加氫裂化裝置的循環(huán)氫控制系統(tǒng)

關(guān)寶安，丁秀濤，代 旭，李長(zhǎng)東，李 濤

加氫裂化裝置的循環(huán)氫控制系統(tǒng)

關(guān)寶安，丁秀濤，代 旭，李長(zhǎng)東，李 濤

（遼陽(yáng)石化公司煉油廠， 遼寧 遼陽(yáng) 111003）

加氫裂化技術(shù)是目前煉油企業(yè)較普及的原油二次加工手段，其自動(dòng)化水平很大程度上取決于它的各個(gè)控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況。循環(huán)氫壓縮機(jī)是加氫裂化裝置的核心設(shè)備，其控制系統(tǒng)也是核心之一。本文主要闡述循環(huán)氫壓縮機(jī)的排廢氫控制，負(fù)荷控制和防喘振控制。

加氫裂化；循環(huán)氫壓縮機(jī)；負(fù)荷控制

加氫裂化循環(huán)氫壓縮機(jī)為反應(yīng)系統(tǒng)提供可靠且較高的氫油比。它的作用主要是：防止和延緩催化劑結(jié)焦；分散進(jìn)料，使之與催化劑床層接觸的更均勻；起熱載體作用，平均床層溫度，防止不均勻超溫。循氫機(jī)的控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的排廢氫功能，負(fù)荷調(diào)節(jié)功能和最重要的防喘振功能[1，2]。

1 排廢氫控制

循環(huán)氫壓縮機(jī)為反應(yīng)系統(tǒng)提供較大流量的循環(huán)氫，一般為2.0×105Nm3/h，且反應(yīng)器的急冷氫也由循環(huán)氫分擔(dān)，循環(huán)氫的流量變化，壓縮比變化影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定。一般在壓縮機(jī)入口分液罐設(shè)置排廢氫控制，是壓縮機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)單分支，若實(shí)時(shí)采樣器檢測(cè)出的循環(huán)氫純度較低，則采用排廢氫的手段，將系統(tǒng)內(nèi)氫氣排出，置換出一部分，提高氫氣的純度。該控制過程與壓縮機(jī)負(fù)荷控制與防喘振控制構(gòu)成循環(huán)氫壓縮機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2 循環(huán)氫壓縮機(jī)負(fù)荷控制

在實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證裝置對(duì)氫氣流量的特定要求，當(dāng)氫氣氣路發(fā)生變化的時(shí)候，需要改變壓縮機(jī)的工況，提高或降低壓縮機(jī)的負(fù)荷，使其在新的工況點(diǎn)工作。在生產(chǎn)過程中，原料油的性質(zhì)會(huì)發(fā)生波動(dòng)，相同進(jìn)料量的情況下，反應(yīng)系統(tǒng)耗氫量也會(huì)不同，造成系統(tǒng)壓力的波動(dòng)，則循氫壓縮機(jī)的出口壓力發(fā)生改變，使用壓縮機(jī)負(fù)荷控制，通過改變轉(zhuǎn)速使出口壓力穩(wěn)定，配合新氫機(jī)的系統(tǒng)壓力控制，能夠?qū)崿F(xiàn)氫氣氣路的出入口壓縮比穩(wěn)定。

當(dāng)加工量發(fā)生變化時(shí)，氫氣氣路的能量損失發(fā)生變化，加工量越大，能量損失越大，為了達(dá)到相同的壓縮比，需要壓縮機(jī)提高轉(zhuǎn)速。循環(huán)氫的負(fù)荷控制能夠保證穩(wěn)定的氣路循環(huán)，足夠的氫油比，調(diào)節(jié)范圍大，不會(huì)引起額外損失，經(jīng)濟(jì)性能好。循環(huán)氫壓縮機(jī)出口壓力控制如圖1所示。

圖1 循環(huán)氫壓縮機(jī)出口壓力控制

循環(huán)氫壓縮機(jī)一般采用離心式壓縮機(jī)。當(dāng)負(fù)荷控制使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸升高時(shí)，一方面壓縮機(jī)離跳閘轉(zhuǎn)速越來越近，一方面在防喘振曲線上，工作點(diǎn)左移，靠近喘振曲線，為了保護(hù)離心式壓縮機(jī)的安全可靠運(yùn)行,使用防喘振控制，該控制的優(yōu)先級(jí)高于其他控制功能。

3 壓縮機(jī)防喘振控制

循環(huán)氫壓縮機(jī)控制氫氣流速，其出入口壓差就是反應(yīng)系統(tǒng)壓降，其防喘振控制十分重要[3]。離心壓縮機(jī)的喘振曲線體現(xiàn)其本身的特有性質(zhì)，壓縮機(jī)在高轉(zhuǎn)速、高壓縮比、低流量工況下運(yùn)行容易發(fā)生喘振，一旦產(chǎn)生喘振，會(huì)對(duì)壓縮機(jī)造成巨大的傷害，密封泄露，剛軸損壞，甚至引發(fā)著火爆炸等嚴(yán)重事故。當(dāng)循環(huán)氫壓縮機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，氫氣由壓縮機(jī)入口經(jīng)過各級(jí)壓縮達(dá)到出口，雖然壓縮比很小，但流量很大，氫氣流動(dòng)性是連續(xù)的。一旦由于裝置的工況改變，例如氫氣循環(huán)氣路的壓差增大或壓縮機(jī)入口壓力下降，導(dǎo)致氫氣流量減小到某一定值時(shí)，在葉片上會(huì)發(fā)生大量氫氣的渦流現(xiàn)象，使通道內(nèi)的氫氣整體氣速下降，機(jī)械能下降，壓縮機(jī)出口壓力下降，而小于出口管路壓力，使氫氣逆流，逆流的氫氣與入口氫氣合流，壓力增加又流向出口，如此反復(fù)高頻脈動(dòng)，氣流的沖擊對(duì)壓縮機(jī)葉片和其他部件產(chǎn)生災(zāi)難性損害。為了避免這種喘振，需實(shí)時(shí)監(jiān)控壓縮機(jī)的入口流量和壓縮比，同時(shí)結(jié)合壓縮機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的特性曲線和管路特性曲線制成防喘振曲線。

3.1 固定極限流量防喘振控制

為了保證壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，不發(fā)生喘振，需要保證壓縮機(jī)入口流量始終大于某一極限值[4]。無(wú)論壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速是多少，系統(tǒng)處于何種工況狀態(tài)，出入口的壓縮比高低，一旦檢測(cè)到入口流量小于極限值，則控制器使防喘振調(diào)節(jié)閥自動(dòng)打開，使一部分循環(huán)氫直接回到入口，以此大大降低氫氣氣路壓降，從而壓縮機(jī)入口流量得以增加，高于喘振極限值。固定極限流量防喘振控制方法簡(jiǎn)單，可靠性高，但影響氫油比的提高，限制裝置的處理能力，且在裝置高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生喘振易短路急冷氫導(dǎo)致安全隱患。

3.2 可變極限流量防喘振控制

反應(yīng)系統(tǒng)中循環(huán)氫壓縮機(jī)一般處于出口壓力控制狀態(tài)，根據(jù)系統(tǒng)的變化，自動(dòng)改變轉(zhuǎn)速，使用固定極限流量控制，不但能耗高，還易導(dǎo)致當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)小幅波動(dòng)時(shí)，防喘振閥自動(dòng)打開短路冷氫和進(jìn)反應(yīng)器的循環(huán)氫，反應(yīng)器在缺少氫氣的情況下極易發(fā)生飛溫。使用可變極限流量防喘振控制即可避免上述情況。該控制系統(tǒng)的核心為如何得到防喘振曲線，如圖2所示，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到不同轉(zhuǎn)速(如90%額定轉(zhuǎn)速和50%額定轉(zhuǎn)速)下的喘振點(diǎn)1和2，連接1和2作為喘振線,此線左側(cè)為喘振區(qū)域。為保證壓縮機(jī)在安全區(qū)運(yùn)行，在喘振線右側(cè)劃一條與它平行的直線即為防喘振曲線，兩個(gè)直線的距離一般為入口壓力百分比（或/1）的10%。從圖2中可以看出, 防喘振曲線（操作線）與橫坐標(biāo)的夾角為常數(shù)，設(shè):

=cot=(/1)/(2/1) （2-1）

不同轉(zhuǎn)速下，壓縮機(jī)防喘振曲線（操作線）上任一點(diǎn)的橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)值:

/1= cot×(2/1) +=×(2/1) +（2-2）

式中：—壓縮機(jī)入口流量差壓變送器量程的百分?jǐn)?shù);

1—壓縮機(jī)入口壓力(絕)變送器量程的百分?jǐn)?shù);

2—壓縮機(jī)出口壓力(絕)變送器量程的百分?jǐn)?shù);

—常數(shù), 防喘振曲線的近似斜率;

—常數(shù), 防喘振曲線（操作線）的截距截距。

圖2 循環(huán)氫壓縮機(jī)喘振線及防喘振流量控制給定線

壓縮機(jī)防喘振曲線實(shí)際上為一條斜率逐漸增大的曲線，式(2-2)為簡(jiǎn)化了的壓縮機(jī)隨動(dòng)防喘振控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)于吸入壓力為常壓或恒定值的系統(tǒng),數(shù)學(xué)模型可以簡(jiǎn)化為:=×2+。

4 結(jié)束語(yǔ)

反應(yīng)系統(tǒng)壓力對(duì)加氫裂化裝置來說是至關(guān)重要的，產(chǎn)品質(zhì)量、催化劑的失活周期、裝置的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行等都與反應(yīng)壓力息息相關(guān)。加氫裂化反應(yīng)系統(tǒng)的氫氣流路為閉環(huán)回路，其壓力受氫氣的補(bǔ)充、消耗及排放等因素的影響，只有循環(huán)氫壓縮機(jī)各控制系統(tǒng)整體優(yōu)化，使壓縮機(jī)高效安全的平穩(wěn)運(yùn)行，才能滿足加氫裝置長(zhǎng)周期正常操作的需要。

［1］王志清．離心壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)與保護(hù)[ M ]．北京: 機(jī)械出版社，1983．

［2］韓崇仁．加氫裂化工藝與工程[ M ]．北京: 中國(guó)石化出版社，2001．

［3］陸德民, 張振基, 黃步余．石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)（3版）[ M ]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2000．

［4］MICH LE B，PAVEL A，CHR1STOPHE G，et a1．Overviewof support effects in hydrotreating catalysts[J]．Catalysis Today，2003，86(1／4)：5-16．

Control System of Circulating Hydrogen Compressorin Hydrocracking Unit

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（Liaoyang Petrochemical Company Refinery, Liaoning Liaoyang 111003, China）

Hydrocracking technology is the most popular method of crude oil processing in oil refining enterprises, and its automation level depends on application of each control system. Circulating hydrogen compressor is the core equipment of hydrocracking unit, its control system is also the core unit. In this paper, the control of waste hydrogen, load control and anti-surge control of circulating hydrogen compressor were introduced.

hydrocracking unit; circulating hydrogen compressor;load control

TE 624

A

1004-0935（2017）04-0367-03

2017-01-19

關(guān)寶安（1986-），男，滿族，工程師，吉林省松原市人，2009年畢業(yè)于東北石油大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)。