兩段再生催化裂化裝置緊急停車系統(tǒng)安全性改進(jìn)

王振衛(wèi)

(中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南　儋州　578000)

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兩段再生催化裂化裝置緊急停車系統(tǒng)安全性改進(jìn)

王振衛(wèi)

(中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南儋州578000)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)安全生產(chǎn)的要求越來(lái)也高。一些催化裂化裝置的緊急停車系統(tǒng)的設(shè)置已不能滿足安全生產(chǎn)的要求。通過(guò)對(duì)采用兩段同軸、逆流再生，反再高低并列形式的催化裂化裝置緊急停車系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，查找存在的風(fēng)險(xiǎn)，提出通過(guò)增設(shè)反應(yīng)溫度低限自保聯(lián)鎖、增加兩器壓差超限聯(lián)鎖、改進(jìn)滑閥的超馳控制系統(tǒng)的方法，提高裝置的本質(zhì)安全程度。

兩段再生；催化裂化；緊急停車系統(tǒng)；超馳控制；兩器差壓超限；聯(lián)鎖；自保

催化裂化裝置是燃料型煉油廠最重要的渣油輕質(zhì)化加工裝置之一。在催化裂化裝置中，高于450℃的催化劑在高溫油氣環(huán)境(反應(yīng)器)與高溫燃燒環(huán)境(再生器)間密閉循環(huán)。正常工況下，通過(guò)控制各種參數(shù)在合適的范圍，催化劑會(huì)以合適的狀態(tài)按照設(shè)計(jì)的路線循環(huán)，生產(chǎn)運(yùn)行非常安全。但是，當(dāng)一些重要條件被破壞而沒(méi)有得到及時(shí)、正確的處置時(shí)，裝置就可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的，甚至是毀滅性的事故。自動(dòng)保護(hù)聯(lián)鎖系統(tǒng)是催化裂化安全生產(chǎn)、預(yù)防重大安全事故、保護(hù)人身安全的重要設(shè)備[1]，每個(gè)催化裂化裝置的反應(yīng)再生系統(tǒng)都設(shè)置有緊急停車系統(tǒng)。由于受到設(shè)計(jì)者或業(yè)主的管控理念以及當(dāng)時(shí)儀表、設(shè)備制造技術(shù)水平或項(xiàng)目投資限制等因素影響，各裝置的緊急停車系統(tǒng)設(shè)置的內(nèi)容也不盡相同。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)安全生產(chǎn)的要求越來(lái)越高，一些裝置的緊急停車系統(tǒng)的設(shè)置已不能滿足要求。因此，對(duì)現(xiàn)有催化裂化裝置的緊急停車系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析、查漏補(bǔ)缺很有必要。下面對(duì)采用兩段逆流再生、反再高低并列形式的催化裂化裝置緊急停車系統(tǒng)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析并提出改進(jìn)建議。

1　催化裂化反應(yīng)再生系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)介

圖1　兩段再生催化裂化反再系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

兩段再生催化裂化的反再系統(tǒng)如圖1所示。在再生器中燒掉焦炭而恢復(fù)活性的高溫再生催化劑經(jīng)過(guò)再生斜管在再生滑閥控制下進(jìn)入提升管反應(yīng)器，在和催化原料油接觸發(fā)生裂化反應(yīng)后進(jìn)入沉降器，進(jìn)行油氣分離后。結(jié)焦失活的催化劑經(jīng)待生斜管在待生滑閥控制下進(jìn)入第一再生器和一再主風(fēng)接觸燒掉大部分焦炭。然后在半再生滑閥的控制下進(jìn)入第二再生器，和二再主風(fēng)接觸燒掉全部的焦炭恢復(fù)活性后進(jìn)入反應(yīng)器開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。為維持兩器熱平衡，增加操作靈活性，一般都設(shè)有可調(diào)熱量的取熱器。

2　反再部分緊急停車聯(lián)鎖及控制保護(hù)系統(tǒng)使用狀態(tài)

2.1反再部分緊急停車聯(lián)鎖邏輯及使用狀態(tài)

圖2　反應(yīng)部分聯(lián)鎖邏輯簡(jiǎn)圖

圖3　再生部分聯(lián)鎖邏輯簡(jiǎn)圖

該裝置現(xiàn)有反再系統(tǒng)緊急停車聯(lián)鎖邏輯僅設(shè)置反應(yīng)部分聯(lián)鎖和再生部分聯(lián)鎖。反應(yīng)部分聯(lián)鎖接受手動(dòng)啟用信號(hào)和再生部分聯(lián)鎖信號(hào)。聯(lián)鎖啟動(dòng)時(shí)，關(guān)閉提升管原料油進(jìn)料和其他進(jìn)料，打開(kāi)原料油事故旁通閥、霧化蒸汽閥、預(yù)提升介質(zhì)閥。再生部分聯(lián)鎖啟動(dòng)時(shí)，關(guān)閉再生滑閥、待生滑閥、主風(fēng)單向阻尼閥，打開(kāi)一再和二再主風(fēng)事故蒸汽閥的同時(shí)啟動(dòng)反應(yīng)部分聯(lián)鎖。再生部分聯(lián)鎖除可由操作人員還可以手動(dòng)啟動(dòng)外，還可由一再風(fēng)流量低、二再主風(fēng)量低信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)主、備用風(fēng)機(jī)同時(shí)處于故障停機(jī)或“安全運(yùn)行”狀態(tài)時(shí)也會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)該聯(lián)鎖。聯(lián)鎖邏輯簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2和圖3。

正常生產(chǎn)期間該聯(lián)鎖處于“自動(dòng)”狀態(tài)，只有在開(kāi)停工或大幅調(diào)整主風(fēng)量時(shí)才短時(shí)間切換到“旁路”狀態(tài)。

2.2滑閥超馳控制系統(tǒng)未正常投用

原設(shè)計(jì)反應(yīng)溫度控制器輸出與再生滑閥壓降控制器輸出進(jìn)行低選組成超馳控制系統(tǒng)，控制再生滑閥開(kāi)度。汽提段藏量控制器輸出與待生滑閥壓降控制器輸出進(jìn)行低選組成超馳控制系統(tǒng)控制待生滑閥開(kāi)度。由于擔(dān)心滑閥壓降控制系統(tǒng)失靈等原因使滑閥誤動(dòng)作，造成生產(chǎn)波動(dòng)，將超馳控制系統(tǒng)的滑閥壓降控制器一直處于“手動(dòng)”輸出全開(kāi)狀態(tài)。

3　存在問(wèn)題分析

3.1無(wú)提升管反應(yīng)溫度低限自保聯(lián)鎖的風(fēng)險(xiǎn)

催化裂化反應(yīng)過(guò)程是油氣在流態(tài)化的催化劑環(huán)境中進(jìn)行催化裂化反應(yīng)。當(dāng)提升管內(nèi)反應(yīng)溫度低到一定數(shù)值時(shí)，提升管內(nèi)大量的未汽化油會(huì)與催化劑形成“和泥”狀態(tài)。當(dāng)裝置運(yùn)行大幅波動(dòng)時(shí)，處理的方式往往會(huì)受到當(dāng)時(shí)的指揮人員和操作人員的控制理念、技能水平、智力狀態(tài)、心理狀態(tài)和人員精力等多種不確定因素影響而發(fā)生變化，任何一種因素影響造成操作處置不當(dāng)都會(huì)使提升管內(nèi)溫度低于反應(yīng)油氣露點(diǎn)。每當(dāng)此時(shí)，容易出現(xiàn)操作人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或抱僥幸心理而不立即切斷提升管進(jìn)料，由于裝置未設(shè)置提升管反應(yīng)溫度低限自保聯(lián)鎖，提升管“和泥”事故就會(huì)發(fā)生。曾有催化裂化裝置因再生電液滑閥故障全關(guān)，操作員未及時(shí)切斷提升管進(jìn)料，導(dǎo)致提升管“和泥”。

3.2滑閥解除超馳控制聯(lián)鎖的弊端

待生和再生滑閥前后壓差的大小決定著催化劑正向流通的能力，過(guò)低時(shí)會(huì)增加催化劑催化劑倒流，再生器煙風(fēng)與反應(yīng)器油氣互竄的風(fēng)險(xiǎn)，是安全防范的重點(diǎn)。原設(shè)計(jì)再生滑閥、待生滑閥均有超馳控制系統(tǒng)控制，當(dāng)出現(xiàn)氣壓機(jī)突然停車、雙動(dòng)滑閥突然開(kāi)大等原因造成滑閥前后壓差低于預(yù)設(shè)安全防范值時(shí)，滑閥壓降調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉滑閥，避免催化劑倒流、油氣互竄。由于滑閥壓降調(diào)節(jié)器長(zhǎng)期處于“手動(dòng)”全開(kāi)狀態(tài)，失去了超馳控制的保護(hù)作用。

3.3無(wú)兩器差壓超限[2]聯(lián)鎖存在的風(fēng)險(xiǎn)

兩器差壓是影響反再系統(tǒng)催化劑循環(huán)的的關(guān)鍵控制參數(shù)，影響兩器差壓的參數(shù)多、變化速度快。當(dāng)兩器差壓過(guò)小或過(guò)大時(shí)會(huì)造成再生斜管或待生斜管催化劑倒流，油氣、煙氣互竄等事故，應(yīng)迅速切斷兩器，待調(diào)整好兩器差壓后再重新恢復(fù)兩器催化劑循環(huán)，然后提升管重新進(jìn)料。待生滑閥、再生滑閥正常調(diào)節(jié)模式下，受到 “自鎖”功能的限制不能快速、大幅開(kāi)關(guān)，只有在 “儀表室自保運(yùn)行”模式時(shí)才能不受“自鎖”功能的限制迅速關(guān)閉。來(lái)自生產(chǎn)實(shí)踐證明：在出現(xiàn)雙動(dòng)滑閥突然失靈開(kāi)大、氣壓機(jī)突停等原因造成兩器壓差失常時(shí)，指揮人員、操作人員首先是進(jìn)行應(yīng)對(duì)調(diào)整，努力使裝置運(yùn)行恢復(fù)平穩(wěn)。在調(diào)整過(guò)程中受到各種原因影響，指揮人員、操作人員對(duì)裝置狀況的掌控會(huì)產(chǎn)生偏差，等確認(rèn)必須停車時(shí)，由于未設(shè)置兩器差壓超限聯(lián)鎖，容易出現(xiàn)疏漏，造成油氣互竄、催化劑倒流事故。1996年我國(guó)南方某催化裂化裝置曾因二再與沉降器負(fù)差壓增加，再生滑閥未關(guān)嚴(yán)，原料油經(jīng)霧化后倒竄回二再，當(dāng)二再恢復(fù)進(jìn)風(fēng),倒竄的油氣被帶人二再的煙氣系統(tǒng),進(jìn)入煙囪后與富氧的一再煙氣混合發(fā)生爆燃[3]。

4　建議改進(jìn)方案

4.1增設(shè)反應(yīng)溫度低限自保聯(lián)鎖

首先將現(xiàn)有的3個(gè)提升管一反出口溫度測(cè)量值“三取二”作為一個(gè)反應(yīng)溫度低限聯(lián)鎖啟動(dòng)條件。同時(shí)將提升管出口的2個(gè)溫度測(cè)量值“二取二”作為另一個(gè)反應(yīng)溫度低限聯(lián)鎖啟動(dòng)條件。這兩個(gè)并列作為反應(yīng)溫度低限聯(lián)鎖啟動(dòng)條件，任何一個(gè)達(dá)到低限均可自動(dòng)啟動(dòng)反應(yīng)部分聯(lián)鎖。

4.2增加兩器差壓超限聯(lián)鎖

為減少操作疏漏造成油氣互竄、催化劑倒流，增加兩器差壓超限停車聯(lián)鎖。當(dāng)兩器差壓持續(xù)超限，難以維持正常操作時(shí)，啟用兩器自保，同時(shí)帶動(dòng)進(jìn)料自保啟動(dòng)[4]。啟動(dòng)該聯(lián)鎖時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)待生滑閥、再生滑閥“儀表室自保運(yùn)行”模式，迅速關(guān)閉待生滑閥、再生滑閥。

4.3改進(jìn)滑閥的超馳控制系統(tǒng)。

將各滑閥的超馳控制系統(tǒng)分別增加一個(gè)滑閥壓降測(cè)量回路，與現(xiàn)有滑閥壓降測(cè)量回路一同進(jìn)入二取二邏輯判斷控制模塊，減少測(cè)量?jī)x表故障造成的聯(lián)鎖誤動(dòng)作。當(dāng)兩個(gè)壓降測(cè)量值同時(shí)高于設(shè)定的 “低限值”時(shí)，邏輯判斷控制模塊允許反應(yīng)溫度(汽提段藏量)調(diào)節(jié)器輸出通過(guò)去控制滑閥，這時(shí)使滑閥壓降調(diào)節(jié)器輸出值與反應(yīng)溫度(汽提段藏量)調(diào)節(jié)器輸出值保持一致，即處于跟蹤狀態(tài)。當(dāng)兩個(gè)壓降測(cè)量值同時(shí)低于設(shè)定的“低限值”時(shí)，邏輯判斷模塊立即將滑閥壓降調(diào)節(jié)器取代反應(yīng)溫度(汽提段藏量)調(diào)節(jié)器的控制，使反應(yīng)溫度(汽提段藏量)調(diào)節(jié)器處于跟蹤狀態(tài)，通過(guò)這個(gè)改進(jìn)可有效解決“積分飽和現(xiàn)象”[5]。為保證滑閥超馳控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，給滑閥壓降設(shè)定一個(gè)高于“低限值”0.005～0.01 MPa的 “復(fù)位值”。當(dāng)系統(tǒng)處于滑閥壓降調(diào)節(jié)器控制狀態(tài)時(shí)，通過(guò)調(diào)整操作使兩個(gè)壓降測(cè)量值都高于設(shè)定“復(fù)位值”后，邏輯控制模塊才將對(duì)滑閥的控制權(quán)交還給反應(yīng)溫度(汽提段藏量)調(diào)節(jié)器，滑閥壓降調(diào)節(jié)器重回跟蹤狀態(tài)。上述狀態(tài)變化時(shí)應(yīng)有聲、光報(bào)警提示。

5　結(jié)　論

通過(guò)增加反應(yīng)溫度自保聯(lián)鎖、兩器壓差聯(lián)鎖，改進(jìn)并正常投用再生滑閥、待生滑閥壓差調(diào)節(jié)器后裝置的本質(zhì)安全程度將得到提高，可有效避免因人為失誤造成的操作事故的發(fā)生，符合當(dāng)今政府和民眾和企業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)的要求，也符合企業(yè)對(duì)效益的追求。

[1]馬伯文.催化裂化裝置技術(shù)問(wèn)答.2版[M].北京:中國(guó)石化出版社,2003:145-146.

[2]劉英聚,張韓.催化裂化裝置操作指南[M].北京:中國(guó)石化出版社,2005:279.

[3]梁先耀.緊急停車系統(tǒng)在催化裂化裝置的應(yīng)用[J].石油化工安全技術(shù),2000(5):14-16.

[4]李鳴,梁英.緊急停車系統(tǒng)在FCCU反應(yīng)再生過(guò)程中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表,2011,32(8):43-46.

[5]李自皋,呂行,王明成.催化裂化裝置反應(yīng)再生系統(tǒng)控制方案的現(xiàn)狀及改進(jìn)[J].石油化工自動(dòng)化,2008(1):84-89.

Improvement on the Safety of Emergency Shutdown System of Two-stage Regeneration FCC Unit

WANG Zhen-wei

(SINOPEC Hainan Petrochemical Co.,Ltd.,Hainan Danzhou 578000,China)

With the continuous development of economy in China,higher standards have been required for safety in production.Some emergency shutdown system settings of the FCC units are not satisfied with the requirements of safety production.The emergency shutdown system of FCC units for parallel regenerator with different height,counter-current two stages catalyst regeneration was analyzed to find the risks,some advices were put forward,including adding self-hold interlocking of low reaction temperature limit,adding over-limited differential pressure between reactor and regenerator,improving override control system of sliding valve,in order to improve essential safety level.

two-stage regeneration;catalytic cracking;emergency shutdown system;override control;over-limited differential pressure between reactor and regenerator;interlock;self-hold

王振衛(wèi)，高級(jí)技師，1986年開(kāi)始從事催化裂化裝置操作和生產(chǎn)管理工作。

TP273

B

1001-9677(2016)04-0118-03