粉塵過(guò)濾系統(tǒng)在催化劑加料系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究

陳來(lái)夫，于海鵬

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 煤化工分院，北京 100013；2.國(guó)家能源煤炭高效利用與節(jié)能減排技術(shù)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013；3.煤炭資源高效開采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013；4.京鼎工程建設(shè)有限公司，北京 100011)

0 前 言

催化裂化裝置為高低并列式提升管催化裂化裝置[1]。原料進(jìn)入提升管后先吸熱氣化，然后與催化劑接觸，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的變化過(guò)程變成產(chǎn)品而離開催化劑的表面。原料油在催化劑表面上通過(guò)裂化等反應(yīng)生成較小分子產(chǎn)物，同時(shí)發(fā)生縮合反應(yīng)生成焦炭，從而使催化劑活性下降，俗稱催化劑失活。失活的催化劑在反應(yīng)器中通過(guò)旋風(fēng)分離器與油氣最終分離，順著待生滑閥進(jìn)入再生器。高溫的失活催化劑在再生器中通過(guò)主風(fēng)的作用，將附著的焦炭燒燼并實(shí)現(xiàn)再生;焦炭吸熱氣化可生成煙氣，再生的催化劑通過(guò)旋風(fēng)分離器與煙氣分離，順著再升滑閥進(jìn)入反應(yīng)器提升管，重新與原料油進(jìn)行反應(yīng)。但再生的催化劑活性會(huì)有一定程度的降低，且2次通過(guò)旋風(fēng)分離器的分離則會(huì)有一定的損失，所以應(yīng)定期通過(guò)小型加料系統(tǒng)給再生器補(bǔ)充催化劑，但補(bǔ)充之前要在催化劑儲(chǔ)罐對(duì)催化劑進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾方式為通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)對(duì)催化劑中雜質(zhì)進(jìn)行攔截，而過(guò)濾網(wǎng)經(jīng)常會(huì)被催化劑中塊狀的粉塵和雜質(zhì)堵塞，故需通過(guò)引進(jìn)粉塵過(guò)濾系統(tǒng)對(duì)過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行在線清洗，從而解決困擾加料系統(tǒng)的難題。

1 催化劑加料系統(tǒng)組成及工作流程

催化裂化裝置自動(dòng)加料系統(tǒng)由框架、流化罐、加料管線、流化風(fēng)管線、出料管線、放空管線和控制系統(tǒng)7個(gè)部分組成。其中控制系統(tǒng)包括防爆控制器、流化罐內(nèi)的稱重傳感器、吹掃風(fēng)壓力監(jiān)測(cè)、流化罐壓力監(jiān)測(cè)、氣動(dòng)閥門氣路控制回路。

加料器的工作過(guò)程分為待機(jī)、加料、流化、出料4個(gè)周而復(fù)始的步驟。在待機(jī)階段，所有閥門均關(guān)閉。當(dāng)上一個(gè)加料過(guò)程結(jié)束，設(shè)定的加料間隔周期未到時(shí)，加料器一直處于待機(jī)狀態(tài)；當(dāng)出現(xiàn)吹掃風(fēng)壓力降低的報(bào)警信號(hào)時(shí)，加料器將終止工作，各個(gè)閥門的狀態(tài)均恢復(fù)為待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的加料間隔周期時(shí)，即開始下一個(gè)新的加料過(guò)程。程序先打開放空管線上的放空閥，使流化罐與催化劑儲(chǔ)罐連通并保持常壓，然后打開加料管線的加料閥、碟閥，該3個(gè)閥門的開關(guān)不是同時(shí)動(dòng)作，而是順序各有3 s延時(shí)。催化劑由加料管線依靠自重落入流化稱重桶內(nèi)，荷重傳感器測(cè)量加入的催化劑質(zhì)量；當(dāng)達(dá)到設(shè)定的加料質(zhì)量時(shí)結(jié)束加料，先關(guān)閉碟閥，再關(guān)閉加料閥和放空閥。

進(jìn)入流化階段時(shí)流化燈閃爍，延時(shí)3 s，打開流化閥，向流化罐送風(fēng)。當(dāng)流化罐壓力達(dá)到程序設(shè)定值，打開出料閥。出料閥打開后保持2 min，先后關(guān)閉流化閥、出料閥，返回待機(jī)階段。加料器從加料開始到出料結(jié)束一般大約需3 min。

由上述操作過(guò)程可知，催化劑在儲(chǔ)罐中通過(guò)自重進(jìn)入加料系統(tǒng)，整個(gè)加料過(guò)程和步驟非常復(fù)雜，且均為程序自動(dòng)運(yùn)行，若其中某個(gè)步驟存在問(wèn)題，程序就不能繼續(xù)往下執(zhí)行，導(dǎo)致加料終止。催化劑小型自動(dòng)加料器流程如圖1所示。由圖1可知，加料系統(tǒng)中閥門較多，若催化劑含有雜質(zhì)或粒狀形態(tài)不規(guī)則則易堵塞閥門，所以在最初的使用過(guò)程中由于催化劑不能有效過(guò)濾，催化劑加料系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)堵塞而停止工作的情況，故障率較高。所以針對(duì)上述情況增加1套粉塵過(guò)濾系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑的過(guò)濾，保證催化劑加料系統(tǒng)能夠長(zhǎng)周期運(yùn)行，從而提高裝置的可靠度。

圖1 催化劑小型自動(dòng)加料器流程示意

2 粉塵過(guò)濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 控制方案設(shè)計(jì)

粉塵過(guò)濾系統(tǒng)硬件部分主要由過(guò)濾器主體、反吹空氣儲(chǔ)罐、4臺(tái)程控閥門、系統(tǒng)壓力表、過(guò)濾器前后差壓計(jì)、輸送管線和控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。其功能流程如圖2所示。

圖2 粉塵過(guò)濾系統(tǒng)功能流程

過(guò)濾系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，控制程序不需要執(zhí)行。程序執(zhí)行時(shí)，過(guò)濾網(wǎng)前后壓差計(jì)PDT 10601檢測(cè)到的值與用戶設(shè)定值在“反吹控制器”中進(jìn)行比較，當(dāng)壓差計(jì)的顯示值大于設(shè)定值時(shí)，控制器開始輸出來(lái)控制程控閥KV-10601～10604并對(duì)過(guò)濾器主體SR1311進(jìn)行反吹清洗，清洗到達(dá)預(yù)定時(shí)間后，自動(dòng)停止，恢復(fù)初始狀態(tài)。另外控制器還具備實(shí)時(shí)故障檢測(cè)和一鍵沖洗功能。當(dāng)控制器檢測(cè)到故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警，需要人工復(fù)位才會(huì)停止；如果由于生產(chǎn)需要對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行人工清洗，系統(tǒng)也配備了一鍵沖洗功能，可以隨時(shí)隨地對(duì)裝置進(jìn)行沖洗。粉塵過(guò)濾系統(tǒng)控制方框圖如圖3所示。

圖3 粉塵過(guò)濾系統(tǒng)控制方框圖

在使用過(guò)程中，空氣儲(chǔ)罐V1311內(nèi)壓力必須得到保證，所以儲(chǔ)罐也設(shè)置壓力儀表PIT10601，對(duì)其壓力進(jìn)行監(jiān)視。程序運(yùn)行時(shí)，壓力表測(cè)量值與用戶設(shè)定值在“V1311控制器”中進(jìn)行比較；當(dāng)PIT10601的顯示值小于設(shè)定值時(shí)，V1311控制器開始輸出以控制程控閥KV-10605并對(duì)空氣儲(chǔ)罐進(jìn)行加壓充氣；當(dāng)儲(chǔ)罐壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)停止，恢復(fù)初始狀態(tài)。另外控制器也具備實(shí)時(shí)故障檢測(cè)和一鍵加壓功能。當(dāng)控制器檢測(cè)到故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警，人工復(fù)位后停止；人工可以點(diǎn)擊“一鍵加壓”按鍵，隨時(shí)對(duì)空氣儲(chǔ)罐進(jìn)行加壓?？諝鈨?chǔ)罐控制方框圖如圖4所示。

圖4 空氣儲(chǔ)罐控制方框圖

另外，現(xiàn)場(chǎng)的PLC控制系統(tǒng)要通過(guò)通信的方式與室內(nèi)DCS建立通信，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)和控制室能夠同時(shí)對(duì)過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和操作。

2.2 過(guò)濾系統(tǒng)的工作流程及效果

粉塵過(guò)濾系統(tǒng)的過(guò)濾器安裝在催化劑儲(chǔ)罐的頂部，帶有粉塵的氣相催化劑在催化劑儲(chǔ)罐頂處進(jìn)入粉塵過(guò)濾系統(tǒng)，高濃度含塵氣體經(jīng)過(guò)濾后在真空泵的抽提下與蒸汽混合排入大氣，回收的催化劑返回催化劑儲(chǔ)罐并實(shí)現(xiàn)過(guò)濾。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行到一定周期后，過(guò)濾器濾芯前后壓差大于20 kpa時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行反吹過(guò)程，穩(wěn)壓罐內(nèi)的壓縮氣體通過(guò)程控閥控制對(duì)過(guò)濾器濾芯進(jìn)行在線再生，但過(guò)濾系統(tǒng)在執(zhí)行過(guò)濾和再生的過(guò)程中均不會(huì)影響催化劑加劑和轉(zhuǎn)劑操作。過(guò)濾系統(tǒng)除塵工作流程圖如圖5所示。

圖5 粉塵過(guò)濾系統(tǒng)除塵工作流程圖

通過(guò)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)粉塵過(guò)濾系統(tǒng)在不增加操作成本的前提下每年至少減少催化劑消耗20 t，排放氣體的含塵量降至30 mg/Nm3以下，大幅減少裝置排放氣體的粉塵對(duì)環(huán)境的污染。另外由于對(duì)催化劑進(jìn)行了有效過(guò)濾，小型加料器的故障率極大降低，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)行，提高了裝置的可靠度。

2.3 DCS組態(tài)

現(xiàn)場(chǎng)采用西門子S7-200控制系統(tǒng)對(duì)其運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行控制與監(jiān)視。由于生產(chǎn)需要，采用了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)能夠同時(shí)對(duì)過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行操作和監(jiān)控的方法，使現(xiàn)場(chǎng)程控閥的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)、壓力表的顯示值、PLC的運(yùn)行狀態(tài)(運(yùn)行、反吹、停止)、DCS與PLC的通信狀態(tài)、反吹罐壓力報(bào)警、反吹時(shí)間、反吹間隔時(shí)間等信號(hào)通過(guò)通信方式傳回控制室內(nèi)DCS以實(shí)現(xiàn)上述功能。

首先在DCS控制站安裝MODBUS通信卡，通過(guò)通信電纜在硬件上使兩者建立通信聯(lián)系。然后在DCS工程站上通過(guò)軟件對(duì)通信卡件進(jìn)行定義，卡件定義主要包括屬性定義和具體地址參數(shù)定義，地址成功被定義后，在組態(tài)過(guò)程中各個(gè)回路即可進(jìn)行使用。其次是功能塊組態(tài)，主要作用是在軟件上建立各個(gè)儀表的主體本身[2-6]，儀表建立功能塊后就擁有了自身的大部分屬性及位號(hào)，儀表的流程圖、趨勢(shì)圖、報(bào)警等功能均需通過(guò)引用功能塊中定義的位號(hào)才能實(shí)現(xiàn)，另外功能塊與輸入、輸出地址進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了輸入輸出的互通。功能塊組態(tài)主要包括模擬量組態(tài)和數(shù)字量組態(tài)。最后是流程圖組態(tài)，包括主流程圖組態(tài)、參數(shù)設(shè)定流程圖組態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)流程圖組態(tài)和報(bào)警流程圖組態(tài)[7-10]，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的監(jiān)控、參數(shù)的設(shè)定、設(shè)備的操作和關(guān)鍵參數(shù)的報(bào)警等。

3 結(jié) 語(yǔ)

由于催化劑在儲(chǔ)罐中通過(guò)自重進(jìn)入加料系統(tǒng)，整個(gè)加料過(guò)程和步驟非常復(fù)雜，且均為程序自動(dòng)運(yùn)行，若其中某個(gè)步驟有問(wèn)題則程序就不能繼續(xù)往下執(zhí)行，導(dǎo)致加料終止。另外加料系統(tǒng)閥門也較多，在未經(jīng)過(guò)粉塵過(guò)濾系統(tǒng)時(shí)，催化劑得不到有效過(guò)濾，再加上閥門工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也易堵塞，導(dǎo)致催化劑加料系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)堵塞而不能工作的情況，故障率較高。通過(guò)以上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)粉塵過(guò)濾系統(tǒng)，催化劑得到有效過(guò)濾，小型加料器的故障率大幅降低，保證了設(shè)備能夠長(zhǎng)周期運(yùn)行，極大程度上提高了裝置的可靠度。由此減少了催化劑的消耗量，排放氣體的含塵量也得到降低，減輕了裝置粉塵排放對(duì)環(huán)境的污染。