復(fù)雜控制技術(shù)在酸性水汽提裝置的工業(yè)應(yīng)用

丁延彬（大慶石化公司煉油廠）

復(fù)雜控制技術(shù)在酸性水汽提裝置的工業(yè)應(yīng)用

丁延彬（大慶石化公司煉油廠）

如何保障汽提塔的平穩(wěn)運(yùn)行，直接決定硫磺裝置的安全運(yùn)行和污水廠的達(dá)標(biāo)排放?，F(xiàn)階段汽提塔運(yùn)行受全廠0.8 MPa蒸汽管網(wǎng)壓力、溫度影響較大，汽提塔塔底溫度控制閥一直都不能自動(dòng)控制，導(dǎo)致裝置運(yùn)行平穩(wěn)率、自動(dòng)化投用率不高。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際情況進(jìn)行論證、方案制定、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、項(xiàng)目實(shí)施，成功解決了大慶石化公司煉油廠酸性水汽提裝置平穩(wěn)率、自動(dòng)化投用率低的問(wèn)題，凈化水合格率明顯提高，汽提裝置能耗減小，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且減少了對(duì)龍鳳地區(qū)乃至大慶地區(qū)的環(huán)境污染，社會(huì)效益顯著。

汽提塔 復(fù)雜控制 酸性水汽提 平穩(wěn)率

大慶石化公司煉油廠72×104t/a酸性水汽提裝置是煉油廠140×104t/a重油催化裝置的配套裝置，于2000年5月建成投產(chǎn)。為了提高酸性水汽提裝置運(yùn)行平穩(wěn)率、降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度、達(dá)到節(jié)能降耗的目的，北京信廣華科技有限公司針對(duì)大慶石化公司煉油廠硫磺回收車(chē)間的生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際情況進(jìn)行了項(xiàng)目論證、方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、項(xiàng)目實(shí)施工作。2009年5月8日，該套技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)。

1 工藝流程簡(jiǎn)述

各裝置來(lái)的含硫酸性水進(jìn)入原料脫氣罐，在此酸性水中的輕油氣脫出，脫出的輕油氣排至焚燒爐，脫氣后的酸性水進(jìn)入原料水罐進(jìn)行沉降脫油，脫出的污油排至污油罐，經(jīng)污油泵送出裝置或在裝置內(nèi)裝車(chē)。

除油后的原料水由原料水泵抽出，分為冷熱兩路。一路先經(jīng)分凝液換熱器、凈化水三次換熱器、側(cè)線二次換熱器、凈化水二次換熱器、側(cè)線一次換熱器、凈化水一次換熱器后換熱至153℃左右，使硫化氫和氨都以游離態(tài)的分子存在于熱料中，進(jìn)入汽提塔第44層作為熱進(jìn)料。另一路經(jīng)原料水冷卻器冷卻后作為冷進(jìn)料從塔頂進(jìn)入，塔內(nèi)由下而上的氣體與塔頂噴入的冷進(jìn)料，在塔頂端的精餾段進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，硫化氫從塔分離出來(lái)，經(jīng)酸性氣脫液罐分液后去硫磺回收裝置，脫除的液體返回原料罐。

含有大量氨的液相沿塔盤(pán)向下溢流，與塔底上升氣相進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，反復(fù)汽提后在塔內(nèi)形成氨的密集區(qū)，富氨氣從此抽出，側(cè)線抽出的氨含有水汽及少量硫化氫，經(jīng)由側(cè)線一次換熱器冷凝冷卻至125～150℃，進(jìn)入一級(jí)分凝器高溫分水，分凝后的氣相經(jīng)側(cè)線二次換熱器冷卻至90～120℃，進(jìn)入二級(jí)分凝器，分凝后的氣相經(jīng)循環(huán)水冷卻器冷卻至50℃以下，進(jìn)入三級(jí)分凝器，氣相進(jìn)入結(jié)晶吸附部分。一、二級(jí)凝液匯合，經(jīng)與原料水換熱后，與三級(jí)分凝液匯合，返回原料罐。

塔底以0.8 MPa蒸汽作熱源，用再沸器加熱，產(chǎn)生的凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水定位罐至回收系統(tǒng)回收利用。凈化水在塔下段再經(jīng)高溫汽提后由塔底排出，與凈化水換熱器換熱后，再經(jīng)過(guò)空冷器和凈化水后冷器冷卻至40℃左右，出裝置去各裝置回用，剩余排入污水處理場(chǎng)。

由三級(jí)分凝器頂出來(lái)的氨氣進(jìn)入結(jié)晶器，溫度控制在-2～-10℃，氨氣中的硫化氫部分結(jié)晶為硫氫化銨脫除，進(jìn)入吸附器底部，在脫硫劑的作用下進(jìn)一步脫掉硫化氫，進(jìn)入氨氣分液罐進(jìn)行分液。分液后的氨氣經(jīng)氨氣過(guò)濾器過(guò)濾后，進(jìn)入氨壓機(jī)壓縮，壓縮后氨氣進(jìn)入氨油分離器分油，再進(jìn)入氨氣脫硫罐。脫硫后的氨氣一部分經(jīng)空冷器冷卻后氣氨去一重催車(chē)間，一部分經(jīng)冷卻器冷卻后為液氨進(jìn)入液氨儲(chǔ)罐。

2 裝置運(yùn)行存在的問(wèn)題

汽提塔平穩(wěn)運(yùn)行、凈化水合格的最重要條件是塔內(nèi)兩個(gè)密集區(qū)的位置，即側(cè)線富氨氣密集區(qū)和塔頂硫化氫密集區(qū)。這兩個(gè)密集區(qū)的位置受很多因素影響，主要因素是汽提塔塔底溫度，該溫度受全廠0.8 MPa蒸汽管網(wǎng)壓力、溫度影響較大，汽提塔塔底溫度控制閥一直都不能自動(dòng)控制；次要因素是冷進(jìn)料流量及溫度、熱進(jìn)料流量及溫度、塔頂酸性氣抽出流量、側(cè)線氣抽出流量等，所以汽提塔即使正常生產(chǎn)操作難度也很大。

如果氨密集區(qū)上移，塔頂酸性氣含氨量增加，酸性氣管線、控制閥門(mén)會(huì)產(chǎn)生銨鹽結(jié)晶，造成管線阻塞，影響汽提塔的平穩(wěn)操作和凈化水合格率，同時(shí)含氨的酸性氣也會(huì)影響硫磺制硫爐的平穩(wěn)操作，二氧化硫在氨的氧化物的催化作用下遇水可生成硫酸，嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，并使氧化鋁催化劑硫酸鹽化，使反應(yīng)器內(nèi)催化劑活性降低，影響硫磺的產(chǎn)量。

如果硫化氫密集區(qū)下移，塔側(cè)線氣中硫化氫的含量增加，會(huì)在側(cè)線管線、閥門(mén)處產(chǎn)生銨鹽結(jié)晶、阻塞，造成塔壓、側(cè)線壓力升高，側(cè)線抽出量減小；塔底溫度偏低以后，與原料水換熱的熱量下降，熱進(jìn)料溫度下降，會(huì)造成塔內(nèi)熱平衡的惡性循環(huán)，熱進(jìn)料中的氨和硫化氫從水中分離得不好，造成塔底排出的凈化水濃度超標(biāo)，水質(zhì)不合格，嚴(yán)重影響污水處理場(chǎng)的處理效果及上游裝置凈化水的回用。

3 系統(tǒng)控制方案

3.1 總體思路

應(yīng)用SMART構(gòu)成酸性水汽提裝置塔底溫度復(fù)雜控制器和塔頂抽出控制器。

利用DCS系統(tǒng)中的OPC實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制器和DCS之間的數(shù)據(jù)交換，復(fù)雜控制器從DCS中接收過(guò)程參數(shù)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算得到控制數(shù)據(jù)，送給DCS，由DCS實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的控制（圖1）。

3.2 技術(shù)方案

3.2.1 塔底溫度控制器方案

塔底溫度回路的目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)塔底溫度的穩(wěn)定、自動(dòng)控制。

影響塔底溫度的主要因素：蒸汽壓力、蒸汽溫度、冷進(jìn)料流量及溫度。

總的控制思路：考慮蒸汽壓力、蒸汽溫度、冷進(jìn)料流量及溫度的影響，自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸汽控制閥的閥位，使塔底溫度保持穩(wěn)定。

3.2.2 塔頂溫度控制器方案

塔頂溫度回路的目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)塔頂溫度的穩(wěn)定、自動(dòng)控制。

影響塔頂溫度的主要因素：冷進(jìn)料溫度、冷進(jìn)料流量、塔頂抽出酸性氣流量。

總的控制思路：微調(diào)冷進(jìn)料流量，力圖抵消晝夜環(huán)境溫度變化導(dǎo)致冷進(jìn)料溫度變化繼而對(duì)塔頂溫度的影響。當(dāng)冷進(jìn)料溫度變化較大時(shí)，將超出微調(diào)范圍，須采取其他措施將塔頂溫度調(diào)節(jié)在合理范圍內(nèi)。

考慮到汽提裝置運(yùn)行的實(shí)際工況對(duì)冷進(jìn)料流量的要求，設(shè)計(jì)塔頂溫度回路時(shí)，設(shè)計(jì)了冷進(jìn)料流量的高低限位修改功能。塔頂溫度回路投運(yùn)后，操作人員可以根據(jù)汽提裝置運(yùn)行的實(shí)際工況對(duì)冷進(jìn)料流量的高低限位進(jìn)行修改。

3.2.3 塔頂壓力控制器方案

塔頂壓力回路的目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)塔頂壓力的穩(wěn)定、自動(dòng)控制。

影響塔頂壓力的主要因素：塔底溫度、冷進(jìn)料流量、熱進(jìn)料流量、富氨氣流量、塔頂抽出酸性氣流量。

總的控制思路：調(diào)節(jié)塔頂抽出流量，保持塔頂壓力穩(wěn)定。

考慮到后續(xù)硫磺裝置運(yùn)行的實(shí)際工況對(duì)塔頂抽出酸性氣流量的要求，設(shè)計(jì)塔頂壓力回路時(shí)，設(shè)計(jì)了塔頂抽出酸性氣流量的高低限位修改功能。塔頂壓力回路投運(yùn)后，操作人員可以根據(jù)汽提裝置運(yùn)行的實(shí)際工況對(duì)塔頂抽出酸性氣流量的高低限位進(jìn)行修改。

3.2.4 控制器與DCS連接

復(fù)雜控制器與DCS的連接方案如圖2所示。

72×104t/a酸性水汽提裝置DCS是橫河CENTUM-CS3000系統(tǒng)，系統(tǒng)配有OPC服務(wù)器。復(fù)雜控制器通過(guò)Ethernet與OPC服務(wù)器相連，通過(guò)OPC通訊方式實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

4 使用效果

控制系統(tǒng)投用后，裝置的各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)得到了明顯的提高，投用前后汽提塔底溫、頂溫和塔壓的對(duì)比曲線見(jiàn)圖3～圖8。

1）酸性水汽提塔運(yùn)行平穩(wěn)率明顯提高。系統(tǒng)投用后，酸性水汽提塔塔底溫度、塔頂溫度波動(dòng)減少，保證了汽提塔內(nèi)硫化氫和氨密集區(qū)的穩(wěn)定，以及塔頂抽出及側(cè)線抽出產(chǎn)品的純度；提高了酸性水汽提塔運(yùn)行的平穩(wěn)率；同時(shí)保證了硫磺裝置入口酸性氣量的平穩(wěn)，降低了含氨酸性氣對(duì)后續(xù)硫磺回收裝置的不良影響。

2）凈化水合格率明顯提高。系統(tǒng)投用后，凈化水合格率提高2.5%，減小了對(duì)污水處理場(chǎng)和凈化水回用裝置的影響，年可節(jié)約深井水費(fèi)用3.3×104元，保證了全廠污水總排合格率，為下一步污水回用創(chuàng)造了良好的條件。

3）汽提裝置能耗明顯減小。系統(tǒng)投用后，實(shí)現(xiàn)了酸性水汽提塔的平穩(wěn)操作，減輕了側(cè)線分水量大造成的惡性循環(huán)，節(jié)約0.8 MPa蒸汽消耗，提高了裝置經(jīng)濟(jì)效益，為車(chē)間乃至全廠的節(jié)能降耗工作做出貢獻(xiàn)。

4）降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。系統(tǒng)投用后，自動(dòng)調(diào)節(jié)酸性水汽提塔底溫度、塔頂溫度和塔頂壓力，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

5 結(jié)束語(yǔ)

復(fù)雜控制技術(shù)的成功應(yīng)用，解決了大慶石化公司煉油廠酸性水汽提裝置平穩(wěn)率、自動(dòng)化投用率低的問(wèn)題。系統(tǒng)投用后，年節(jié)約循環(huán)處理酸性水蒸汽消耗9600 t，降低運(yùn)行成本86.4×104元；年節(jié)約電量88000 kWh，年節(jié)約費(fèi)用3.96×104元；增加了凈化水回用，降低了污水處理量，年節(jié)約費(fèi)用18.2×104元，合計(jì)108×104元，減少了對(duì)龍鳳地區(qū)乃至大慶地區(qū)的環(huán)境污染，社會(huì)效益顯著。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.004

丁延彬，2002年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，工程師，從事煉油工藝研究工作，E-mail：dybin309@sina.com，地址：黑龍江省大慶市龍鳳區(qū)大慶石化公司煉油廠硫磺回收車(chē)間，163711。

2011-11-15）