加氫裂化裝置的循環氫控制系統

關寶安，丁秀濤，代 旭，李長東，李 濤

加氫裂化裝置的循環氫控制系統

關寶安，丁秀濤，代 旭，李長東，李 濤

（遼陽石化公司煉油廠， 遼寧 遼陽 111003）

加氫裂化技術是目前煉油企業較普及的原油二次加工手段，其自動化水平很大程度上取決于它的各個控制系統的應用情況。循環氫壓縮機是加氫裂化裝置的核心設備，其控制系統也是核心之一。本文主要闡述循環氫壓縮機的排廢氫控制，負荷控制和防喘振控制。

加氫裂化；循環氫壓縮機；負荷控制

加氫裂化循環氫壓縮機為反應系統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焦；分散進料，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。循氫機的控制系統主要實現壓縮機的排廢氫功能，負荷調節功能和最重要的防喘振功能[1，2]。

1 排廢氫控制

循環氫壓縮機為反應系統提供較大流量的循環氫，一般為2.0×105Nm3/h，且反應器的急冷氫也由循環氫分擔，循環氫的流量變化，壓縮比變化影響著整個系統的穩定。一般在壓縮機入口分液罐設置排廢氫控制，是壓縮機自動控制系統的一個簡單分支，若實時采樣器檢測出的循環氫純度較低，則采用排廢氫的手段，將系統內氫氣排出，置換出一部分，提高氫氣的純度。該控制過程與壓縮機負荷控制與防喘振控制構成循環氫壓縮機的自動控制系統。

2 循環氫壓縮機負荷控制

在實際生產中，為了保證裝置對氫氣流量的特定要求，當氫氣氣路發生變化的時候，需要改變壓縮機的工況，提高或降低壓縮機的負荷，使其在新的工況點工作。在生產過程中，原料油的性質會發生波動，相同進料量的情況下，反應系統耗氫量也會不同，造成系統壓力的波動，則循氫壓縮機的出口壓力發生改變，使用壓縮機負荷控制，通過改變轉速使出口壓力穩定，配合新氫機的系統壓力控制，能夠實現氫氣氣路的出入口壓縮比穩定。

當加工量發生變化時，氫氣氣路的能量損失發生變化，加工量越大，能量損失越大，為了達到相同的壓縮比，需要壓縮機提高轉速。循環氫的負荷控制能夠保證穩定的氣路循環，足夠的氫油比，調節范圍大，不會引起額外損失，經濟性能好。循環氫壓縮機出口壓力控制如圖1所示。

圖1 循環氫壓縮機出口壓力控制

循環氫壓縮機一般采用離心式壓縮機。當負荷控制使壓縮機的轉速逐漸升高時，一方面壓縮機離跳閘轉速越來越近，一方面在防喘振曲線上，工作點左移，靠近喘振曲線，為了保護離心式壓縮機的安全可靠運行,使用防喘振控制，該控制的優先級高于其他控制功能。

3 壓縮機防喘振控制

循環氫壓縮機控制氫氣流速，其出入口壓差就是反應系統壓降，其防喘振控制十分重要[3]。離心壓縮機的喘振曲線體現其本身的特有性質，壓縮機在高轉速、高壓縮比、低流量工況下運行容易發生喘振，一旦產生喘振，會對壓縮機造成巨大的傷害，密封泄露，剛軸損壞，甚至引發著火爆炸等嚴重事故。當循環氫壓縮機在額定轉速下工作時，氫氣由壓縮機入口經過各級壓縮達到出口，雖然壓縮比很小，但流量很大，氫氣流動性是連續的。一旦由于裝置的工況改變，例如氫氣循環氣路的壓差增大或壓縮機入口壓力下降，導致氫氣流量減小到某一定值時，在葉片上會發生大量氫氣的渦流現象，使通道內的氫氣整體氣速下降，機械能下降，壓縮機出口壓力下降，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，如此反復高頻脈動，氣流的沖擊對壓縮機葉片和其他部件產生災難性損害。為了避免這種喘振，需實時監控壓縮機的入口流量和壓縮比，同時結合壓縮機不同轉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

為了保證壓縮機的穩定運行，不發生喘振，需要保證壓縮機入口流量始終大于某一極限值[4]。無論壓縮機轉速是多少，系統處于何種工況狀態，出入口的壓縮比高低，一旦檢測到入口流量小于極限值，則控制器使防喘振調節閥自動打開，使一部分循環氫直接回到入口，以此大大降低氫氣氣路壓降，從而壓縮機入口流量得以增加，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，且在裝置高負荷運行時，一旦發生喘振易短路急冷氫導致安全隱患。

3.2 可變極限流量防喘振控制

反應系統中循環氫壓縮機一般處于出口壓力控制狀態，根據系統的變化，自動改變轉速，使用固定極限流量控制，不但能耗高，還易導致當系統出現小幅波動時，防喘振閥自動打開短路冷氫和進反應器的循環氫，反應器在缺少氫氣的情況下極易發生飛溫。使用可變極限流量防喘振控制即可避免上述情況。該控制系統的核心為如何得到防喘振曲線，如圖2所示，根據試驗數據得到不同轉速(如90%額定轉速和50%額定轉速)下的喘振點1和2，連接1和2作為喘振線,此線左側為喘振區域。為保證壓縮機在安全區運行，在喘振線右側劃一條與它平行的直線即為防喘振曲線，兩個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）與橫坐標的夾角為常數，設:

=cot=(/1)/(2/1) （2-1）

不同轉速下，壓縮機防喘振曲線（操作線）上任一點的橫坐標對應值:

/1= cot×(2/1) +=×(2/1) +（2-2）

式中：—壓縮機入口流量差壓變送器量程的百分數;

1—壓縮機入口壓力(絕)變送器量程的百分數;

2—壓縮機出口壓力(絕)變送器量程的百分數;

—常數, 防喘振曲線的近似斜率;

—常數, 防喘振曲線（操作線）的截距截距。

圖2 循環氫壓縮機喘振線及防喘振流量控制給定線

壓縮機防喘振曲線實際上為一條斜率逐漸增大的曲線，式(2-2)為簡化了的壓縮機隨動防喘振控制系統的數學模型。對于吸入壓力為常壓或恒定值的系統,數學模型可以簡化為:=×2+。

4 結束語

反應系統壓力對加氫裂化裝置來說是至關重要的，產品質量、催化劑的失活周期、裝置的長周期安全運行等都與反應壓力息息相關。加氫裂化反應系統的氫氣流路為閉環回路，其壓力受氫氣的補充、消耗及排放等因素的影響，只有循環氫壓縮機各控制系統整體優化，使壓縮機高效安全的平穩運行，才能滿足加氫裝置長周期正常操作的需要。

［1］王志清．離心壓縮機的調節與保護[ M ]．北京: 機械出版社，1983．

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

［3］陸德民, 張振基, 黃步余．石油化工自動控制設計手冊（3版）[ M ]. 北京: 化學工業出版社，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

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