

再生器壓力控制是由PIC-101控制器分程控制煙機(jī)入口蝶閥和雙動滑閥來實現(xiàn)，同時PIC-101又與煙機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)控制SIC-1構(gòu)成選擇控制系統(tǒng)，如圖1所示。在分程控制中，PIC-101輸出4~20 mA信號被分為兩個部分：4~12 mA，12~20 mA。其中4~12 mA經(jīng)PIK-101A轉(zhuǎn)換成4~20 mA信號，控制雙動滑閥由全開到全關(guān);而12~20 mA經(jīng)PIK-101B轉(zhuǎn)換成4~20 mA后，又經(jīng)REV-1反轉(zhuǎn)為20~4 mA信號，控制煙機(jī)入口蝶閥由全開到全關(guān)。

正常生產(chǎn)中，雙動滑閥處于全關(guān)狀態(tài)，再生器壓力由煙機(jī)入口蝶閥控制。再生器壓力升高，則蝶閥開度增大；如果再生器壓力過高且蝶閥已經(jīng)全開時，則開啟雙動滑閥泄壓，以維持再生器壓力穩(wěn)定[4]。

關(guān)于煙機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)控制，是通過煙機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)控制器SIC-1與入口蝶閥手操器 HIC-2進(jìn)行信號高值選擇。其中，SIC-1的給定值為額定轉(zhuǎn)數(shù)的105%，即：6363×105%=6 680 r/min，當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)超過給定值時，SIC-1輸出增加，通過高選器去關(guān)小入口蝶閥，使之轉(zhuǎn)數(shù)下降，而當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)小于給定值時，煙機(jī)入口蝶閥受再生器壓力控制。此類情況，只有在煙機(jī)拖動主風(fēng)機(jī)，使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)下，才能出現(xiàn)。

圖1 再生器壓力控制與煙機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)選擇控制流程圖Fig. 1 Flow chart of regenerator pressure control and selective control on hood turn number

由此可見，煙機(jī)入口蝶閥與雙動滑閥控制質(zhì)量的好壞，不僅關(guān)系到再生器壓力的穩(wěn)定以及兩器正常流化，更重要的是對于煙機(jī)發(fā)電，減少能量與動力消耗，為裝置創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

2 研究與應(yīng)用

根據(jù)撫順石化公司催化能量回收機(jī)組的性能指標(biāo)與雙動滑閥和煙機(jī)入口蝶閥的實際使用情況，我們認(rèn)真研究了再生器壓力儀表控制系統(tǒng)各控制環(huán)節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系，決定開展以下工作：

(1)檢修雙動滑閥電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)，消除偏差報警、鎖定報警，減少機(jī)械零位、電氣零位[5]。

(2)提高煙機(jī)入口蝶閥受控精度，降低煙機(jī)入口壓力損失。

我們對這兩方面做了相應(yīng)的分析與處理，經(jīng)與工藝、機(jī)械等有關(guān)人員共同努力與配合，取得了明顯的效果，達(dá)到了予期目的，下面進(jìn)行具體介紹。

2.1 檢修雙動滑閥電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)（BDY9），消除偏

差報警、鎖定報警，減少機(jī)械與電氣零位

（1）雙動滑閥采用的是九江儀表廠生產(chǎn)的冷壁式電液滑閥系統(tǒng)。它是由BDY-9系列自動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)和冷壁式閥體兩部分組成。BDY-9列自動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)是用來控制的驅(qū)動滑閥的重要部件，滑閥的控制精度就是由它來決定的。因此，BDY-9系列自動控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能好壞、工作的可靠與否，極大地影響滑閥能否正常工作，從而影響整個催化裝置的安全運(yùn)行。此外，電液滑閥具有諸多先進(jìn)控制技術(shù)的明顯優(yōu)點，所以自 1993年取代原氣動滑閥，投入使用后，已為催化裝置取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。雖然電液滑閥與氣動滑閥相比，在控制方式，靈敏度，精度及響應(yīng)過程等方面具備很大優(yōu)勢。但生產(chǎn)過程中雙動滑閥還是存在以下問題：

①雙動滑閥北側(cè)經(jīng)常發(fā)生鎖定報警；

②雙動滑閥南側(cè)閥位反饋信號偏差較大達(dá)：± 2%；

③雙動滑閥全關(guān)時，漏量較大，閥板間隙：7 mm。

針對以上問題，我們查閱有關(guān)資料與數(shù)據(jù)記錄，共同分析故障原因，并制定了相應(yīng)的解決辦法,見表1。

表1 問題分析與處理辦法Table 1 Analysis and approach on the problems

（2）對于問題1、2我們做了以下幾項工作：

①調(diào)整主放大板“1R75”（跟蹤時間）電位器，把跟蹤時間由原來25秒調(diào)至30秒。

②調(diào)整主放大板“1R74”(跟蹤帶寬)電位器，把跟蹤帶寬由3.5 %調(diào)至5 %。

③更換反饋補(bǔ)償板，調(diào)整“3R47”（反饋量程）電位器與“3R48”（反饋零點）電位器。使閥位偏差由原來±2%凋整至±0.6%。

④更換南側(cè)滑閥電液伺服閥一臺，同時，更換南北側(cè)滑閥油過濾器兩組。并清掃油路系統(tǒng)。催化車間向崗位人員認(rèn)真貫徹正確的操作方式。使滑閥不致因操作輸出信號突變而引起跟蹤失調(diào)或滑閥鎖定。至今雙動滑閥未出現(xiàn)上述故障。

（3）對于問題3做了以下幾項工作：

①將北側(cè)滑閥機(jī)械限位進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。

②把滑閥全關(guān)時兩閥板間間隙由7 mm調(diào)至3 mm（為防止滑閥由于經(jīng)常處于全關(guān)狀態(tài)咬合過緊而在事故狀態(tài)下不能順利開啟泄壓，所以不能調(diào)整過?。?/p>

③我們也相應(yīng)地調(diào)整了北側(cè)滑閥綜合放大板的“2R49”(輸入信號量程電位器）及反饋補(bǔ)償板的“3R47”（閥位反饋量程電位器），使得輸入信號和反饋信號與調(diào)整后的實際閥位相對應(yīng)，以保持滑閥控制的線性度與精度。

經(jīng)過以上幾次對雙動滑閥電氣與機(jī)械部分的適當(dāng)調(diào)整校驗，在提高滑閥控制準(zhǔn)確度，降低再生器至煙機(jī)管線壓降，減少電機(jī)耗能幾方面取得了較明顯的效果。為便于說明問題，我們摘錄了某日14時調(diào)整前后部分操作記錄數(shù)據(jù)，列表2。

表2 控制參數(shù)與電機(jī)功率對照表Table 2 Contrast table of control parameters to the motor power

由上表數(shù)據(jù)可知，在裝置操作條件變化不大的情況下，電機(jī)耗電功率在14時調(diào)整機(jī)械零位與電氣零位之前（即 8：00～13：00）的平均值(kW·h)為：而在調(diào)整后（即15：00～20：00）其平均值(kW·h)為：因此，耗電功率下降平均值(kW·h)為：

2.2 提高煙機(jī)入口蝶閥受控精度，降低煙機(jī)入口壓力損失

我廠煙機(jī)入口蝶閥采用的是蘭煉機(jī)械廠生產(chǎn)的DG900型氣動活塞蝶閥，汽源壓力0.5 MPa，最大開度70 ℃，全行程時間30 s，靈敏度達(dá)1/200。

高溫閘、閥煙機(jī)入口蝶閥是與煙機(jī)串聯(lián)操作的，其開度由再生器壓力（PIC-101）控制，在額定條件下，該閥壓降為10 kPa，在變工況條件下，閥后要受煙機(jī)變化性能曲線的控制。通過在工況調(diào)整操作的不同時期，且煙機(jī)入口壓力與溫度相對變化不大的情況下，采集現(xiàn)場操作數(shù)據(jù)，記錄典型參數(shù)，得到下表3所示數(shù)據(jù)。

表3 調(diào)整前蝶閥控制參數(shù)與電機(jī)功率對照表Table 3 Contrast table before adjusting butterfly valve control parameters to motor power

從表中可以看出，煙機(jī)入口蝶閥開度越大，且蝶閥壓降越小，則電機(jī)耗能最少。煙機(jī)效率越高，如何從儀表控制角度，減少煙機(jī)入口壓力損失，提高煙機(jī)功率呢？從三旋出口到煙機(jī)入口的壓力損失點主要有兩個，即高溫閘閥和煙機(jī)入口蝶閥。而且煙機(jī)入口蝶閥在輸入控制信號為20 mA（即全開）時，實際上不能開到70°轉(zhuǎn)角，只能開到66°左右。所以我們應(yīng)從以下兩個方面著手解決問題：

(1)提高煙機(jī)入口蝶閥受控精度，增加全開角度。

(2)除去高溫閘閥，并建議選用高效蝶閥（可全開至90°）取代氣動蝶閥。

在當(dāng)年的裝置聯(lián)合檢修中，我們采取了以下措施：

(1)拆除了高溫閘閥。

(2)重新調(diào)校煙機(jī)入口蝶閥轉(zhuǎn)換器，量程上調(diào)6.25%，使入口蝶閥全開至68°，提高2°。

(3)更換QFD-2氣動閥門定位器和氣動指揮閥一臺。

(4)檢查整個氣路易漏點，減少氣動信號傳遞壓力損失。

通過以上調(diào)整，開汽后投用煙機(jī)，我們又對入口蝶閥進(jìn)行動態(tài)測試記錄，數(shù)據(jù)如下表4所示。

表4 調(diào)整后蝶閥控制參數(shù)與電機(jī)功率對照表Table 4 Contrast table after adjusting butterfly valve control parameters to motor power

由以上調(diào)整前后數(shù)據(jù)可見，在操作條件變化不大，輸出信號不變的前提下，蝶閥壓降(kPa)平均減少：而煙機(jī)耗電量(kW·h)平均減少：

3 應(yīng)用效果

能量回收機(jī)組作為催化裂化裝置的心臟設(shè)備，保證其長周期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，具有重要意義。催化劑在燒焦過程中，產(chǎn)生大量煙氣，充分回收這部分能量，不僅有益于提高機(jī)組效率，保證加工量，而且會產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益[6]。在多年的研究與實踐中，我們對煙機(jī)入口蝶閥和雙動滑閥進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，提高了儀表控制質(zhì)量，取得了良好效果。如果按全年開工330 d，電價0.50元/(kW·h)人民幣計算，則每年可獲得經(jīng)濟(jì)效益約：靜止型的機(jī)泵冷卻水流道好于旋轉(zhuǎn)型，可以一定程度上延緩水結(jié)垢問題。

圖3 旋轉(zhuǎn)型密封圖Fig.3 Rotary seal chart

圖4 靜止型密封圖Fig.4 Static seal chart

第三種方案：對溫度較高的機(jī)泵在有條件的情況下均改為蒸汽冷卻，解決水結(jié)垢問題，但改為蒸汽冷卻后，應(yīng)將原有機(jī)械密封的水封環(huán)改為汽封環(huán)，否則蒸汽的泄漏量會稍大，同時將水冷方案改為蒸汽后可以大大降低波紋管結(jié)垢速率，同時對機(jī)械密封的微小泄露可以起到消防蒸汽的作用。

通過試驗，由表2得出：當(dāng)泵機(jī)械密封采用B型，格蘭水冷改為蒸汽冷卻，大大降低波紋管結(jié)垢速率，延長了機(jī)械密封的使用壽命。

表2 兩種密封結(jié)果對比Table 2 Comparison of two seal results

4 結(jié) 論

在泵選型過程中不但要考慮泵的流量、揚(yáng)程、效率等主要因素，更要考慮泵采用的機(jī)械密封沖洗方案是否適合該泵在這種工況下的運(yùn)行。當(dāng)選型成功后，泵才能長周期平穩(wěn)的運(yùn)行，為廠創(chuàng)造出經(jīng)濟(jì)效益，同時也為裝置的安全生產(chǎn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

［1］舒永泉．機(jī)械密封實用技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［2］ 沈慶根．化工機(jī)器故障診斷技術(shù)[M]. 杭州：浙江大學(xué)出版社，1994．

［3］溫傳舟．工業(yè)常用設(shè)備故障判斷與排除[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008．

［4］中國石油化工總公司石油化工設(shè)備維護(hù)修理規(guī)程[M]. 北京：中國石化出版社，1992.

［5］周本?。I(yè)水處理技術(shù)M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

［6］宋天民．煉油廠動設(shè)備[M]. 北京：中國石化出版社，2009.

Improving Pressure Instrument Control of the Catalytic Regenerator to Enhance the Generating Capacity of Energy Recovery Unit

DUAN Guo-wang,ZHANG Hong-feng，BI Qiu-Ge，WANG Yong-xiang
( PetroChina Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 113000, China )

In the split control of the pressure in the regenerator of catalytic cracking unit, flue gas turbine inlet butterfly valve and double acting spool valve are two important execution machines directly involved in the control. In this paper, by adjusting linearity, control accuracy and sensitivity of the butterfly valve and double acting spool valve, the control effect of instruments in the energy recovery unit (flue gas turbine—fan—motor/generator) was improved to recycle most energy in flue gas, reduce unit power consumption and improve recycling performance.

Energy recovery unit; Regenerator; Butterfly valve; Double-acting slide valve; Split control

TP 273 文獻(xiàn)識別碼： A

1671-0460（2012）05-0468-03

2012-04-27

段國旺（1972-），男，河北保定人，工程師，2000年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院計算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)，研究方向：主要從事于石油化工儀表自控化控制。E-mail：dgw2008@126.com。