催化裂化裝置再生器壓力控制方案的優(yōu)化

李 春

(中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司，北京 102500)

催化裂化裝置是煉油系統(tǒng)的重要裝置，反應再生系統(tǒng)是催化裂化裝置的核心組成部分，再生器的壓力控制對生產操作至關重要。作為能量回收的煙機發(fā)電機組是裝置降低能耗和有效利用能源的重要組成部分。某公司煉油廠催化裝置分為反應再生、分餾、吸收穩(wěn)定和四機組(煙機、富氣壓縮機、主風機和增壓機)、雙脫、余熱鍋爐及煙氣脫硫等部分。反應再生是催化裝置的核心組成部分，預先經過換熱的原料油通過反應器變成反應產物，再送到分餾系統(tǒng)處理。反應過程中生成的焦炭沉積在催化劑表面進入再生器，用空氣燒去焦炭，一再生貧氧、二再生富氧燃燒。再生溫度可由外取熱器調節(jié)，再生后的催化劑把熱量帶入反應器供反應耗用。從再生器出來的高溫煙氣經高溫取熱器產生蒸汽后過三旋去煙機到余熱鍋爐再去煙氣脫硫進行處理。

1 原控制方案①

原有的控制方案為CCC壓力控制器和DCS遠程手操面板共同控制，如圖1所示。

圖1 原系統(tǒng)控制方案

在CCC控制器中，使用速度控制器SIC-7701和再生器壓力控制器PIC-102來實現(xiàn)。在DCS畫面上設計了遠程手操面板，為了適應操作工的習慣，組態(tài)時使用PID模板設計手操面板。操作人員通過手操面板觀察第二再生器壓力的測量值，進行“AUTO/MAN”切換等功能。同時根據(jù)工藝需要，為滿足開、停車時大流量和正常生產時小流量的要求，以及正常生產和事故狀態(tài)下的穩(wěn)定性和安全性，根據(jù)22″閥、42″閥和60″閥的流通能力，將22″閥分程點設為0%～25%，42″閥分程點設為

25%～100%，并且都為氣關閥。

在實際生產中，當DCS壓力控制器投入到自動狀態(tài)運行時， DCS壓力控制器無法實時跟蹤CCC壓力控制器的22″和42″旁路閥的輸出值。由于煙機每次發(fā)生緊急停車時，當時的煙機發(fā)電量不同，因此每次進入煙機的煙氣量也不同。停機時二再生的壓力值每次都不相同，需要的排放量也不同，而每次旁路閥打開的位置也不同。當煙機發(fā)生緊急停車時，由于DCS二再壓力控制器無法跟蹤CCC壓力控制器的22″和42″旁路閥的輸出值，在操作過程會導致再生器壓力有較大波動，影響裝置的平穩(wěn)運行，嚴重時甚至造成裝置停車。為保證裝置生產的安全、穩(wěn)定，筆者在原控制方案的基礎上，對其進行了技術優(yōu)化，在Honeywell的EPKS DCS系統(tǒng)中設計組態(tài)，解決了DCS二再壓力控制器的跟蹤問題，并取得了很好的應用效果。

2 優(yōu)化方案

根據(jù)以上問題，在DCS控制系統(tǒng)改造中對其進行了技術優(yōu)化，分別對DCS二再生壓力控制器在手、自動狀態(tài)下的控制方案進行了設計組態(tài)。

2.1 壓力控制器控制關系

當煙機正常運行時，如果DCS壓力控制器PICA102置于“MAN”狀態(tài)，此時DCS壓力控制器PICA102輸出數(shù)字量輸出信號(DO)HY-102C為邏輯“1”給CCC，作為CCC壓力控制器跟蹤請求手動的跟蹤信號。此時CCC壓力控制器處于遠程跟蹤狀態(tài)，跟蹤DCS面板的手動狀態(tài)，并返回數(shù)字量輸入信號(DI)PY-102A為邏輯“0”，作為DCS的響應請求信號，CCC壓力控制器的輸出值等于DCS手操面板PICA102的手動模擬量輸出值(AO)HY-102A，直接分程控制22″和42″旁路閥，CCC壓力控制器既不做PID調節(jié)，也不與速度調節(jié)器構成前饋控制。

當煙機正常運行時，如果DCS二再壓力控制器PICA102置于“AUTO”狀態(tài)，此時DCS壓力控制器PICA102輸出數(shù)字量輸出信號(DO)HY-102C為邏輯“0”給CCC，作為CCC方跟蹤請求自動的跟蹤信號。此時CCC壓力控制器處于遠程自動狀態(tài)，跟蹤DCS面板的自動狀態(tài)， 并返回數(shù)字量輸入信號(DI)PY-102A為邏輯“1”，此時DCS壓力控制器PICA102的設定值模擬量信號(AO)“HY-102B”作為CCC壓力控制器的遠程設定值，二再生壓力測量值PT102為CCC壓力控制器的PV值，進行PID調節(jié)運算。同時與速度調節(jié)器構成前饋控制，計算輸出值分程控制22″和42″閥。 而DCS壓力控制器PICA102的輸出值處于“INIT”即初始化狀態(tài)，并且實時跟蹤CCC壓力控制器的輸出值。輸出值為PY109(CCC實際輸出至現(xiàn)場22″閥的值)×0.25+PY108(CCC實際輸出至現(xiàn)場42″閥的值)×0.75。

跟蹤請求信號決定了CCC壓力控制器與DCS壓力控制器PICA102的手/自動狀態(tài)一致，DCS壓力控制器PICA102接收的手/自動反饋信號也必須與壓力控制器相一致。DCS壓力控制器與CCC壓力控制器的功能如圖2所示。

圖2 壓力控制器功能

當煙機緊急停車時，如果PICA102調節(jié)器處于手動模式，CCC壓力控制器的數(shù)字量輸出信號PY102A產生一個5s的上升沿脈沖，5s內強制PY-102A為邏輯“1”，同時DCS壓力控制器也接收PLC來的停車信號，并與PY102A邏輯運算后產生一個5s的上升沿脈沖，即5s內強制DCS壓力控制器PICA102處于“AUTO”狀態(tài)，CCC壓力控制器也置于“AUTO”，其設定值取自DCS二再壓力控制器PICA102的設定值HY102B，CCC壓力控制器進行PID調節(jié)，與速度調節(jié)器構成前饋控制，計算輸出值控制旁路閥。5s后DCS壓力控制器PICA102可進行“手/自動”切換，控制再生器穩(wěn)定。

當煙機緊急停車時，如果PICA102調節(jié)器處于自動模式，CCC壓力控制器的數(shù)字量輸出信號PY102A產生一個5s的鎖位脈沖，5s內強制PY-102A為邏輯“1”，即強制DCS方壓力控制器PICA102處于“AUTO”狀態(tài)，CCC壓力控制器也置于“AUTO”，其設定值取自DCS方PICA102的設定值HY102B，CCC壓力控制器進行PID調節(jié)，與速度調節(jié)器構成前饋控制，計算輸出值控制旁路閥。5s后CCC解除鎖位，DCS壓力控制器PICA102可進行“手/自動”切換，由于HY102A實時跟蹤PY109×0.25+PY108×0.75的計算值，保證了DCS壓力控制器的輸出值和CCC壓力控制器的一致，實現(xiàn)了雙方控制輸出的無擾動切換。

2.2 組態(tài)設計實現(xiàn)

控制策略組態(tài)基于EPKS集散控制系統(tǒng)平臺實現(xiàn)，主要實現(xiàn)如下功能：

a. PICA102調節(jié)器的手/自動切換的枚舉量輸出需轉換成布爾量控制HY102C；

b. CCC來PY102A布爾量信號需轉換成枚舉量類型，在煙機緊急停機情況下強制PICA102調節(jié)器為自動，并且與煙機來E101布爾量信號經過邏輯運算后控制HY102A的輸出；

c. 煙機緊急停機后5s內控制權必須由CCC壓力控制器控制；

d. 必須實時計算22″和42″閥的閥位輸出值反演算至HY102A，以實現(xiàn)雙方控制的無擾動切換；

e. 任何控制參數(shù)的變更(含在線下裝程序)都不影響到工藝的正常生產。

基于上述要求，分別建立11個相互獨立的CM，并在設計組態(tài)中主要運用常規(guī)PID控制塊， SWITCH帶初始化數(shù)據(jù)切換功能塊，REGSUMMER帶初始化常規(guī)數(shù)據(jù)計算功能塊，TYPECONVERT數(shù)據(jù)類型轉換功能塊以及常規(guī)“與”、“或”、“非”，脈沖觸發(fā)器及SR觸發(fā)器等實現(xiàn)，并優(yōu)化調整CM的掃描周期和各功能塊的運行時序，使其達到最佳。

3 調試

裝置開工之前，對DCS和CCC壓力控制器進行了全面的仿真實驗，對雙方的壓力控制器手、自動切換，DCS壓力控制器的設定值、測量值以及輸出值的無擾動切換進行了調試，符合工藝要求。

4 結束語

催化裝置DCS控制系統(tǒng)改造的過程中，成功地實現(xiàn)了DCS與CCC共同控制二再壓力的方案。在煙機3kr/min低速運行時做停機試驗的過程中，二再壓力并沒有波動，提高了工藝自動化生產的水平，降低了裝置停車風險。對同類催化裂化裝置再生器壓力的穩(wěn)定控制有一定的參考作用。