特大型煉化企業(yè)冷凝水站擴容電控系統(tǒng)優(yōu)化設計研究

彭偉男　羅林　劉暢

摘 要：結(jié)合石化行業(yè)增產(chǎn)擴容的大背景，簡述了煉油企業(yè)對原有冷凝水站的改造思路和方法，根據(jù)具體的改進設計方案來選定不同的處理設備、儀表、控制對象、控制方案等，并對整個工藝流程的過程控制原理進行了詳細介紹。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水罐;冷凝液過濾器;雙金屬溫度計;智能壓力變送器

中圖分類號：TP29;TE96? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）11-0037-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.11.010

0? ? 引言

廣東省某國有大型煉化企業(yè)的煉油老區(qū)結(jié)構(gòu)調(diào)整提質(zhì)升級項目，主要建設270萬t/a渣油加氫、18萬t/a硫磺回收，改造250萬t/a催化裂化裝置及建設相應的系統(tǒng)配套，凝結(jié)水站擴容包含在系統(tǒng)配套內(nèi)的工藝及熱力管網(wǎng)中。凝結(jié)水站產(chǎn)出的合格凝結(jié)水并入除鹽水站內(nèi)的除鹽水罐，再由除鹽水罐外送至各自系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)，供新建的各裝置統(tǒng)籌使用。該廠煉油老區(qū)結(jié)構(gòu)調(diào)整提質(zhì)升級項目的凝結(jié)水站處理規(guī)模為200 t/h。

1? ? 冷凝水工藝流程設計方案

1.1? ? 凝結(jié)水冷卻緩存設施

各裝置的凝結(jié)水根據(jù)區(qū)域位置，分為三路進入凝結(jié)水站，第一路為POX裝置凝結(jié)水，第二路為煉油新區(qū)內(nèi)新建的渣油加氫、柴油加氫及重整裝置的凝結(jié)水，第三路為煉油老區(qū)內(nèi)新建的PSA、硫磺回收、烷基化裝置的凝結(jié)水。這三路凝結(jié)水在凝結(jié)水站內(nèi)合并為一路之前，每路支管上分別在線檢測進水的含油量、電導率，并設置溫度測量儀表，當該路凝結(jié)水含油量超標或溫度超過90 ℃時，立即切斷該路進水，超標的凝結(jié)水在上游裝置內(nèi)排放或處理[1]。由上游各裝置送至凝結(jié)水站的合格工藝凝結(jié)水溫度為90 ℃，將其溫度降至50 ℃后，再進行后續(xù)處理。為充分利用該部分凝結(jié)水的低溫熱，本次設計選擇用空冷器或換熱器對凝結(jié)水進行冷卻。冬季，凝結(jié)水與除鹽水站的生產(chǎn)水在換熱器內(nèi)進行換熱，將凝結(jié)水冷卻至40 ℃左右;夏季，除鹽水站的生產(chǎn)水不需要加熱，因此凝結(jié)水改為通過6臺空冷器（4用2備）將90 ℃的凝結(jié)水冷卻至50 ℃。空冷器共有6片管束：GP10.5×3-23.4/DR-Via;2臺開式構(gòu)架：GJP10.5×6K-39/2F;4臺風機：G-TF39B6-Vs30;2臺變頻風機：G-ZFS39B6-Vs30。冷卻后的凝結(jié)水進入凝結(jié)水罐，凝結(jié)水罐的有效容積為200 m3，水箱上部設有溢流管、集油槽，下部設有排污管。凝結(jié)水罐設置高低液位報警，并與凝結(jié)水泵低液位聯(lián)鎖停泵。凝結(jié)水罐中的水經(jīng)凝結(jié)水泵（共設置2臺凝結(jié)水泵，1用1備）提升至0.57 MPa后進入凝結(jié)水處理設施，凝結(jié)水泵單臺流量200 t/h，揚程55 m，電機功率75 kW。表面過濾器、精密過濾器反洗所需的除鹽水由除鹽水站內(nèi)的除鹽水罐引出，由反洗水泵（共設置2臺反洗水泵，1用1備）提升至0.52 MPa后進入凝結(jié)水處理設施，為過濾器反洗水提供必要的工作壓力。反洗水泵單臺流量120 t/h，揚程45 m，電機功率37 kW。

1.2? ? 凝結(jié)水處理設施

經(jīng)凝結(jié)水泵提升后的凝結(jié)水首先送入表面冷凝液過濾器。表面冷凝液過濾器是一種新型的凝結(jié)水預處理設備，設備內(nèi)部裝有一定數(shù)量的濾芯，通過濾層的作用可以去除凝結(jié)水中的懸浮物和鐵等雜質(zhì)。表面冷凝液過濾器正常運行中，當正常壓差≥0.10 MPa（初期壓差約為0.02 MPa）或達到設定的周期制水量或達到設定的運行時間時，過濾器失效，需要進行反沖洗。

表面冷凝液過濾器設計參數(shù)：設備規(guī)格DN2 800;設計溫度70 ℃;設計壓力0.75 MPa（G）;運行壓差0.02～0.1 MPa（G）。表面冷凝液過濾器出水進入精密過濾器。精密過濾器（凝結(jié)水專用型）是凝結(jié)水的精處理設備，設備內(nèi)部裝有一定數(shù)量的濾芯，通過濾層的作用可以進一步去除凝結(jié)水中的油和鐵等各種雜質(zhì)。精密過濾器正常運行中，當正常壓差≥0.10 MPa（初期壓差約為0.02 MPa）或達到設定的周期制水量或達到設定的運行時間時，過濾器失效，需要進行反沖洗;反沖洗結(jié)束后，即可繼續(xù)投入運行。以上各單元中所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)由DCS實現(xiàn)全自動操作[2]。上述處理工藝的PID流程圖如圖1所示。

2? ? 自控儀表系統(tǒng)設計方案

2.1? ? 自控儀表系統(tǒng)設計范圍

為新建的凝結(jié)水站配套現(xiàn)場儀表和控制室內(nèi)設備包括如下幾個部分：（1）新增就地溫度計4臺，遠傳溫度計4臺，就地壓力表7塊，遠傳壓力表6臺，遠傳流量計6臺，遠傳液位計1臺，在線電導分析儀4臺，在線水中油分析儀4臺，在線總鐵分析儀1臺，氣動開關(guān)閥11臺，電動調(diào)節(jié)閥4臺。（2）為配套分析儀安裝，新增現(xiàn)場分析小屋1套。（3）新增泵P501A/B、反洗水泵P502A/B、過濾器F501A/B、F502A/B遠程開停功能，并將泵開停狀態(tài)及手/自動信號引入DCS系統(tǒng)。（4）將凝結(jié)水空冷器A501開停狀態(tài)指示引入DCS，空冷后路壓力控制A501A/B變頻調(diào)速風機。

本項目控制回路以單參數(shù)控制為主，控制方案如下：

（1）凝結(jié)水罐V501設置液位調(diào)節(jié)回路。

（2）空冷后路溫度調(diào)節(jié)A501A/B風機變頻調(diào)速。I/O點數(shù)分布情況如表1所列。

2.2? ? 遠傳及就地式儀表選型

（1）溫度測量儀表：就地溫度指示儀表選用雙金屬溫度計，遠傳溫度指示儀表選用鎧裝熱電阻。

（2）壓力測量儀表：就地壓力測量儀表選用不銹鋼壓力表，遠傳壓力測量儀表選用智能壓力（差壓）變送器。

（3）流量測量儀表：遠傳流量測量儀表選用渦街流量計及一體化孔板流量計。5D75C0B2-D069-4725-8631-2297753DD30B

（4）閥門及附件：調(diào)節(jié)閥選用氣動單座調(diào)節(jié)閥，開關(guān)閥選用氣動開關(guān)閘閥，電動閥選用電動調(diào)節(jié)型球閥。

（5）分析儀表：電導在線分析選用在線電導分析儀，水中油在線分析選用水中油在線分析儀。

2.3? ? 儀表供電與接地

供電方面，本項目新增的變送器、調(diào)節(jié)閥、流量計等儀表所需的DC24 V供電由新建機柜間DCS系統(tǒng)提供。分析屋UPS供電（共20 A）及GPS供電由電氣專業(yè)送至分析屋配電箱。電動閥AC380 V、50 Hz、三相供電由電氣專業(yè)提供。

儀表系統(tǒng)各類接地應匯接到總接地板，實現(xiàn)等電位連接。本項目新增電動閥的接地應按電氣專業(yè)的有關(guān)標準規(guī)范和方法進行，并接入低壓配電系統(tǒng)接地網(wǎng)。本次設計新增儀表正常不帶電的金屬外殼、電纜槽盒、電纜保護管等均需保護接地，用接地線連接在附近已接地的金屬構(gòu)件上，但不得接至輸送可燃物質(zhì)的金屬管道;信號回路接地采用一點接地（一般在控制室內(nèi)）的原則。儀表系統(tǒng)的接地電阻不應大于1 Ω。

現(xiàn)場儀表進線均先接防爆撓性連接管，再接防爆隔離密封盒，并用密封膠泥密封，最后接保護管;并要求保護管及撓性連接管低于儀表進線口，以防雨水進入表內(nèi)，滿足儀表防水防爆要求。現(xiàn)場機泵運行狀態(tài)信號、啟停控制信號及手/自動切換信號電纜由電氣專業(yè)引至現(xiàn)場機柜間，所用電纜由電氣專業(yè)開列。電動閥所需供電電纜由電氣專業(yè)送至現(xiàn)場電動閥處。儀表氣源采用凈化風，儀表凈化風壓力最低不小于0.4 MPa，氣動閥氣源由新增儀表風管線引取。

3? ? 供電配電系統(tǒng)優(yōu)化設計

設計范圍：新建凝結(jié)水站的動力、照明、防雷、防靜電及接地的設計。

裝置環(huán)境特征：一般正常環(huán)境，發(fā)生斷電恢復供電后，能較快地恢復正常生產(chǎn)，故新建凝結(jié)水站的用電負荷均為二級負荷。新建凝結(jié)水站內(nèi)用電設備容量總計524.8 kW，計算容量235.76 kW，采用最大容量75 kW的異步電動機，AC380 V供電。

3.1? ? 供配電系統(tǒng)

3.1.1? ? 電源情況

新建站用電負荷的電源均接自新建空壓站內(nèi)變電所的低壓配電室，配電回路均由變電所項目統(tǒng)一考慮，不在本次設計范圍之內(nèi)。變電所的電源能滿足本裝置二級負荷供電的要求。

新建凝結(jié)水站要求變電所提供的配電回路為：16個低壓電動機回路，分別用于冷凝液泵（P-501A/B）、反洗水泵（P-502A/B）、含油污水提升泵（P-503A/B）、表面冷凝液過濾器（FⅠ-501A/B）、精密過濾器（FⅠ-502A/

B）及凝結(jié)水空冷器（A-501A～F），其中冷凝液泵（P-501A/

B）和凝結(jié)水空冷器（A-501A/B）為變頻控制;9個配電回路，分別用于冷凝液泵（P-501A/B）變頻器、凝結(jié)水空冷器（A-501A/B）變頻器、凝結(jié)水電動調(diào)節(jié)閥（MV-505A/

B）、除鹽水電動調(diào)節(jié)閥（MV-507A/B）及儀表分析小屋（FAH-501）;1個UPS配出回路，用于儀表分析屋（FAH-

501）;1個照明配電回路，用于照明配電箱（2AL）。

3.1.2? ? 配電電壓

容量<160 kW的電動機配AC380 V;低壓設備操作電源，如電加熱器及照明電源配AC220 V。

3.1.3? ? 動力配線

新建凝結(jié)水站內(nèi)采用銅芯阻燃電纜配電，配電電纜從新建的空壓站變電所出來后，沿新增的電纜溝敷設到新建凝結(jié)水站區(qū)域內(nèi)，沿電纜溝敷設至用電設備附近，再穿保護管直埋或明配至用電設備。

新建凝結(jié)水站的機泵均采用現(xiàn)場操作柱控制方式，對于37 kW及以上的電動機，在操作柱上設置電流表，部分機泵設儀表DCS聯(lián)鎖開停。將機泵的故障信號引入電氣控制系統(tǒng)內(nèi)。將機泵的運行狀態(tài)信號、聯(lián)鎖信號送入儀表DCS機柜[3]。

3.2? ? 防雷、防靜電、接地要求

新建站的接地以水平接地線為主，局部地方打少量接地極。接地網(wǎng)盡量與建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋相連接，基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋要連接可靠，以降低接地電阻值。站內(nèi)的工作接地、保護接地、防雷接地、防靜電接地采用共用接地網(wǎng)系統(tǒng)，其接地電阻值要求≤4 Ω。

3.3? ? 照明

站內(nèi)設工作照明、照明電源與動力電源共用變壓器，設專用照明柜，柜內(nèi)設雙電源切換，以保證照明電源的供電可靠性。照明采用防水防塵防腐燈具，光源采用高效節(jié)能的LED光源，照明配線采用導線穿保護管沿框架的梁、柱及平臺欄桿等明配，照明燈具在現(xiàn)場照明配電箱上集中控制。

4? ? 結(jié)語

隨著國家對石油煉化企業(yè)的擴容力度不斷加大，原有的冷凝水站和空壓站都已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需求，新建的配套設施不是簡單增加設備臺套數(shù)量，而是需要徹底改進工藝和迭代設備。基于此，本文簡單介紹了該類工程的設計思路和設備類型，可為行業(yè)內(nèi)的類似工程設計和改進提供有效的參考和借鑒。

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[3] 方宏昌，呂志全，蔡軍，等.石化生產(chǎn)裝置中DCS與其他控制系統(tǒng)時鐘同步技術(shù)開發(fā)[J].儀器儀表用戶，2016，23（11）：26-29.

收稿日期：2022-03-19

作者簡介：彭偉男（1996—），男，安徽靈璧人，助理工程師，研究方向：過程裝備及自動化儀表。

通信作者：羅林（1983—），男，安徽渦陽人，副教授，研究方向：可編程控制器與裝備設計。

基金項目：1.安徽省教育廳高校自然科學研究重點項目“基于TIAportal下1214C型PLC在THEMDQ-1型大氣設備中的應用研究”（KJ2020A1025）;2.安徽省級“雙基”課程項目（2020SJJXSFK1608）;3.安徽省教育廳質(zhì)量工程項目“省級特色高水平專業(yè)——機電一體化”（2021tszy040）5D75C0B2-D069-4725-8631-2297753DD30B