中壓加氫裂化裝置分餾塔的控制及流程優(yōu)化方法

高永順(南京揚子石化職業(yè)培訓(xùn)公司，南京 210048)

中壓加氫裂化裝置分餾塔的控制及流程優(yōu)化方法

高永順
(南京揚子石化職業(yè)培訓(xùn)公司，南京 210048)

中壓加氫裂化裝置采用中壓加氫裂化技術(shù)(RMC)，該技術(shù)流程簡單、工藝技術(shù)先進、操作靈活，可最大限度生產(chǎn)尾油和中間餾分油。介紹了該裝置分餾塔的工藝流程模擬與優(yōu)化，控制方案的設(shè)計與論證，儀表的選型(包括控制器、控制閥、檢測儀表)等。探討了如何運用CS-3000分散型控制系統(tǒng)進行系統(tǒng)的生成與控制站、操作站的組態(tài)。實踐證明，裝置優(yōu)化后的生產(chǎn)運行效果比傳統(tǒng)控制方案有了顯著提高。

中壓加氫裂化裝置 分餾塔 控制 流程優(yōu)化

中壓加氫裂化技術(shù)(RMC)是實現(xiàn)大分子蠟油裂化為小分子輕質(zhì)油的先進技術(shù)，該技術(shù)既可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的石腦油、清潔柴油，也可以提供大量的優(yōu)質(zhì)乙烯原料和芳烴原料，有效地緩解了國內(nèi)所面臨的乙烯原料嚴重不足且成本過高的問題。

中壓加氫裂化裝置分餾塔的塔頂溫度控制，中段溫度控制，塔頂壓力控制以及重石腦油汽提塔和柴油汽提塔的溫度、液位、流量控制直接影響油品分餾的效果和裝置的安全運行，因而對裝置的控制方案和工藝流程進行系統(tǒng)性的優(yōu)化是很有必要的。Aspen軟件可對裝置的工藝流程進行模擬并對控制指標進行系統(tǒng)性優(yōu)化，計算出安全生產(chǎn)條件下的各項工藝指標，解決生產(chǎn)中的瓶頸問題(分餾質(zhì)量與產(chǎn)量之間)。

1 工藝流程與控制要求

1.1流程說明

中壓加氫裂化裝置分餾塔的工藝流程如圖1所示，分餾塔進料加熱爐為4路進料，設(shè)有49層塔盤，塔底用過熱蒸汽汽提。340 ℃的脫硫油進入產(chǎn)品分餾塔第8層塔盤，分餾塔設(shè)有2個側(cè)線塔，分別為重石腦油汽提塔和輕柴油汽提塔，用于生產(chǎn)重石腦油和輕柴油。

1.2控制要求

1) 分餾塔塔頂油氣溫度控制。分餾塔塔頂油氣經(jīng)空冷器冷卻至40 ℃后進入分餾塔頂回流罐進行氣液分離，界位控制在50%。回流罐中部的油經(jīng)分餾塔頂回流泵(P53203A,B)抽出，一部分作為塔頂回流；另一部分作為輕石腦油送出裝置。D53202分離罐底部排出的含硫污水由冷凝水泵(P53208A,B)抽出送至酸性水汽提裝置處理，也可以直接當注水回用，故對塔頂油氣溫度需要精確控制在65 ℃。

圖1 中壓加氫裂化裝置分餾塔流程示意

2) 分餾塔中段溫度控制。分餾塔的中段溫度要求控制在165 ℃，循環(huán)回流用泵(P53206A,B)從塔的第19層塔盤抽出，經(jīng)中段回流/硫化氫汽提塔進料換熱器(E53209A,B)的管程冷卻后，返回第22層塔盤下方。

3) 重石腦油汽提塔回流溫度控制。重石腦油餾分由分餾塔側(cè)線第39層塔盤自流至重石腦油汽提塔，該塔設(shè)有8層塔盤，塔底用柴油換熱器(E53203)加熱重沸，溫度控制至135 ℃。重石腦油汽提塔塔頂油氣返回分餾塔的第41層塔盤下方，汽提塔底的重石腦油用重石腦油汽提塔底泵(P53204A,B)抽出，重石腦油汽提塔底液位控制在50%；經(jīng)重石腦油空冷器(A53203)和水冷器(E53205)冷卻，溫度控制至40 ℃后送出裝置。

4) 輕柴油汽提塔回流溫度控制。輕柴油餾分由分餾塔側(cè)線第19層塔盤自流至柴油汽提塔。該塔設(shè)有8層塔盤，塔底用尾油換熱器(E53204)加熱重沸，溫度控制至260 ℃。輕柴油汽提塔頂油氣返回分餾塔的第23層塔盤下方，汽提塔底的輕柴油用柴油汽提塔底泵(P53205A,B)抽出，柴油汽提塔底液位控制在50%。

5) 分餾塔尾油液位控制。分餾塔的尾油由塔底泵(P53207)抽出，經(jīng)尾油空冷器(A53205)冷卻至50 ℃送出裝置；為了保證分餾質(zhì)量和生產(chǎn)安全，分餾塔底尾油液位應(yīng)控制在50%。

2 流程優(yōu)化

2.1分餾塔中段循環(huán)回流優(yōu)化

對原工藝流程作進一步優(yōu)化，在分餾塔中段入口處增加1條熱回流管線，采用分程控制分餾塔中段溫度，比單純控制入口流量更理想，溫度控制速度更快,精確度更高。

2.2分餾塔頂流程優(yōu)化

在氣液分離回流罐增加1條氮氣管線和1條去火炬回收管線，一方面密封氣液分離回流罐；另一方面可順利控制分餾塔頂壓力，以確保生產(chǎn)裝置的安全。

2.3重石腦油汽提塔的液位控制優(yōu)化

將重石腦油汽提塔的液位控制由傳統(tǒng)的單回路控制改為重石腦油汽提塔的液位和重石腦油出料流量之間的均勻控制方案，以確保重石腦油汽提塔的液位和重石腦油的出料量達到相互平衡，生產(chǎn)負荷最大，能耗最低。

2.4輕柴油汽提塔的液位控制優(yōu)化

將輕柴油汽提塔的液位控制由傳統(tǒng)的單回路控制改為輕柴油汽提塔的液位和輕柴油出料流量之間的均勻控制方案，以確保輕柴油汽提塔的液位和輕柴油的出料量達到相互平衡，從而實現(xiàn)負荷最大化。

2.5應(yīng)用Aspen軟件計算最佳控制點

根據(jù)分餾塔的結(jié)構(gòu)，利用Aspen軟件先建立模型，如圖2所示，使用基本的工程關(guān)系式，如質(zhì)量和能量平衡、相態(tài)和化學平衡去預(yù)測一個工藝過程。在Aspen的運行環(huán)境中，只要給定合理的熱力學數(shù)據(jù)、實際的操作條件和嚴格的Aspen平衡模型，能夠模擬實際裝置的運行情況，并可協(xié)助設(shè)計、優(yōu)化現(xiàn)有的裝置和流程，提高工程利潤。

圖2 中壓加氫裂化裝置分餾塔模型示意

2.6原料輸入輸出數(shù)據(jù)

重石腦油汽提塔為分餾塔的第一條側(cè)線采出，輸入塔盤數(shù)據(jù)，即可利用Aspen軟件計算出重石腦油汽提塔的最佳控制溫度；輕柴油汽提塔為分餾塔的第二條側(cè)線采出，輸入塔盤數(shù)據(jù)，利用Aspen軟件計算輕柴油汽提塔的最佳控制溫度；分餾塔的中段循環(huán)回流用泵從塔的第19層塔盤抽出，經(jīng)中段回流/硫化氫汽提塔進料換熱器的管程冷卻后返回第22層塔盤下方。輸入塔盤數(shù)據(jù)，利用Aspen軟件計算分餾塔中段的最佳控制溫度。

2.7計算結(jié)果驗證

通過計算得出，最佳工藝控制指標見表1～表3所列： 塔頂溫度應(yīng)控制在65 ℃；塔頂壓力控制在0.11 MPa；塔中段溫度控制在165 ℃；氣液分離罐的輕石腦油液位控制在50%；氣液分離罐底部的含硫污水的界位控制在50%；重石腦油汽提塔的液位控制在50%；輕柴油汽提塔的液位控制在50%；分餾塔的汽提過熱蒸汽進料流量控制在100 m3/h；輕柴油和重石腦油的熱交換的溫度應(yīng)控制在135 ℃；尾油和輕柴油的熱交換溫度應(yīng)控制在260 ℃，分餾塔尾油液位控制在50%。

表1 分餾塔工藝控制優(yōu)化后的溫度指標

表2 分餾塔工藝控制優(yōu)化后的終鎦點(95%)

表3 分餾塔工藝控制優(yōu)化后的干點(100%)

3 控制方案的設(shè)計

3.1控制方案的論證

1) 分餾塔塔頂溫度控制。塔頂溫度主控制器(TIC53211)和輕石腦油回流流量副控制器(FIC53211)構(gòu)成串級控制；通過調(diào)節(jié)輕石腦油回流流量可以及時改變塔頂溫度，同時又可迅速克服回流流量變化引起的干擾，改善對象的特點，使控制過程加快，具有超前控制的作用，提高了塔頂溫度的控制質(zhì)量。

2) 分餾塔塔頂壓力控制?？紤]到分餾塔的工藝安全，塔頂油經(jīng)過空冷器進行冷卻進入分餾回流罐與另一股進料(氮氣)進行氣液分離。采用分程控制PIC53211更合適。PV53211A采用氣開閥控制氮氣，PV53211B采用氣關(guān)閥控制燃料氣去火炬，避免了燃料氣在氣液分離回流罐大量積壓而產(chǎn)生的安全隱患。

3) 分餾塔中段溫度控制。分餾塔22段溫度是分餾質(zhì)量的關(guān)鍵，在煉油廠加氫裝置中采用傳統(tǒng)的單回路流量控制，經(jīng)Aspen軟件驗算溫度控制在165 ℃是比較困難的，如果改成分程控制方案，品質(zhì)會得到大幅的提高。在芳烴廠加氫裝置中優(yōu)化為分程控制TIC53213，效果顯著提高。柴油在分餾塔中段回流泵進行循環(huán)，以此來保證該段的冷流量與熱流量的混合控制，實現(xiàn)該段溫度的平衡。

4) 氣液分離回流罐的輕石腦油液位控制。氣液分離回流罐的輕石腦油液位控制采用單回路LIC53207控制。來自分餾塔塔頂油進入氣液分離罐進行氣液分離，一部分作為塔頂回流，另一部分作為輕石腦油送出裝置，通過調(diào)節(jié)輕石腦油的輸出量來控制氣液分離罐的液位。

5) 重石腦油汽提塔的液位控制。重石腦油汽提塔的液位控制，傳統(tǒng)控制方案一般采用單回路控制，通過調(diào)節(jié)分餾塔側(cè)線自流至重石腦油汽提塔的量來控制重石腦油汽提塔的液位。優(yōu)化后應(yīng)采用主控制器(LIC53205)、副控制器(FIC53205)均勻控制方案更合適。通過調(diào)節(jié)分餾塔側(cè)線自流至重石腦油汽提塔的量和塔頂回流量、塔底的抽出量來控制重石腦油汽提塔的液位。

6) 輕柴油汽提塔的液位控制。傳統(tǒng)控制方案一般采用單回路控制，通過調(diào)節(jié)分餾塔輕柴油餾分進入輕柴油汽提塔的量來控制輕柴油汽提塔的液位。優(yōu)化后應(yīng)采用主控制器(LIC53206)、副控制器(FIC53206)均勻控制方案更合適。通過調(diào)節(jié)分餾塔輕柴油餾分進入輕柴油汽提塔的量和塔頂回流量、塔底的抽出量來控制輕柴油汽提塔的液位。

7) 分餾塔的汽提控制。通過調(diào)節(jié)過熱蒸汽進料量來控制，F(xiàn)IC53212單回路控制即可。

8) 重石腦油汽提塔回流溫度控制。為了更好地控制輕柴油和重石腦油的熱交換，主控制器(TIC53218)和副控制器(FIC53215)構(gòu)成串級控制，及時地控制輕柴油流量和重石腦油回流交換后的溫度，引入副回路，可以獲得比單回路控制系統(tǒng)超前的控制作用，有效地克服了出料量對液位的影響，具有超前控制的作用，提高了控制質(zhì)量。

9) 輕柴油汽提塔的回流溫度控制。為了更好地控制尾油和輕柴油的熱交換，主控制器(TIC53221)和副控制器(FIC53216)構(gòu)成串級控制，及時地控制尾油流量和輕柴油回流交換后的溫度，引入副回路，可以獲得比單回路控制系統(tǒng)超前的控制作用，有效地克服了出料量對液位的影響，具有超前控制的作用，提高了控制質(zhì)量。

10) 分餾塔塔底尾油液位控制。傳統(tǒng)控制方案一般采用單回路控制，通過調(diào)節(jié)分餾塔塔底尾油出料量。優(yōu)化后應(yīng)采用均勻控制方案更合適。通過主控制器(LIC53204)和副控制器(FIC53204)實現(xiàn)分餾塔塔底尾油液位與尾油出料流量相互抑制的調(diào)節(jié)，通過改變送出裝置尾油控制閥的開度來維持分餾塔塔底尾油液位的穩(wěn)定。

11) 氣液分離回流罐底部的含硫污水的界位控制。采用單回路控制即可，含硫污水的界位用浮筒液位計，然后含硫污水由冷凝水泵抽出送至酸性水汽提裝置進行適當?shù)靥幚?，也方便直接被用作注水回用?/p>

3.2控制閥的選定

1) 輕石腦油回流控制閥(FV53211)。應(yīng)選氣關(guān)閥，由于整個回路含有回流泵，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，必須保證該閥的暢通，避免回路出現(xiàn)堵塞和塔頂溫度過高。

2) 分離塔污水排污控制閥(LV53208)。應(yīng)選氣開閥，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，該閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，否則塔內(nèi)液體會被抽空。

3) 輕石腦油出料控制閥(LV53207)。應(yīng)選氣開閥，當系統(tǒng)出現(xiàn)故降時，該閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，否則塔內(nèi)液體會被抽空。

4) 冷回流閥(TV53213B)。應(yīng)選氣關(guān)閥，由于整個回路含有回流泵，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，必須保證該閥的暢通，避免塔內(nèi)溫度過高。

5) 熱回流閥(TV53213A)。應(yīng)選氣開閥，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，必須保證該閥的關(guān)閉，避免塔內(nèi)溫度過高。

6) 重石腦油出料控制閥(FV53205)。應(yīng)選氣開閥，該閥控制的是重石腦油出料量，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，該閥需要關(guān)閉，避免塔內(nèi)物料抽空。

7) 輕柴油出料控制閥(FV53206)。應(yīng)選氣開閥，該閥控制的是輕柴油出料，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，該閥需要關(guān)閉，避免塔內(nèi)物料抽空。

8) 蒸汽進料控制閥(FV53212)。應(yīng)選氣開閥，控制蒸汽進入量，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，該閥一定要處于關(guān)閉狀態(tài)，以避免蒸汽源源不斷地進入導(dǎo)致安全隱患。

9) 輕柴油旁路控制閥(FV53215)。應(yīng)選氣關(guān)閥，該閥所在的回路構(gòu)成串級控制，當系統(tǒng)故障時，該閥所在的旁路必須保持暢通，使得柴油產(chǎn)品可以順利出來。

10) 尾油出料控制閥(FV53204)。應(yīng)選氣開閥，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，該閥要處于關(guān)閉狀態(tài)，否則塔內(nèi)液體會被抽空。

11) 尾油旁路控制閥(FV53216)。應(yīng)選氣關(guān)閥，該閥所在的回路構(gòu)成串級控制，當系統(tǒng)故障時，該閥所在的旁路必須保持暢通，使得尾油產(chǎn)品可以順利出來。

12) 燃料氣去火炬控制閥(PV53211A)。應(yīng)選氣關(guān)閥，燃料氣從設(shè)備出來，當系統(tǒng)故障時，應(yīng)保證燃料氣能夠出來，以防爆炸。

13) 氮氣進料控制閥(PV53211B)。應(yīng)選氣開閥，氮氣進入設(shè)備，當系統(tǒng)故障時，應(yīng)切斷燃料氣的進入，以防爆炸。

4 控制方案的實施

4.1控制系統(tǒng)的選型

目前控制系統(tǒng)品種較多，經(jīng)廣泛調(diào)研和論證，決定選用CENTUM-CS3000集散控制系統(tǒng)。CS3000系統(tǒng)最多可掛64個站,其中FCS 46個,HIS 16個。

4.2控制策略的實施

1) 系統(tǒng)的生成。創(chuàng)建1個新的Project，取文件名(JQFL)，然后再創(chuàng)建FCS(必須根據(jù)具體型號)，這樣就生成了一個新的系統(tǒng)。

2) 控制站組態(tài)。選中1個FCS(如FCS0101)，創(chuàng)建IOM，再在IOM中新建1個Node，并在Node中選用真正的IOM卡件型號，根據(jù)接線布置圖填寫。

3) 畫連控圖。打開Function Block，根據(jù)控制方案畫連控圖。

4) 對功能塊定義。主要對閥門類型、控制器正反作用、手自動是否跟蹤、量程及單位等進行定義，其中分程控制還要對輸出范圍、輸出信號的模式等進行定義。

4.3操作站組態(tài)

1) 趨勢組組態(tài)。趨勢組組態(tài)必須選定1個趨勢塊，先定義趨勢塊屬性，即掃描周期，然后選中趨勢組定義需要記錄的參數(shù)。

2) 控制組組態(tài)。CS3000最多可定義1000個控制組，每一個控制組都必須自己創(chuàng)建，一個組可定義8塊儀表面板或16塊儀表面板；該系統(tǒng)在此對每一個需要操作的儀表都要定義。

3) 畫流程圖。利用組態(tài)軟件提供的工具可以很方便地制作流程圖，并可通過對流程圖中軟按鈕的定義，單擊直接進入所需畫面，如調(diào)整畫面顯示、開關(guān)按鈕的操作等；在該畫面中可設(shè)定控制參數(shù)來調(diào)整液位、流量、溫度、壓力。

4) 總貌定義?？梢詫⒘鞒虉D、控制畫面、趨勢圖定義在不同的顯示塊中，了解過程系統(tǒng)的綜合概貌。利用鼠標的操作，可以從綜合畫面轉(zhuǎn)移到其他畫面。

5 調(diào)試結(jié)果

5.1控制方案及流程運行測試

根據(jù)裝置投運操作步驟，分別調(diào)出流程圖畫面和控制組畫面，先手動改變調(diào)節(jié)器輸出，待系統(tǒng)穩(wěn)定即可分別投入串級、自動控制等，然后利用經(jīng)驗湊試法分別對各調(diào)節(jié)器進行PID參數(shù)整定，經(jīng)過多次試驗效果良好。

1) 調(diào)整畫面調(diào)用。通過調(diào)用調(diào)整畫面可以方便地改變?nèi)我豢刂破?高低報警值、PID值)參數(shù)，進行控制器參數(shù)整定，使工藝參數(shù)控制在最佳狀態(tài)。

2) 實時趨勢圖調(diào)用。實時趨勢圖可以觀察系統(tǒng)運行狀態(tài)，記錄控制系統(tǒng)的過渡過程曲線，通過觀察過渡過程曲線的變化趨勢，又可改變調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)值。

5.2結(jié)果評估

經(jīng)過流程優(yōu)化和控制系統(tǒng)修改投運后，保證了整個分餾塔在自動調(diào)節(jié)過程中，達到了物料、氣-液、熱量三個平衡，而且操作方便、簡單，大幅減輕了操作人員負擔，使產(chǎn)品的質(zhì)量和分餾塔操作的穩(wěn)定性得到了較大提高。利用Aspen軟件計算出的各項工藝控制指標，可以解決安全生產(chǎn)條件下的分餾瓶頸，產(chǎn)出更多的優(yōu)質(zhì)石腦油，產(chǎn)出量增加了2.7%，每年約增收200萬元人民幣，其結(jié)果與計算的設(shè)定值基本一致。

改造后的分餾塔中段溫度可以準確地控制在(165±0.5)℃，為快速、精確分餾提供了可靠保證。柴油汽提塔的液位控制采用均勻控制方案后，可以解決在高負荷下運行，前后塔的物料平衡問題，柴油和重油產(chǎn)量分別提升5.5%和6.2%，每年約增收400萬元收入。

6 結(jié)束語

隨著國民經(jīng)濟的迅速增長，對清潔油品和特種化工產(chǎn)品的需求量迅速增加，開發(fā)RMC技術(shù)是有效的技術(shù)途徑，該技術(shù)的成功應(yīng)用解決了國內(nèi)過分依賴進口工藝包技術(shù)的難題，為國內(nèi)研究人員繼續(xù)開發(fā)新型的工藝包提供了經(jīng)驗借鑒。中壓加氫裂化裝置分餾塔控制方案的好壞直接影響油品分餾的質(zhì)量，經(jīng)過優(yōu)化后的流程及控制方案在揚子石化公司芳烴廠加氫裂化裝置上試運行后，效果顯著提高。在運行過程中對新開發(fā)的裝置進行工藝、能耗、環(huán)保優(yōu)化是一項重要的工作，依托DCS強大資源和Aspen流程模擬軟件的優(yōu)勢，可以為裝置運行過程中的實際負荷、能耗考核提供重要的手段，從而使裝置實現(xiàn)經(jīng)濟運行的效果。

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ControlofMediumPressureHydrocrackerUnitFractionatingTowerandProcessOptimization

Gao Yongshun

(Yangzi Petro-Chemical Professional Training Corporation, Nanjing, 210048, China)

Medium pressure hydrocracker unit adopts the technology of RMC. This technology is simple and flexible operation with the advantage of maximizing tail oil and middle cut distillate. The technological process simulation and optimization of medium pressure hydrocracking distillation tower, control scheme design and demonstration and selection of instruments type (including controller, control valve, detector) are introduced. How to use the distributed control system of CS-3000 to generate system and configure the control station and operation station are discussed. It is proved the optimized control scheme is much better than that with the traditional scheme.

medium pressure hydrocracker; fractionation tower; control; process optimization

稿件收到日期：2013-03-29，修改稿收到日期2013-06-10。

高永順(1956—)，1980年畢業(yè)于南京化工動力?？茖W?；x表專業(yè)，現(xiàn)就職于揚子石化培訓(xùn)公司，從事儀表教學培訓(xùn)工作。

TP273+.1

B

1007-7324(2013)05-0031-05