丁延彬（大慶石化公司煉油廠）

復雜控制技術在酸性水汽提裝置的工業(yè)應用

丁延彬（大慶石化公司煉油廠）

如何保障汽提塔的平穩(wěn)運行，直接決定硫磺裝置的安全運行和污水廠的達標排放?，F(xiàn)階段汽提塔運行受全廠0.8 MPa蒸汽管網(wǎng)壓力、溫度影響較大，汽提塔塔底溫度控制閥一直都不能自動控制，導致裝置運行平穩(wěn)率、自動化投用率不高。通過對生產(chǎn)運行實際情況進行論證、方案制定、系統(tǒng)開發(fā)、項目實施，成功解決了大慶石化公司煉油廠酸性水汽提裝置平穩(wěn)率、自動化投用率低的問題，凈化水合格率明顯提高，汽提裝置能耗減小，降低了操作人員的勞動強度，并且減少了對龍鳳地區(qū)乃至大慶地區(qū)的環(huán)境污染，社會效益顯著。

汽提塔 復雜控制 酸性水汽提 平穩(wěn)率

大慶石化公司煉油廠72×104t/a酸性水汽提裝置是煉油廠140×104t/a重油催化裝置的配套裝置，于2000年5月建成投產(chǎn)。為了提高酸性水汽提裝置運行平穩(wěn)率、降低操作人員勞動強度、達到節(jié)能降耗的目的，北京信廣華科技有限公司針對大慶石化公司煉油廠硫磺回收車間的生產(chǎn)運行實際情況進行了項目論證、方案設計、系統(tǒng)開發(fā)、項目實施工作。2009年5月8日，該套技術應用于生產(chǎn)。

1 工藝流程簡述

各裝置來的含硫酸性水進入原料脫氣罐，在此酸性水中的輕油氣脫出，脫出的輕油氣排至焚燒爐，脫氣后的酸性水進入原料水罐進行沉降脫油，脫出的污油排至污油罐，經(jīng)污油泵送出裝置或在裝置內(nèi)裝車。

除油后的原料水由原料水泵抽出，分為冷熱兩路。一路先經(jīng)分凝液換熱器、凈化水三次換熱器、側(cè)線二次換熱器、凈化水二次換熱器、側(cè)線一次換熱器、凈化水一次換熱器后換熱至153℃左右，使硫化氫和氨都以游離態(tài)的分子存在于熱料中，進入汽提塔第44層作為熱進料。另一路經(jīng)原料水冷卻器冷卻后作為冷進料從塔頂進入，塔內(nèi)由下而上的氣體與塔頂噴入的冷進料，在塔頂端的精餾段進行傳質(zhì)傳熱，硫化氫從塔分離出來，經(jīng)酸性氣脫液罐分液后去硫磺回收裝置，脫除的液體返回原料罐。

含有大量氨的液相沿塔盤向下溢流，與塔底上升氣相進行傳質(zhì)傳熱，反復汽提后在塔內(nèi)形成氨的密集區(qū)，富氨氣從此抽出，側(cè)線抽出的氨含有水汽及少量硫化氫，經(jīng)由側(cè)線一次換熱器冷凝冷卻至125～150℃，進入一級分凝器高溫分水，分凝后的氣相經(jīng)側(cè)線二次換熱器冷卻至90～120℃，進入二級分凝器，分凝后的氣相經(jīng)循環(huán)水冷卻器冷卻至50℃以下，進入三級分凝器，氣相進入結(jié)晶吸附部分。一、二級凝液匯合，經(jīng)與原料水換熱后，與三級分凝液匯合，返回原料罐。

塔底以0.8 MPa蒸汽作熱源，用再沸器加熱，產(chǎn)生的凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水定位罐至回收系統(tǒng)回收利用。凈化水在塔下段再經(jīng)高溫汽提后由塔底排出，與凈化水換熱器換熱后，再經(jīng)過空冷器和凈化水后冷器冷卻至40℃左右，出裝置去各裝置回用，剩余排入污水處理場。

由三級分凝器頂出來的氨氣進入結(jié)晶器，溫度控制在-2～-10℃，氨氣中的硫化氫部分結(jié)晶為硫氫化銨脫除，進入吸附器底部，在脫硫劑的作用下進一步脫掉硫化氫，進入氨氣分液罐進行分液。分液后的氨氣經(jīng)氨氣過濾器過濾后，進入氨壓機壓縮，壓縮后氨氣進入氨油分離器分油，再進入氨氣脫硫罐。脫硫后的氨氣一部分經(jīng)空冷器冷卻后氣氨去一重催車間，一部分經(jīng)冷卻器冷卻后為液氨進入液氨儲罐。

2 裝置運行存在的問題

汽提塔平穩(wěn)運行、凈化水合格的最重要條件是塔內(nèi)兩個密集區(qū)的位置，即側(cè)線富氨氣密集區(qū)和塔頂硫化氫密集區(qū)。這兩個密集區(qū)的位置受很多因素影響，主要因素是汽提塔塔底溫度，該溫度受全廠0.8 MPa蒸汽管網(wǎng)壓力、溫度影響較大，汽提塔塔底溫度控制閥一直都不能自動控制；次要因素是冷進料流量及溫度、熱進料流量及溫度、塔頂酸性氣抽出流量、側(cè)線氣抽出流量等，所以汽提塔即使正常生產(chǎn)操作難度也很大。

如果氨密集區(qū)上移，塔頂酸性氣含氨量增加，酸性氣管線、控制閥門會產(chǎn)生銨鹽結(jié)晶，造成管線阻塞，影響汽提塔的平穩(wěn)操作和凈化水合格率，同時含氨的酸性氣也會影響硫磺制硫爐的平穩(wěn)操作，二氧化硫在氨的氧化物的催化作用下遇水可生成硫酸，嚴重腐蝕設備，并使氧化鋁催化劑硫酸鹽化，使反應器內(nèi)催化劑活性降低，影響硫磺的產(chǎn)量。

如果硫化氫密集區(qū)下移，塔側(cè)線氣中硫化氫的含量增加，會在側(cè)線管線、閥門處產(chǎn)生銨鹽結(jié)晶、阻塞，造成塔壓、側(cè)線壓力升高，側(cè)線抽出量減?。凰诇囟绕鸵院螅c原料水換熱的熱量下降，熱進料溫度下降，會造成塔內(nèi)熱平衡的惡性循環(huán)，熱進料中的氨和硫化氫從水中分離得不好，造成塔底排出的凈化水濃度超標，水質(zhì)不合格，嚴重影響污水處理場的處理效果及上游裝置凈化水的回用。

3 系統(tǒng)控制方案

3.1 總體思路

應用SMART構(gòu)成酸性水汽提裝置塔底溫度復雜控制器和塔頂抽出控制器。

利用DCS系統(tǒng)中的OPC實現(xiàn)復雜控制器和DCS之間的數(shù)據(jù)交換，復雜控制器從DCS中接收過程參數(shù)，經(jīng)過運算得到控制數(shù)據(jù)，送給DCS，由DCS實現(xiàn)對過程的控制（圖1）。

3.2 技術方案

3.2.1 塔底溫度控制器方案

塔底溫度回路的目標：實現(xiàn)塔底溫度的穩(wěn)定、自動控制。

影響塔底溫度的主要因素：蒸汽壓力、蒸汽溫度、冷進料流量及溫度。

總的控制思路：考慮蒸汽壓力、蒸汽溫度、冷進料流量及溫度的影響，自動調(diào)節(jié)蒸汽控制閥的閥位，使塔底溫度保持穩(wěn)定。

3.2.2 塔頂溫度控制器方案

塔頂溫度回路的目標：實現(xiàn)塔頂溫度的穩(wěn)定、自動控制。

影響塔頂溫度的主要因素：冷進料溫度、冷進料流量、塔頂抽出酸性氣流量。

總的控制思路：微調(diào)冷進料流量，力圖抵消晝夜環(huán)境溫度變化導致冷進料溫度變化繼而對塔頂溫度的影響。當冷進料溫度變化較大時，將超出微調(diào)范圍，須采取其他措施將塔頂溫度調(diào)節(jié)在合理范圍內(nèi)。

考慮到汽提裝置運行的實際工況對冷進料流量的要求，設計塔頂溫度回路時，設計了冷進料流量的高低限位修改功能。塔頂溫度回路投運后，操作人員可以根據(jù)汽提裝置運行的實際工況對冷進料流量的高低限位進行修改。

3.2.3 塔頂壓力控制器方案

塔頂壓力回路的目標：實現(xiàn)塔頂壓力的穩(wěn)定、自動控制。

影響塔頂壓力的主要因素：塔底溫度、冷進料流量、熱進料流量、富氨氣流量、塔頂抽出酸性氣流量。

總的控制思路：調(diào)節(jié)塔頂抽出流量，保持塔頂壓力穩(wěn)定。

考慮到后續(xù)硫磺裝置運行的實際工況對塔頂抽出酸性氣流量的要求，設計塔頂壓力回路時，設計了塔頂抽出酸性氣流量的高低限位修改功能。塔頂壓力回路投運后，操作人員可以根據(jù)汽提裝置運行的實際工況對塔頂抽出酸性氣流量的高低限位進行修改。

3.2.4 控制器與DCS連接

復雜控制器與DCS的連接方案如圖2所示。

72×104t/a酸性水汽提裝置DCS是橫河CENTUM-CS3000系統(tǒng)，系統(tǒng)配有OPC服務器。復雜控制器通過Ethernet與OPC服務器相連，通過OPC通訊方式實現(xiàn)與DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

4 使用效果

控制系統(tǒng)投用后，裝置的各項運行指標得到了明顯的提高，投用前后汽提塔底溫、頂溫和塔壓的對比曲線見圖3～圖8。

1）酸性水汽提塔運行平穩(wěn)率明顯提高。系統(tǒng)投用后，酸性水汽提塔塔底溫度、塔頂溫度波動減少，保證了汽提塔內(nèi)硫化氫和氨密集區(qū)的穩(wěn)定，以及塔頂抽出及側(cè)線抽出產(chǎn)品的純度；提高了酸性水汽提塔運行的平穩(wěn)率；同時保證了硫磺裝置入口酸性氣量的平穩(wěn)，降低了含氨酸性氣對后續(xù)硫磺回收裝置的不良影響。

2）凈化水合格率明顯提高。系統(tǒng)投用后，凈化水合格率提高2.5%，減小了對污水處理場和凈化水回用裝置的影響，年可節(jié)約深井水費用3.3×104元，保證了全廠污水總排合格率，為下一步污水回用創(chuàng)造了良好的條件。

3）汽提裝置能耗明顯減小。系統(tǒng)投用后，實現(xiàn)了酸性水汽提塔的平穩(wěn)操作，減輕了側(cè)線分水量大造成的惡性循環(huán)，節(jié)約0.8 MPa蒸汽消耗，提高了裝置經(jīng)濟效益，為車間乃至全廠的節(jié)能降耗工作做出貢獻。

4）降低操作人員的勞動強度。系統(tǒng)投用后，自動調(diào)節(jié)酸性水汽提塔底溫度、塔頂溫度和塔頂壓力，減輕了操作人員的勞動強度。

5 結(jié)束語

復雜控制技術的成功應用，解決了大慶石化公司煉油廠酸性水汽提裝置平穩(wěn)率、自動化投用率低的問題。系統(tǒng)投用后，年節(jié)約循環(huán)處理酸性水蒸汽消耗9600 t，降低運行成本86.4×104元；年節(jié)約電量88000 kWh，年節(jié)約費用3.96×104元；增加了凈化水回用，降低了污水處理量，年節(jié)約費用18.2×104元，合計108×104元，減少了對龍鳳地區(qū)乃至大慶地區(qū)的環(huán)境污染，社會效益顯著。

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.004

丁延彬，2002年畢業(yè)于大慶石油學院，工程師，從事煉油工藝研究工作，E-mail：dybin309@sina.com，地址：黑龍江省大慶市龍鳳區(qū)大慶石化公司煉油廠硫磺回收車間，163711。

2011-11-15）