一、前言

中控WebField系列控制系統(tǒng)在煉油、石化的典型裝置上得到了廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)煉油和石化行業(yè)市場占有率一直居于領(lǐng)先地位，是國內(nèi)唯一的與中石化建立了MES建設(shè)戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系的DCS廠家。

中控在石化行業(yè)有著完善的裝置解決方案，豐富的工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。目前WebField系列控制系統(tǒng)已在諸如常減壓蒸餾、催化裂化、加氫精制、延遲焦化、溶劑脫瀝青、氣體分離、各類制氫、硫磺回收、PVC、苯酐、苯胺、環(huán)己酮等煉油及石化行業(yè)的各個(gè)主流裝置得到廣泛應(yīng)用，包括中石化、中石油所屬的鎮(zhèn)海煉化、揚(yáng)子石化、茂名石化、齊魯石化、大慶石化等大中型石化企業(yè)中均已采用中控提供的控制系統(tǒng)和解決方案實(shí)現(xiàn)了對煉油及石化生產(chǎn)過程的控制。目前，中控WebField系列控制系統(tǒng)在催化裂化裝置都有成功應(yīng)用的工程案例。

二、工藝流程簡介

催化裂化是在熱裂化工藝上發(fā)展起來的，是提高原油加工深度，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)汽油、柴油最重要的工藝操作。原料主要是原油蒸餾或其他煉油裝置的350~540℃餾分的重質(zhì)油，催化裂化裝置分為三個(gè)主要部分：反應(yīng)再生部分、分餾部分和吸收穩(wěn)定部分，催化裂化所得的產(chǎn)物經(jīng)分餾后可得到氣相油品、汽油、柴油和重質(zhì)餾份油，見圖1所示。

三、催化裂化裝置控制策略

3.1 控制方案

在煉油廠，催化裂化裝置是工藝復(fù)雜、操作難度大的裝置之一。世界上許多國家都把催化裂化工藝作為原油深加工和提高煉廠經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。因此，工藝、設(shè)備、控制等方面有較小的改進(jìn)，都可能會產(chǎn)生很大的效益。

對催化裂化裝置來說最終目標(biāo)一方面是平穩(wěn)操作，另一方面是要求產(chǎn)品分配達(dá)到最優(yōu)。

• 反應(yīng)器溫度控制

反應(yīng)溫度是影響催化裂化裝置產(chǎn)品產(chǎn)率和產(chǎn)品分布的關(guān)鍵參數(shù)，它直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，可以通過調(diào)節(jié)再生催化劑的循環(huán)量來控制。本方案引入提升管溫度TI01與再生滑閥差壓組成低值選擇控制，其中再生滑閥差壓起到超馳控制的作用，以實(shí)現(xiàn)再生滑閥低壓差軟限保護(hù)，防止催化劑倒流，如圖2所示。

1）正常工況時(shí),再生塞閥TV101（風(fēng)開閥FC）上有較高壓差，用于維持催化劑的正常流化，所以再生滑閥差壓PDI105測量值PV總是大于設(shè)定值SV，調(diào)節(jié)器PDICA105設(shè)置為正作用，而且其比例帶P和積分時(shí)間常數(shù)T設(shè)置得都比較小，所以其輸出值較大，正常情況下總是大于溫度調(diào)節(jié)器TICA101的輸出值，低選擇器ORST101一般是選中TICA101的輸出來控制再生塞閥TV101動(dòng)作，達(dá)到溫度控制的目的，當(dāng)提升管溫度TI101降低時(shí)，調(diào)節(jié)器TICA101設(shè)置為反作用，其輸出增大，控制再閥TV101增大開度，加大催化劑循環(huán)量，使溫度升高。

2) 異常情況下, 二個(gè)系統(tǒng)之間壓差減小或當(dāng)再生塞閥TV101開度太大，閥上的壓差就會減小，當(dāng)壓差小于設(shè)定值SV時(shí)，調(diào)節(jié)器PDICA105輸出會迅速減小，當(dāng)它小于溫度TICA101輸出時(shí)就被選中去控制再生塞閥TV101，使閥門開度減小以維持閥門的壓差，以確保油氣催化劑能正常循環(huán)，防止出現(xiàn)倒流造成事故。

這種在不同工況下實(shí)現(xiàn)對再閥TV101控制權(quán)的轉(zhuǎn)換，是本控制方案的核心所在。

• 反應(yīng)沉降器壓力－分餾塔頂壓力控制

反應(yīng)器壓力可以根據(jù)不同工況階段通過選擇開關(guān)控制三個(gè)不同的閥來實(shí)現(xiàn)：

兩器烘爐及流化階段:利用安裝在沉降器頂出口油氣管線上的放空調(diào)節(jié)閥來控制。

反應(yīng)器進(jìn)油前建立汽封至兩器流化升溫階段：由測壓點(diǎn)設(shè)在催化分餾塔頂?shù)膲毫φ{(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)塔頂出口油氣蝶閥的開度來控制兩器壓力。

反應(yīng)器進(jìn)油至啟動(dòng)富氣壓縮機(jī)前階段：通過調(diào)節(jié)氣壓機(jī)入口富氣放火炬小閥的開度來控制，并遙控與放火炬小閥并聯(lián)的大口徑閥以保證進(jìn)油階段反應(yīng)壓力穩(wěn)定。

正常生產(chǎn)階段：富氣壓縮機(jī)投入運(yùn)行后，反應(yīng)器壓力由催化分餾塔頂壓力調(diào)節(jié)器控制汽輪機(jī)調(diào)速器，通過控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速來保正反應(yīng)壓力的穩(wěn)定。同時(shí)防喘振投自動(dòng)，富氣壓縮機(jī)入口壓力調(diào)節(jié)器控制壓縮機(jī)入口富氣放火炬大閥投自動(dòng)。

• 沉降器和再生器之間差壓、再生器壓力控制以及煙機(jī)轉(zhuǎn)速控制

大型催化裝置一般有煙機(jī)，再生器出來的煙氣驅(qū)動(dòng)煙機(jī)同時(shí)回收壓力能量。再生器的壓力控制、再生器與沉降器之間的壓力差維持以及煙機(jī)轉(zhuǎn)速控制顯得尤為重要，也是整個(gè)控制方案的難點(diǎn)。

沉降器和再生器之間差壓由差壓調(diào)節(jié)器控制，它設(shè)置為正作用，當(dāng)反應(yīng)器（沉降器）不正常，壓力下降時(shí)，沉降器與再生器的差壓變小，當(dāng)小于安全給定范圍以下時(shí),差壓調(diào)節(jié)器的輸出很快減?。ㄋ谋壤龓?SPAN lang=EN-US>P和積分時(shí)間常數(shù)T設(shè)置得小），低選器1選中再生器與沉降器的差壓調(diào)節(jié)器的輸出信號，無擾動(dòng)地取代再生器壓力調(diào)節(jié)器的輸出信號。使雙動(dòng)滑閥和高溫蝶閥的開度增加，以降低再生器的壓力，維持沉降器與再生器差壓在給定值范圍內(nèi)。所以這個(gè)沉降器與再生器的差壓信號起到超馳軟限保護(hù)。當(dāng)反應(yīng)器壓力恢復(fù)后,系統(tǒng)又會無擾動(dòng)地自動(dòng)轉(zhuǎn)入再生器壓力控制煙機(jī)入口高溫蝶閥和煙氣雙動(dòng)滑閥。

再生器壓力調(diào)節(jié)器同時(shí)與煙機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器組成超弛(低選)控制回路，實(shí)現(xiàn)煙機(jī)超轉(zhuǎn)速軟限保護(hù)。其控制流程如圖4所示。

• 分餾塔溫度控制

1）為了取走分餾塔過剩熱量而使塔內(nèi)氣、液負(fù)荷分布均勻，在塔的不同位置一般設(shè)有4個(gè)循環(huán)回流：頂循環(huán)回流、一中段回流、二中段回流、和油漿循環(huán)回流,回流流量設(shè)定值調(diào)節(jié)。

2）分餾塔頂溫度控制采用串級控制方案,主回路是分餾塔頂溫度控制，副回路是回流粗汽油（頂循環(huán)回流）流量調(diào)節(jié)；

• 穩(wěn)定塔的控制

1）穩(wěn)定塔提餾段設(shè)靈敏板溫度（含塔頂）溫度控制回路和液化石油氣組分（C5、C2）控制回路，作為液化石油氣質(zhì)量的間接和直接指標(biāo)，塔頂溫度控制與塔頂回流流量設(shè)串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，也可選擇與液化石油氣產(chǎn)品的抽出流量組成串級控制系統(tǒng)。

2）為了將產(chǎn)品抽出量與塔頂回流流量相關(guān)聯(lián)，穩(wěn)定塔頂回流灌液位與頂回流泵入口流量作串級控制系統(tǒng)。

3）穩(wěn)定塔頂壓力控制設(shè)置為典型的熱旁路控制（分程控制）。為了保證熱旁路控制的投用，在不凝氣聚集過多時(shí)，可由不凝氣排放閥排放，使熱旁路控制恢復(fù)正常。

• 主風(fēng)機(jī)防喘振控

引起喘振飛動(dòng)的原因是機(jī)組入口流量低和出口壓力高。主風(fēng)機(jī)防喘振控制由防喘振調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)主風(fēng)機(jī)出口放空閥。在正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)組總是在大于喘振限小于阻塞限的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，放空閥全關(guān)。當(dāng)風(fēng)量達(dá)到防喘振流量限制值時(shí)，自動(dòng)開啟放空閥。以保護(hù)機(jī)組處于安全的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)反應(yīng)器溫度低，主風(fēng)流量低等異常工況時(shí)，ESD必須聯(lián)鎖動(dòng)作，以保護(hù)裝置安全。

3.2 先進(jìn)和優(yōu)化控制

我公司一直致力于FCCU先進(jìn)控制方面的研究與實(shí)踐，并取得了較滿意的效果和業(yè)績。其中已在福建煉油廠年處理140萬噸的催化裂化生產(chǎn)裝置上實(shí)現(xiàn)成功應(yīng)用，所提供的APC軟件，對于催化裂化生產(chǎn)過程的原料性質(zhì)變化和生產(chǎn)負(fù)荷變化都有較強(qiáng)適應(yīng)能力，系統(tǒng)投運(yùn)后，可使整個(gè)生產(chǎn)裝置總輕質(zhì)油收率提高0.5%以上。提高了輕柴油的收率，年創(chuàng)利500多萬元。取得了良好經(jīng)濟(jì)收益和社會效益。

特色控制策略：

★ 建立了催化裂化生產(chǎn)過程反再系統(tǒng)32個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，為多變量預(yù)測控制打下基礎(chǔ)；

★ 給出了催化裂化反應(yīng)熱計(jì)算，催化劑循環(huán)量估計(jì)，再生器燒焦?fàn)顩r觀測，粗氣油干點(diǎn)，輕柴油傾點(diǎn)和產(chǎn)品分布觀測等11個(gè)軟測量模型，解決了重要生產(chǎn)過程狀態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)不可在線測量的困難，同時(shí)為產(chǎn)品質(zhì)量卡邊控制提供條件；

★ 設(shè)計(jì)了汽劑比控制，反應(yīng)器溫度分布控制，反應(yīng)再生系統(tǒng)多變量預(yù)估協(xié)調(diào)控制，輕柴油質(zhì)量卡邊控制和粗汽油干點(diǎn)質(zhì)量卡邊控制等7個(gè)先進(jìn)控制系統(tǒng)，保證生產(chǎn)過程平穩(wěn)操作和產(chǎn)品質(zhì)量卡邊，從而提高整個(gè)裝置的經(jīng)濟(jì)效益；

★ 針對催化裂化反再系統(tǒng)工藝流程復(fù)雜，操作條件要求苛刻，為防止裝置工藝設(shè)備、測量系統(tǒng)等故障狀態(tài)的發(fā)生，開發(fā)出一套基于物料、壓力和能量平衡的智能故障檢測預(yù)報(bào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可迅速、直觀地預(yù)報(bào)裝置的異常狀態(tài)，確保生產(chǎn)過程安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，從而提高輕柴油的收率，年創(chuàng)利500多萬元。同時(shí)，可以降低催化裂化生產(chǎn)過程能源消耗，降低能耗指數(shù)。另一方面，生產(chǎn)過程操作更加安全、平穩(wěn)，防止意外事故的發(fā)生。

新技術(shù)的應(yīng)用，可以進(jìn)一步提高催化裂化生產(chǎn)過程自動(dòng)化應(yīng)用水平、管理水平，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，也可為企業(yè)培養(yǎng)一批使用高新技術(shù)的人才，促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和提高企業(yè)的技術(shù)素質(zhì)。

四、典型業(yè)績

催化裂化是原油二次加工中最重要裝置之一，公司從成立至今，完成的催化裂化項(xiàng)目已有四十余個(gè)，裝置規(guī)模從5萬噸到80萬噸不等，下面是我們部分典型項(xiàng)目：