第9章自动控制及安全联锁.doc

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第9章自动控制及安全联锁

第9章自动控制及安全联锁

9.1概述

加氢裂化是重质油品轻质化的重要手段之一，尽管加氢裂化装置投资较大，操作费用较高，但它具有产品结构灵活、产品产率高、质量好、对市场需求应变能力强等优点而发展较快。

工艺流程随原料性质、产品质量、产品收率、催化剂性质、操作条件等不同而变化，特别是近年来，随着含硫原油的加工、产品质量要求的提高、装置设备需要最大限度获取某一种或某几种产品、装置操作需要某一种或某几种产品的最大收率，这些要求使加氢裂化装置工艺流程设计呈现多元化趋势，已由过去单纯的反应、分馏两部分扩展为反应（包括循环氢脱硫、膜分离及PSA氢提纯）、分馏、轻烃回收、气体和液化石油气脱硫、液化石油气分馏、溶剂再生、酸性水汽提等多个部分，流程也越来越复杂。

自动控制及安全产联锁方案随工艺流程、操作条件的不同而变化。

9.2自动控制

（1）加氢裂化装置自动控制系统特点

加氢裂化装置处于高温、高压、临氢、易燃、易爆、有毒介质操作环境，自动控制系统的设计具有以下特点：

①反应过程的热效应有时使反应温度过高，如不及时排除反应热，将会使催化剂床层温度失去控制，造成“飞温”事故。

因此，人们对加氢裂化装置反应温度的控制给予了严格要求。

②工艺物流中的氢气具有强爆炸危险性和穿透性，因此，为了满足反应所需要的氢分压，又要防止装置超压，应有效控制补充氢气的流量和高压分离器的压力。

③脱硫反应产生的H2S为有毒气体，而H2S又存在于装置的设备和管道中，因此，应对含硫污水、低压分离器气体、汽提塔顶气、气体脱硫塔、液化气脱硫塔、再后塔顶气进行有效控制，防止泄漏。

④高压串低压可能引起低压系统爆炸。

因此，应对高压分离器、循环氢脱硫塔、高压缓冲罐、压缩机分液罐等高压设备的液位、界位进行准确有计量和检测，实现有效控制。

⑤作为炼油装置中爆炸和火灾危险性最高的甲类装置，应有紧急情况的预案处理措施：

新氢压缩机故障预案处理、循环氢压缩机故障预案处理、原料油泵故障预案处理、反应床层温度“飞温”故障预案处理、高压设备的液位过高、过低故障预案处理、火灾故障预案处理及其他事故预案处理等。

⑥紧急泄压系统是高压装置的特殊要求，应独立于DCS之外。

⑦先进控制系统指最大限度地提高目的产品的质量和收率，优化操作，减少催化剂失活，提高装置运转周期，减少燃料、动力消耗、降低装置能耗，优化操作参数，提高装置处理能力等内容。

⑧理想的加氢裂化装置自动控制系统的设计应能够根据原料氮含量变化调整反应温度，防止分子筛催化剂中毒，不同产品质量的要求，自动调整反应温度，不同产品方案的变化，自动调整操作参数，燃料气组成，分子量的变化计算燃料热值，自动调节燃料气的流量，稳定加热炉出口温度等。

（2）加氢裂化装置对自动控制系统的要求

①操作方便：

现代化加氢裂化装置以分散控制系统（Distrubutedcomtrolsystem，DCS）为主要的监控手段。

装置开停工、正常运行、再生、紧急停车（机泵或单元操作）等几乎所有的操作均可在控制室内完成。

只需拨动DCS的键盘、操作台上的开关、按钮即可。

如流量控制，欲增加流量，只要从画面上调出该流量调节器，按调节器给定值增加键使增加流量达到新的要求值，此值与测量值比较，经调节器运算则使输出值变化，经电信号传输线到就地流量调节阀上，使其阀开度加大，流量上升达到所要求的数值。

同样可在室内开、关自动阀门或切断阀门。

危急时刻也在室内启动快速泄压阀泄压，以保证装置安全。

②安全可靠：

只有控制方案的合理，有效，可靠和可操作，才能实现制定系统的安全。

另外，控制系统的可靠性对装置安全、长周期、高效等至关重要。

不仅如此，还要将操作和控制分离，即：

用分散控制系统（DCS）完成监控功能、紧急停车/安全联锁系统（ESD/SIS）用于发生事故（包括DCS故障）时，能够安全、迅速地使装置泄压，实现DCS与ESD/SIS的相互独立和相辅相成。

控制系统的可靠性包括检测的可靠性和控制可靠性。

a检测的可靠性：

加氢裂化装置由于高压分离器、循环氢压缩机入口缓冲罐的假液位、高压原料油泵出口的假流量指示等，已造成过多起停工和事故。

b控制方案的可靠性：

单一信号引发的误动作经常发生，对加氢裂化装置重要的流量、液位等信号应采用“3取2”表决式，即3个信号去安全联锁系统，只有2个信号异常（超高或超低）后，才能启动安全联锁系统。

③足够的信息量：

控制系统能提供完整、充分的信息给操作人员，使其明了目前装置所处的状态：

正常、不正常或接近于约束条件。

由于DCS的开放性，能与全厂管理网络通讯，接受工厂调度所给的指令，也能通讯联络各独立单元，如接受压缩机所给出信息：

轴振动、位移和轴承温度等等以显示压缩机的状态。

具有丰富的流程图画面显示：

温度、压力、流量、液位和物流分析，控制回路的测量值、给定值；各监视点测量值；调节器自动、手动、阀门开关、泵开停和报警等状态，以及操作提示等等。

操作人员能全面地掌握装置的情况，确定正确的操作，以保证装置能平稳运行。

加氢裂化装置工艺过程不容易实现本质安全性，当操作条件偏离设计值时，往往会造成危险局面，需要将安全“设计进去”，主要是通过自动控制系统来实现，即依靠安全联锁系统、安全泄压系统等安全保护设施来实现，只有采取了这些有效的安全手段和措施，才能降低事故发生的概率，把事故损失降到最小。

因此，自动控制方案的合理性、有效性、可靠性和可操作性，直接影响装置的安全性，节能降耗和效益的发挥。

9.2.1压力监测与控制

1.典型的压力控制

加氢裂化装置典型压力控制方案主要有：

简单压力控制、压力分程调节控制、压力-自动选择控制、变频调速控制几种形式，压力作为副参数可与温度串级控制等。

①简单压力控制

应用较多的一种压力控制形式，如：

高压分离器顶压力控制排废氢量，低压分离器顶压力控制低分气排放量，新氢压缩机入口压力控制三返一（两级压缩时控制二返一）调节阀、提塔顶夺力控制排酸性气，减压分馏塔真空度靠水封罐顶不凝气返回控制等。

②压力分程调节控制

压力分程调节控制主要用于正常操作不产生气体或不正常时产生气体的设备。

如：

原料油缓冲罐、注水罐、分馏塔顶回流罐和冲洗油罐等设备。

③压力-转速串级控制

压力-转速串级控制主要用于加氢裂化装置循环氢压缩机的控制。

对于蒸汽透平驱动的离心式循环氢压缩机，压缩机出口压力在高压分离器压力稳定的情况下，由系统差压决定。

循环氢压缩机要适应生产方案变化、运转初期和运转末期气体组成的变化、气密阶段新氢的循环、催化剂硫化工况、催化剂再生工况等阶段的考验，不同阶段压缩机出口压力不同。

④压力递推自平衡控制

主要指加氢裂化装置新氢压缩机的级间返回控制，对于三级压缩的新氢压缩机其压力控制可采用：

a、三级出口直接返回一级入口的大返回控制方案。

b、三级出口返回三级入口、二级出口返回二级入口、一级出口返回一级入口的逐级返回控制方案。

⑤压力分程-自动选择控制

主要用于加氢裂化装置高压分离器与新氢压缩机系统的联合控制。

加氢裂化装置是一个耗氢装置，反应需要在一定的压力和氢气条件下进行，反应系统压力的维持，通过稳定高压分离器的压力控制。

新氢气的供给，由新氢压缩机提供。

新氢压缩机由于压缩比较大，一般采用多级往复式压缩，将高压分离器与多级压缩的新氢压缩机系统联合控制，同时控制了反应系统压力和反应的深度，实现了反应部分的稳定操作。

2.加氢进料缓冲罐的压力分程控制

加氢进料缓冲罐的位置见图9-2-1-1，缓冲罐的下部为原料油，上部空间充氮气，当原料油进入罐内时，液位上升；原料油被泵抽出时，液位下降。

正常操作时液位在一定范围内波动，液位上升时上部气体去火炬，液位下降时则向上部空间补充氮气，保证缓冲罐一直为正压，不让空气进入缓冲罐。

为此，缓冲罐设置了压力控制PIC-l01。

PIC-l01的取压点在缓冲罐（V-1）顶或罐顶与切断阀连接的管道上。

而调节器输出至两个调节阀：

PV-l01A（阀开时向罐补充氮气）、PV-l0lB（阀开时罐内的气体排至火炬）如图9-2-1-2所示。

调节器的输出分为两部分：

0％-50％和50％-100％，分别作用于PV-l01A和PV-l01B，这种方式称为分程控制。

两个调节阀选用气开式阀（FC），当净化压缩空气（仪表风）故障（即停风）时，两个阀门都处于关闭状态，以便保持缓冲罐内的压力，减少恢复正常操作的时间以及氮气的损失。

当PIC-l01输出为0％时，PV-l01A阀全开，而PV-l01B处于全关；当PIC-l01输出为50％时PV-l01A阀与PV-l01B都处于全关；当PIC-l01输出为100％时，PV-l01A阀全关，而PV-l01B处于全开。

分程控制在石油化工装置得到广泛应用，它与简单控制不同之处在于一个调节器的输出控制两个或多个调节阀，而每个调节阀在不同的输出范围内工作。

两个阀工作范围在某种情况下允许交叉，但在此处进料缓冲罐压力控制不能采用，因为这样会增加氮气耗量。

3.反应系统压力控制

由于反应耗氢、溶解、泄漏损失等因素，需要及时补充氢气。

如不补充氢气，势必反应系统压力下降。

循环氢压缩机出口的氢气，一部分作为反应器急冷氢控制温度，另一部分与补充氢气混合后，经与反应器流出物换热升温后进入循环氢加热炉。

原料油经进料泵升压后与反应器流出物换热升温，与循环氢加热炉加热后的氢气混合进入加氢精制、加氢裂化反应器，生成的反应产物及未反应物（反应器流出物），经高压换热器换热、冷却降温后进人高压分离器。

无论何种工艺流程，只须高压分离器顶或循环氢压缩机人口设置一套压力控制，即可控制反应系统的压力。

（1）高压分离器压力控制

加氢裂化每吨原料耗氢一般为200Nm3～400Nm3。

1.5Mt/a加氢裂化装置每小时须补充氢气约40000Nm3～60000Nm3。

由于从制氢装置或其他产氢装置来的氢气压力一般只有1～3MPa，因此要经过压缩机升压后才能进入反应系统。

往复式压缩机具有低排量、高出口压力的特点，适合于加氢裂化补充氢压缩机的工艺要求，一般补充氢压缩机都采用往复式。

a）通常高压分离器的压力控制往往与补充氢压缩机压力控制系统联系在一起，其目的是自动补氢，以平衡加氢裂化的氢耗，稳定反应系统的压力。

见图9-2-1-3所示。

当高压分离器压力下降时，其容器上的压力输出信号给PV-101，使PV-101阀开度减小，返回氢量减少，则去高分的氢气量增多，促使高分压力上升；当高分压力上升时，其容器上的压力输出信号给PV-101，使PV-101阀开度增加，返回氢量也增加，去高分的氢气量减小，从而使高压分离器压力达到给定值。

b）压力递推自平衡控制的意义：

压缩机出口压力控制的需要：

当压缩机出口压力高时，从三级出口逐级返回一级入口，由于三级出口流量减少，新氢入反应系统的流量减少，高压分离器压力降低，压缩机出口压力降低。

当压缩机出口压力低时，关闭或级出口逐级返回一级入口的流量，三级出口流量增加，新氢入反应系统的流量增大，高压分离器压力提高，压缩机出口压力升高。

当然，压缩机出口压力的高低，都是以控制装置平衡为目的。

压缩机动力平衡的需要：

多级压缩的往复式新氢压缩机一般采用卧式对称平衡型，从动力平衡的角度选择偶数列布置，最佳的设计方案为各列往复部分的质量相等，每段都有氢气的返回，因此每段的压缩比都等于或接近设计值，从而减少往复及旋转质量惯性力的影响，保证机器长周期稳定运行。

4.压差测量

①反应器压差测量

固定床加氢裂化装置反应器压差大小直接影响循环氢压缩机的差压，从而影响中压蒸汽的消耗，反应器压差大小也直接影响装置的长周期运行。

压差测量的防凝、防堵措施：

a、正负取压点分别从反应器入、出口管线顶部接管，中间床层的接管在反应器冷氢管顶部，出、入口接管根部用循环氢吹扫，吹扫点靠近差压变送器的正负压室，正负反吹循环氢的流量采用气动高压内藏孔板差压流量变送器计量指示，方便调整。

b、正负取压点分别从反应器入、出口管线顶部接短管，引压线分别