基于超驰_分程控制的加氢装置反应系统压力复杂控制方案

基于超驰－分程控制的加氢装置反应系统压力复杂控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 逯建权梁官军(兰州石化公司设备维修公司，兰州730060)摘要介绍了加氢装置反应系统压力的控制原理，着重阐述了为控制该工艺指标而确立的超驰－分程控制的复杂控制方案，并描述了DeltaV控制系统实现超驰－分程复杂控制方案的组态工作。关键词超驰－分程控制组态分散控制系统中图分类号TP273文献标识码B文章编号1000-3932(2011)04-0477-05兰州石化公司1．2Mt/a柴油加氢精制装置以催化裂化装置混合柴油为原料，经过加氢反应进行脱硫、脱氮、烯烃饱和生产精制柴油产品。该装置由反应(包括新氢、循环氢联合压缩机)、分馏、干气脱硫、注水和公用 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 5部分组成，采用Del-taVDCS控制，其中反应系统压力是工艺控制的核心指标，控制要求严格，又因其与氢气压缩机有紧密的联系，使其控制方案较为复杂，利用DeltaV丰富的控制运算功能实现超驰－分程控制，完全可以满足加氢装置反应系统压力控制的具体要求。1反应系统工艺流程加氢装置反应系统工艺流程如图1所示，混合原料油来自装置外，经原料泵升压后，在反应进料流量控制下，与循环氢和新氢混合，混合进料进入加热炉加热至反应所需温度，再进入反应器，在催化剂作用下进行脱硫、脱氮、烯烃饱和及芳烃饱和等反应。来自反应器的反应流出物经冷却塔冷却至45℃进入高压分离器，高压分离器对冷却后的反应流出物进行油、气、水三相分离。油相在液位控制下经调节阀减压后进入分馏系统进行后续处理;污水自高压分离器底部排出;气相(氢气)一路经PV8113控制阀去火炬、PSA装置或作为废氢排放，另一路经循环氢聚结器分液后，进入压缩机循环端升压，与压缩机增压端出口新氢混合为循环氢，循环氢与原料油混合作为混合进料。①2反应系统压力控制从工艺流程可以看出，本装置反应系统压力控制是通过控制高压分离器(V1102)顶部压力实现的，而高压分离器(V1102)顶部压力实质是氢气系统的压力，因此，要实现反应系统压力平稳控制，就要考虑如何对系统氢气压力进行平稳控制。图1反应系统工艺流程示意图氢气系统流程简图如图2所示，从图2中可知氢气的两路来源:a．新氢自外界来，经一级脱液罐、一级压缩、二级脱液罐、二级压缩、三级脱液罐、三级压缩，主要补充系统耗氢及保证氢气纯度;b．循环氢从高压分离器来，经循环氢脱液罐、循环端压缩，保证反应系统压力。两路氢气在出口端汇合后，进入原料泵出口与经过加压的原料油混合，作为反应进料维持系统压力。因此，系统氢气在反应系统中构成一个循环，氢气压力始终等于反应系统压力，同样也说明控制系统氢气的压力就是控制反应系统的压力。由于柴油加氢反应要求在一定氢气压下进行，而且氢气参与反应和溶解、泄漏损失等因素，因而系统氢气在逐步消耗。为了维持系统氢压和提供反应所需纯度的氢气，必须补充新鲜氢或同774第4期逯建权等．基于超驰－分程控制的加氢装置反应系统压力复杂控制方案①收稿日期:2010-10-08时排放循环氢气，否则高压加氢反应系统压力势必下降。图2氢气系统流程简图保持系统较高的循环氢纯度，则可保持较高的氢分压，有利于加氢反应、提高产品质量。同时，系统较高的氢纯度可以减少催化剂的结焦，从而使催化剂的失活速率降低。高压分离器(V1102)压力控制另设PRC8113去控制PV8113阀，即放空去火炬，装置压力控制不正常或需要改善系统氢气纯度时经此排放废氢。生产处于正常情况下时，反应系统压力控制即高压分离器(V1102)的压力控制优先，但是当氢气系统压力无法满足往复式压缩机每级间压缩比，可能造成对压缩机损坏时，则要优先考虑保证压缩机的每级压缩比。3反应系统控制方案的确立3．1超驰控制系统的引入超驰控制就是选择性控制，又叫取代控制，核心功能是当生产操作趋向极限条件时，用于控制不安全情况的控制方案将会取代正常情况下工作的控制方案，直到生产操作重新又回到安全范围时，正常情况下工作的控制方案又恢复对生产过程的正常控制。超驰控制的实现需要靠具有选择功能的自动选择器(高值选择器和低值选择器)来完成。3．2超驰控制系统的设计超驰控制系统设计原则:首先依据生产安全要求选择控制阀的开、闭形式;其次根据对象的特性和控制的要求选择控制器规律及正反作用;最后根据控制器的正反作用和超驰控制系统设置的目的，确定选择器的类型。根据上述设计原则，结合加氢装置压力控制系统的具体情况，高压分离器压力控制系统作出如下选择:a．为了防止危险情况下氢气进入反应器，控制阀应选择气开式。这样一旦控制阀失去能源，控制阀就处于关闭状态。b．高压分离器压力是工艺的操作指标，高压分离器压力控制器是正常情况下工作的控制器，由于压力对象的容量滞后较小，因此高压分离器压力控制器选择比例积分控制规律。c．将高压分离器压力控制看做单回路压力控制系统时，若操纵变量(反应系统耗氢)增大，反应系统压力将会下降，故压力对象放大倍数为“负”。因为控制阀已选为气开式，且变送器放大倍数为“正”，所以高压分离器压力控制器必须选择正作用。非正常情况下，往复式压缩机三段入口压力构成单回路压力控制系统。在该系统中操纵变量(氢气流量)增大时，入口压力反应将会上升，故压力对象放大倍数为“正”。依据机组安全需要控制阀选为气关式，且变送器放大倍数为“正”，所以高压分离器压力控制器必须选择正作用。d．由于三段入口压力调节器是非正常情况下工作的控制器，又由于它是正作用，在正常情况下压力高于下限值，其输出为高信号。一旦压力低于下限值，三段入口压力调节器输出迅速跌为低信号，为了保证三段入口压力调节器这时能被选中，选择器必须选低选器，以防止事故发生。同理可以确定一段、二段控制阀开、闭形式，控制器规律及正反作用，选择器的类型。874化工自动化及仪表第38卷3．3分程控制的引入由于高压分离器压力控制、压缩机每段压力控制都需要不同调节器，同时为了完成不同的连续选择控制系统，这就要求调节器输出可以同时控制两只控制阀，考虑采用分程控制系统。分程控制系统是一台控制器的输出可以同时控制两只甚至两只以上的控制阀，具体操作是控制器的输出信号可被分割成若干个信号范围段，而由每一段信号去控制一只控制阀。3．4分程控制系统的设计分程控制系统设置的目的有两种:一是扩大控制阀的可调范围;二是满足某些工艺操作的特殊需求(本文中属于后者)，其主要目的是为了达到顺利实现超驰控制。结合反应系统压力控制的实际需求，对分程控制系统控制阀的开闭形式为:当控制阀PV8116逐渐打开(或逐渐减小)时，另一只控制阀PV8119逐渐关小(或逐渐增大)。控制阀PV8119及控制阀PV8110同理，因此可以确定两只控制阀异向动作。控制阀异向动作如图3所示。图3控制阀异向动作示意图3．5最终的控制方案通过上述控制系统的引入和 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 结合工艺实际情况及控制要求，最终确定具体的控制方案如图4所示。其中PV8110为气开阀，PRC8110为高压分离器压力调节器，选正作用方式;PV8119为气关阀，PRC8119为压缩机二级出口同时也可作为三级入口压力调节器，选正作用方式;PV8116为气关阀，PRC8116为压缩机二级入口同时也可作为一级出口压力调节器，选反作用方式;去火炬阀为气关阀，PRC8115为紧急泄放阀和压缩机一级入口压力控制器选正作用方式。图4氢气压力控制方案简图4控制方案分析4．1超驰控制系统在正常情况下，往复式压缩机能够保证每级压缩比，不会对压缩机造成损坏(即三段入口压力高于给定值)，压缩机三段入口压力调节器PRC8119(以PRC8119调节器和PRC8110调节器为例)感受到的是正偏差，因此它的输出呈现为高信号(因其作用方式为正作用)。而与此同时高压分离器(V1102)压力调节器PRC8110的输出信号相对来说则呈现为低信号。这样，低选器将选中PRC8110的输出送往控制阀，构成高压分离器压力控制系统(图5)。图5高压分离器与压缩机三段入口压力选择性控制系统方块图非正常情况下，也就是当往复式压缩机三段入口压力低于给定值时，压缩机三段入口压力调974第4期逯建权等．基于超驰－分程控制的加氢装置反应系统压力复杂控制方案节器PRC8119感受到的是负偏差，由于它是正作用，因此它的输出将一下跌为低信号。于是低选器就改选PRC8119的输出送往控制阀，构成压缩机级间比控制系统，从而保证了往复式压缩机三段压缩比，达到防止损坏压缩机的控制目的。待往复式压缩机三段入口压力高于给定值时，PRC8119的输出又迅速上升为高信号(因其为正作用)，而高压分离器(V1102)压力调节器PRC8110的输出信号相对来说则呈现为低信号。低选器重新选中PRC8110的输出送往控制阀，构成高压分离器压力控制系统。4．2超驰－分程复杂控制系统往复式压缩机有三段压缩，下面就各段压力控制加以分析，说明系统各段压力递推关系及超驰－分程复杂控制系统的工作过程。当高分压力(PT8110)下降时，输出趋近0%，经转换(反向)趋近于100%(此时PT8119正常，输出大于0%～50%，转换后大于100%)，三段出口返回阀PV8110开度减小，补充氢压缩机氢量少，给高分补氢量多。此时，三段入口分液罐未得到三段出口返回量的补充，V1121压力(PT8119)下降，其容器上的压力调节器PIC8119为正作用，如果其输出在0%～50%，转换后在0%～100%范围，经转换进入低值选择器LSS8110。当三段入口分液罐V1121压力很低时，如果PIC8119输出在0%～50%范围(由50%趋近于0%)，转换后0%～100%去低值选择器(LSS8110)的值趋近0%，PIC8119会被低值选择器(LSS8110)选上(此时高分压力PT8110正常，PIC8110转换后输出大于PIC8119转换后的输出)。因此，由PIC8119控制返回阀PV8110，以保证压缩机三级出口能达到进入系统的压力。选择器起着软限保护功能，使被控参数不会超过极限。根据往复式压缩机性能，则二段入口压力PT8116也低，由PIC8119和PIC8116通过低值选择器LSS8119调节二段入口压力(调节过程与三段入口压力调节过程相同)。一段入口压力PT8115也低，由PIC8116和PIC8115通过低值选择器LSS8116调节一段入口压力(调节过程与三段、二段入口压力调节基本过程相同)。即一段入口分液罐V1106压力PT8115低，则反回补充氢气量自动加大。当高分压力异常上升，PIC8110的输出在70%～100%范围时，用PIC8113控制PV8113阀或手动调节HIC8103放空去火炬(该装置操作不正常时才会出现此种情况)。如果一段入口分液罐(V1106)压力PT8115持续上升(进装置氢气压力波动)，PIC8115为正作用，输出上升到50%～100%范围，经过切换开关打开氢气阀PV8115A/B出装置或开大燃料气阀，因而进入V1106氢气量自动减少，一段入口分液罐(V1106)压力下降。对于每个调节器的输出，调节阀在一定时间内动作如图6所示。图6在一定时间内调节阀的输出曲线5用DeltaV控制系统实现加氢装置反应系统压力控制DeltaV分散控制系统因其在创建过程控制系统时，系统比较容易设置、操作、协调，并且安全，同时控制系统具有丰富的运算控制功能，组态十分方便，获得了广泛的应用。因而选用DeltaV控制系统来实现加氢装置反应系统压力超驰－分程控制。控制策略(以PRC8119为例)如图7所示，高压分离器压力信号经模拟量输入模块AI1到PID模块进行运算，PID输出值送至分程模块SPLTR，分程模块SPLTR将信号分为两段:一路通过选择模块SGSL2返回到程模块SPLTRBK-CAL-IN1防止积分饱和;另一路与PRC8119调节器的输出进入选择模块，进行低值选择，被选值进入模拟量输出模块AO驱动控制阀。(下转第484页)084化工自动化及仪表第38卷图5BHVAC结构示意图4结束语独山子石化1Mt乙烯工程中通过优化设计分析小屋系统，为在线色谱仪建立了一个良好的环境，对于降低仪表故障率，提高现场维护效率奠定了基础。(上接第480页)图7控制策略图6结束语超驰－分程控制系统在兰州石化公司1．2Mt/a柴油加氢精制装置的应用，很好地解决了加氢装置反应系统压力控制难的问题，该控制系统在加氢装置中具有普遍性。另外，运算控制功能强大的DeltaV控制系统，为实现超驰－分程控制系统提供了方便，并且保证了加氢装置反应系统压力控制。484化工自动化及仪表第38卷