催化主風流量控制系統（RACS）

鄒青華

（中國石油廣西石化分公司，廣西 欽州 535008）

催化主風流量控制系統（RACS）

鄒青華

（中國石油廣西石化分公司，廣西 欽州 535008）

主風流量控制系統主要設計理念是控制重油催化裂化裝置再生器一、二再主風流量分配，合理燒焦。并通過控制主風流量調節閥開度來盡可能降低管路壓降，在滿足燒焦風量需求的前提下，通過調節主風機靜葉開度使主風機出口壓力維持在最低，達到節能的目的。主風流量分配自動控制和主風機靜葉自動調節是重油催化裂化裝置控制的難點，也是兩器平穩運行的關鍵。本文通過對UOP工藝包中主風流量控制系統（RACS）的設計原則，結合裝置操作的特點，設計了RACS主要控制模塊，并通過實際應用，驗證了控制方案的可行性。

RACS;重油催化裂化;主風機靜葉控制

中國石油廣西石化350萬t／a重油催化裂化裝置是國內單套處理能力最大的裝置，該裝置引進了美國UOP公司的工藝技術，于2007年11月開工建設，2010年9月投產。主風機組采用三機組方案，由煙機－軸流式壓縮機－電機組成，其中煙機選用蘭州機械廠生產的VL－19000A型，主風機選用了陜鼓集團生產的AV90－12軸流式主風機，電機選用上海電機廠生產的YCH1120－4型電動機。

本裝置采用兩段式再生技術，一段再生在再生器上部，為貧氧再生，燒焦主風通過4路主風流量調節閥進入再生器;二段再生在再生器下部，為富氧再生，燒焦主風通過1路調節閥進入再生器，一、二再通過外循環管連通。各路主風流量在操作中互相影響，手動調節非常困難，很容易造成碳堆或尾燃，一直是催化裂化裝置操作的難點之一。

PRCS硬件采用美國TRICON公司生產的三重冗余控制系統，數據掃描周期小于100ms，比常規的DCS控制系統更加可靠，運算速度更快。

1 設計原則

控制方案的設計采用了UOP公司對主風流量控制系統的設計原則，具體要求如下:

（1）一再和二再5路主風流量可以單獨控制，由5個單獨的流量控制器組成，可以分開操作。

（2）RACS可以控制去一段再生器和二段輔助燃燒室主風流量的分配，滿足裝置生產要求。

（3）5路主風流量調節閥開度送入RACS系統，控制系統將通過降低閥前壓力使閥門開度盡可能開大，以降低主風管路壓降。

（4）主風機靜葉開度受主風機出口壓力控制，在滿足再生器對主風流量需要的情況下，盡可能控制主風機出口壓力較低，靜葉開度最小，以達到節能的目的。

（5）主電機跳閘時，主風機入口靜葉鎖定當前開度。

2 軟件設計

主風流量控制系統（RACS）包含的控制回路較多，有5路主風流量控制器 FIC－4041，FIC－4042，FIC－4043，FIC－4044 和 FIC－4045。 主風機出口壓力控制器PIC－4040，主風機靜葉開度控制器ZIC－4040。執行機構有5個，分別是5個主風流量調節閥和主風機靜葉執行機構。

2．1 主風流量控制器

主風流量控制器 FIC－4041，FIC－4042，FIC－4043，FIC－4044和 FIC－4045 為單回路控制器，可以各自獨立工作，，根據工藝要求分別控制去一段再生器和二段輔助燃燒室主風流量。控制方案相同，見圖1。

圖1 主風流量控制方案

來自一段燃燒室的主風流量FT－4041經過溫度PT－4041和壓力PT－4041的補償后，作為控制器FIC－4041的輸入，與工藝生產要求的主風流量值進行比較，然后進行PID運算，最終輸出4～20mA信號控制FV－4041在0～100%之間動作，實際可能在最小允許開度～最大允許開度 （根據閥門性能曲線定）之間動作。

2．2 ZIC－4040／PIC－4040 控制方案

出于節能考慮，用去一段再生器和二段燃燒室的主風控制閥的閥位遠程控制主風機入口靜葉的開度，方案具體如下，功能圖見圖2。

圖2 ZIC-4O4O/PIC-4O4O控制方案

（1）閥位開度偏差低選器

去一段再生器和二段燃燒室的主風控制閥FV－4041，FV－4042，FV－4043，FV－4044， 和 FV－4045， 其 閥 位 信 號 ZT4041，ZT4042，ZT4043，ZT4044與ZT4045分別與其各自最小允許開度進行比較，然后經過低選（某一閥位比較結果△＞0時，則令其為0，即△＝0），選擇5個閥中閥位偏差最小的值，加上偏置值50%，經選擇器輸出0～100%的信號作為閥位控制器ZIC－4040的輸入;并與給定值50%進行比較運算后，其輸出經信號轉換器變換為主風機出口正常壓力范圍的信號，作為靜葉控制器PIC－4040的遠程給定，以控制主風機出口總管壓力。若實際閥門開度偏差（低選后）小于0%，加上50%后則加法器1輸出小于50%，即ZIC－4040的△E減小↓–OUT減小↓–靜葉開度減小↓－主風機出口壓力降低PI4040↓－閥門開度增大↑，最終實現了所有5個閥門的開度均在最小要求開度以上，達到節能的目的。若實際閥門開度偏差（低選后）等于0，即5個閥門開度均在最小要求開度以上，選擇器將會選擇來自加法器2的信號。

（2）閥位開度偏差高選器

同理，閥位偏差信號經過高選（某一閥位比較結果△＜0時，則令其為 0，即△＝0），選擇 5個閥中閥位偏差最大的值，加上偏置值50%，作為ZIC－4040的輸入。其輸出經信號轉換器變換為主風機出口壓力正常范圍的信號，作為靜葉控制器PIC－4040的遠程給定，以控制主風機出口總管壓力。若實際閥門開度偏差（高選后）大于0%，加上50%后則加法器2輸出大于50%，即ZIC－4040的△E增大↑–OUT增大↑–靜葉開度增大↑－主風機出口壓力升高PI4040↑－閥門開度增大減小↓，最終實現了所有5個閥門的開度均在最大要求開度以下，達到節能的目的。若實際閥門開度偏差（高選后）等于0，即5個閥門開度均在最大要求開度以下，選擇器將會選擇來自加法器1的信號。

（3）如各個閥門的閥位在最小和最大開度范圍之間，遠程給定不投用，以避免PIC4040靜葉控制器位不斷調節，造成主風機出口壓力和5路流量波動。

（4）當 ZT4041， ZT4042， ZT4043，ZT4044 與ZT4045等5個閥位，其中只要有一個低于最小要求開度或大于最大要求開度，即Min＜0或Max＞0，則遠程控制投用。閥位控制器ZIC－4040的輸出按一定的速率△V／△T（速率將來可以根據實際需要調整）變化，作為靜葉控制器PIC－4040的遠程給定，緩慢地改變靜葉的開度，從而改變主風機出口的壓力，以免造成裝置波動。調節過程如下:

（a）若其中有一個閥門開度小于要求的最小開度（Min＜0），投用遠程給定，加上偏置值50%后，加法器1輸出小于50%，即△E減小↓－閥位控制器ZIC－4040的OUT減小↓－靜葉開度減小↓－主風機出口壓力PI－4040減小↓－閥門開度增加↑，最終閥門回到要求的最小開度以上。

（b）若其中有一個閥門開度大于要求的最大開度（Max＞0），投用遠程給定，加上偏置值 50%后，加法器1輸出大于50%，即△E增加↑－靜葉開度增加↑－主風機出口壓力PI4040增加↑－閥門開度減小↓，最終閥門回到要求的最大開度以下。

當出現既有閥門開度大于要求的最大開度，又有閥門的開度小于要求的最小開度時，即有Min＜0 又有 Max＞0 時，則系統將“不協調報警”，提示用戶處理，并且不投用遠程給定。

2 結語

本文介紹了廣西石化公司催化裂化裝置采用UOP工藝技術，完成了再生器5路主風流量控制和主風機靜葉自動調節的控制設計，RACS控制系統共有7個單回路控制器、12個變量和6個執行器共同組成，是一種先進控制器，投入使用后，操作人員僅需對一、二再主風量進行設置，RACS將自動控制管路壓降，調整靜葉開度到最優狀態，最大可能的降低主風機負荷，自控程度高、可靠性能好，大大減輕了操作人員的勞動強度。裝置自2010年9月份開工以來，RACS控制非常平穩，操作便利。證明了本次設計完全體現了UOP對催化裂化裝置主風流量控制系統的設計原則，比傳統控制方案更加科學、先進，對國內其他同類裝置具有很強的借鑒作用。

[1] 李先允．自動控制系統[M]．北京:高等教育出版社，2003．

[2] 王雙群，程力．軸流壓縮機的保護控制[J]．能源研究與利用， 2000， （6）:13-15．

[3] 陳俊武．催化裂化工藝與工程（第2版）[M]．北京:中國石化總公司情報研究所，2007．

[4] UOPLLC．PROJECT SPECIFICATION-940862-692[P]．

Scheme of FCC Unit Air Control System （RACS）

ZOUQing-hua
（Guangxi Petrochemical Company，PetroChina， Qinzhou 535008，China）

TE 624.4

B

1671-9905（2011）10-0085-03

鄒青華，1992年畢業于中國石油大學自動化專業，從事煉油石化儀表自控行業近20年，先后服務于中國石油克拉瑪依石化廠、中國石油廣西石化，現任廣西石化機動設備處處長助理

2011-07-07