摘要：以鎮海煉化延遲焦化裝置為背景，通過(guò)對延遲焦化裝置中焦炭塔的給水冷焦操作分析，設計了延遲焦化裝置給水操作的先進(jìn)控制系統。工業(yè)實(shí)際應用表明：先進(jìn)控制系統投運后，縮短了給水冷焦時(shí)間，降低操作強度，并明顯改善給水操作的平穩性、提高過(guò)程控制精度。

   關(guān)鍵詞：延遲焦化；自動(dòng)給水冷焦；先進(jìn)控制

   1 前言

   延遲焦化裝置廣泛用于重質(zhì)渣油的加工，作為一種間歇式反應的熱裂化工藝，焦化裝置中加熱爐及焦炭塔構成了焦化反應的核心。焦炭塔的周期性操作包括試壓預熱、反應生焦、蒸汽冷焦、給水冷焦、水力除焦等操作步驟。給水冷焦操作的關(guān)鍵是給水流量的控制。給水流量的上限約束是進(jìn)給水受熱汽化后的蒸汽壓，該蒸汽壓不能超過(guò)塔頂的許可操作壓力，否則塔體應力會(huì )超出安全范圍； 給水流量的下限約束是進(jìn)給水經(jīng)過(guò)炙熱的焦炭層到達塔壁時(shí)其水溫應能達到規定的汽化溫度，否則大量的焦炭熱量就會(huì )在進(jìn)給水到達塔壁前被汽化蒸汽從塔頂帶走。因此給水冷焦操作的約束較為苛刻，現有的給水冷焦操作由人工完成，導致給水冷焦操作的強度大，精度低。

   本文采用先進(jìn)控制策略，在滿(mǎn)足給水冷焦操作約束的前提下，縮短給水冷焦時(shí)間、降低操作強度，取得了明顯的效果。

   2 常規控制分析

   延遲焦化裝置原有的給水冷焦人工操作存在著(zhù)以下問(wèn)題：

   （1）大多數操作人員在給水操作時(shí)，往往會(huì )對給水量進(jìn)行大幅度調節，這樣不僅影響到給水泵的長(cháng)周期運行，而且會(huì )引起焦碳塔的晃動(dòng)。

   （2）在當前國內延遲焦化裝置普遍縮短生焦周期等背景下，能否在焦炭塔切換過(guò)程中及時(shí)完成給水操作，直接影響到整個(gè)生焦周期按時(shí)完成與否。如果給水不及時(shí)，冷焦過(guò)程的節點(diǎn)不能按時(shí)完成，就失去了縮短生焦周期的意義。
 
   （3）操作人員需要花大量的時(shí)間（16小時(shí)左右）在給水操作上，嚴重影響到對裝置平穩性和產(chǎn)品產(chǎn)、質(zhì)量的關(guān)注，常常顧此失彼。

   3 給水冷焦過(guò)程先進(jìn)控制策略

   焦炭塔給水冷焦先進(jìn)控制策略包括了程序、手動(dòng)兩種模式。兩種模式可以無(wú)擾動(dòng)切換，當由“程序”改“手動(dòng)”時(shí)，給水控制閥的閥位不變。具體實(shí)施步驟如下：

   （1）選塔。選擇將要進(jìn)行給水冷焦操作的焦炭塔。

   （2）通過(guò)塔底溫度判斷選擇是否正確。如果選擇的焦炭塔塔底溫度小于60℃，選擇正確，繼續執行；否則提示出錯，重新進(jìn)行選塔操作。

   （3）根據給水冷焦塔的焦炭塔塔頂壓力，進(jìn)行給水冷焦操作。用計時(shí)器，根據塔頂壓力所處的區間，定時(shí)逐步增加給水流量，完成自動(dòng)給水過(guò)程。壓力區間與對應的流量增加值，及流量增加后應保持的時(shí)間如表1所示。

   其中，壓力變化趨勢判斷優(yōu)先于時(shí)間的判斷。當10分鐘的壓差大于0.05MPa，給水控制閥的設定值流量下降10 t/h，當10分鐘壓差小于0.05MPa，則給水控制閥不作任何調整。

   （1）在投用期間，可以修改給水流量的設定值，自動(dòng)給水操作，會(huì )參照修改后的設定值執行。

   （2）當給水流量大于180t/h后，直接設定給水流量的設定值為250t/h。程序終止。

   （3）當給水塔的第三點(diǎn)中子料位計大于60%，提示“應該采取溢流操作”。

   （ 4 ） 當出現如下異常情況時(shí)， 會(huì )自動(dòng)終止給水程序的執行：

   ①程序設定壓力保護限值。當壓力高于0.23MP，給水流量回路由自動(dòng)模式變?yōu)槭謩?dòng)模式，給水流量回路閥位開(kāi)度變?yōu)?0%，并提示操作人員根據實(shí)際情況對給水操作進(jìn)行后續處理。

   ②在給水困難時(shí)，如給水流量小于20t/h，給水流量回路切回“手動(dòng)”模式，保持原有閥位，并提示操作人員待過(guò)程平穩后重新運行給水操作程序。

   4 給水冷焦操作先進(jìn)控制系統的實(shí)施

   焦炭塔給水冷焦先進(jìn)控制系統在DCS平臺中實(shí)施，具體操作畫(huà)面如表2所示。

   投用方法：在“自動(dòng)給水控制”畫(huà)面中，先在對應的焦炭塔一欄雙擊“選塔”，再點(diǎn)擊表格上方“投用”按鈕（每次投用必須按次序點(diǎn)擊二個(gè)按鈕）。程序執行后，“選塔”由綠色變?yōu)榧t色。如果選塔錯誤，出現報警，“選塔”字體顏色不變。重新選塔。

   停止方法：在相應的焦炭塔一欄雙擊“切出”按鈕，終止程序的執行。
  
   5 應用效果

   取原料性質(zhì)相近，焦炭塔焦高接近的人工控制2010年6月29日（18:37~23:37）給水操作與先進(jìn)控制2010年7月11日（18:33~23:37）給水操作進(jìn)行先進(jìn)控制應用效果的對比。
          
                  
                                           圖1    給水流量的對比

   （1）給水流量的變化HHH人工控制與先進(jìn)控制下給水流量的變化如圖1所示。圖中，人工控制給水操作，冷焦水流量明顯的分為30t/h、50t/h、30t/h和200t/h四個(gè)臺階。流量之間階躍變化大。先進(jìn)控制給水操作給水流量變化連續，水量迅速增加到200t/h的大流量，進(jìn)行泡焦式冷焦。

   （2）對焦炭塔溫度變化的影響

   圖2~圖4分別給出了給水操作人工控制與先進(jìn)控制下焦炭塔16米、20米和24米等各點(diǎn)溫度變化情況。焦炭塔各點(diǎn)溫度在人工控制給水操作下，接近階躍式的變化。在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，溫度幾乎是直線(xiàn)下降，而先進(jìn)控制給水操作下，焦炭層和泡沫層基本上勻速下降。在油氣層（在冷焦狀態(tài)下為空塔）先勻速下降，當水到達熱電偶位置時(shí)，出現一個(gè)階躍式下降。溫度均勻變化，更有利防止焦炭塔糖葫蘆式變形，有助于焦炭塔的長(cháng)周期安全生產(chǎn)。

   6 結論

   人工控制焦炭塔給水閥門(mén)對焦炭進(jìn)行冷卻，雖然作業(yè)環(huán)節簡(jiǎn)單，但是步驟繁瑣，操作頻繁，給水量控制不好，容易造成焦炭塔超壓，影響安全生產(chǎn)。為此，操作人員在給水冷焦作業(yè)上花費的時(shí)間和精力較多。據測算，一天24小時(shí)內，操作人員花費在給水冷焦作業(yè)的時(shí)間總共達到了16小時(shí)。

   將給水冷焦作業(yè)實(shí)現先進(jìn)控制操作，平穩裝置運行，收效良好。具體體現在以下幾個(gè)方面：
        
                  
                                 圖2    焦炭塔16米溫度變化  

                   
                              圖3     焦炭塔20米溫度變化
 
                    
                                圖4   焦炭塔24米溫度變化

   （1）實(shí)現平穩給水。程序每隔10分鐘判斷一次冷焦塔頂壓力，并根據壓力情況按照一定的速度提升給水流量，避免給水量的大幅波動(dòng)。

   （2）促進(jìn)工況優(yōu)化。與原先人工給水模式下的工況相比，焦炭塔冷焦時(shí)壓力下降50％以上，焦炭塔溫度的變化從階躍式下降變?yōu)閯蛩傧陆?，有助于焦炭塔的長(cháng)周期安全生產(chǎn)。

   （3）提高焦炭塔安穩長(cháng)運行水平。程序設置了焦炭塔壓力高保護、給水流量低報警和保護等各種自動(dòng)安全保護，有利于突發(fā)情況的處理。

   （4）取代了人工給水操作。節約16工時(shí)/天作業(yè)量，加強操作人員對整個(gè)裝置系統的精細調節力度，提高了生產(chǎn)效率。

   參考文獻

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   傅鋼強（1977-）

   浙江磐安人，碩士，畢業(yè)于華東理工大學(xué)化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)。1999年7月至今在中國石化鎮海煉化分公司工作，歷任操作工、工藝員、工藝技術(shù)主辦，現任煉油二部副總工程師、安全副總監。主要從事延遲焦化裝置技術(shù)管理工作。  

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第一期