劉寶旗

(中海石油舟山石化有限公司,浙江 舟山 316000)

連續(xù)重整是一種石油二次加工技術(shù),加工原料主要為低辛烷值石腦油等,利用鉑-錸雙金屬催化劑,在500 ℃左右的高溫下,使分子發(fā)生重排、異構(gòu),增加芳烴的產(chǎn)量,提高汽油辛烷值的技術(shù)。連續(xù)重整裝置具有良好的催化劑再生工藝,催化劑使用壽命長、建設(shè)費用低、對環(huán)境影響小、可靠性高、收益高、粉塵少等優(yōu)點。

1 原有控制系統(tǒng)存在的問題

某公司連續(xù)重整裝置的催化劑再生控制系統(tǒng)實現(xiàn)了催化劑的連續(xù)穩(wěn)定運行,并保持催化劑的良好性能。該控制系統(tǒng)由兩部分組成： 保護部分和控制部分,保護系統(tǒng)一般采用分散控制系統(tǒng)(DCS),控制系統(tǒng)采用的是可編程序控制器(PLC),在運行過程中主要存在以下幾個問題：

1)控制程序以“黑匣子”形式運行,其內(nèi)部控制邏輯不對用戶開放,生產(chǎn)中出了問題無法自行查找解決,導(dǎo)致了很多故障不能及時解決。

2)早前的系統(tǒng)存在硬件停產(chǎn),處于生命周期的末端,故障較多且備件購買困難。

連續(xù)重整再生控制系統(tǒng)無論軟件和硬件出現(xiàn)問題,均會導(dǎo)致連續(xù)重整催化劑不能循環(huán)再生,若問題是暫時的,需要該裝置降低加工負(fù)荷、降低反應(yīng)溫度,導(dǎo)致產(chǎn)品純度、芳烴收率及汽油辛烷值降低;若問題不能解決,則需切斷該裝置的進料。所以該控制系統(tǒng)的隱患,給連續(xù)重整裝置的生產(chǎn)帶來安全問題,直接關(guān)系到連續(xù)重整裝置能否長周期滿負(fù)荷安全穩(wěn)定地運行,因此,急需對該控制系統(tǒng)進行改造,以滿足連續(xù)重整裝置的穩(wěn)定運行。

2 催化劑再生單元工藝流程概述

連續(xù)重整裝置催化劑再生工藝流程如下： 將來自重整第四反應(yīng)器積碳的待生催化劑經(jīng)待生催化劑提升系統(tǒng)提升至催化劑分離料斗,在分離料斗中除去催化劑粉塵,接著催化劑流經(jīng)再生器,進行燒焦、氯化、干燥、冷卻后流經(jīng)氮封罐隔離系統(tǒng),再流經(jīng)閉鎖料斗,經(jīng)閉鎖料斗循環(huán)后,經(jīng)再生催化劑提升系統(tǒng)提升至重整反應(yīng)器頂部的還原段進行還原,還原后的催化劑再依次流經(jīng)重整第一,第二,第三,第四反應(yīng)器完成一個完整的催化劑再生循環(huán)。

3 再生控制系統(tǒng)技術(shù)改造的目標(biāo)及內(nèi)容設(shè)想

3.1 技術(shù)改造目標(biāo)

對原催化劑再生控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造實現(xiàn)該控制系統(tǒng)國產(chǎn)化,保留原再生控制系統(tǒng)的功能和人機操作界面基礎(chǔ)上,同時增加系統(tǒng)診斷與事故記錄功能,便于系統(tǒng)的維護。

3.2 技術(shù)改造內(nèi)容

再生控制系統(tǒng)技術(shù)改造相關(guān)內(nèi)容有以下幾點：

1)完善PES程序。分析原控制系統(tǒng)的循環(huán)程序,同時對現(xiàn)有的實際參數(shù)進行模擬仿真試驗、計算及分析,為催化劑穩(wěn)定的循環(huán)及閉鎖料斗參數(shù)的設(shè)定提供依據(jù)。

2)改進閉鎖料斗循環(huán)的差壓控制。改進閉鎖料斗補償閥的斜坡曲線,穩(wěn)定閉鎖料斗二次提升氣壓力與催化劑提升管壓力的差壓;將閉鎖料斗補償氣壓力與閉鎖料斗緩沖區(qū)壓力的差壓、閉鎖料斗二次氣提升壓力與提升管差壓等信號通過高速差壓回路(PDIC)控制,使閉鎖料斗系統(tǒng)的各個差壓穩(wěn)定,從而使催化劑流量控制更加穩(wěn)定。

3)監(jiān)測催化劑的整個循環(huán)流程。監(jiān)測工藝參數(shù)變化與調(diào)節(jié)閥開度的變化情況,閉鎖料斗控制曲線不斷自適應(yīng)調(diào)整優(yōu)化,降低催化劑循環(huán)速率出現(xiàn)偏差的概率,從而降低再生系統(tǒng)發(fā)生故障停運的概率;監(jiān)控工藝參數(shù)和各電加熱器停機信號,分析其間關(guān)聯(lián)趨勢,以達到保護工藝設(shè)備的目的;基于DCS對催化劑再生單元開發(fā)的順序控制、差壓控制、自診斷等軟件包,對溫度、壓力、差壓等參數(shù)進行分析和研究,將因操作不當(dāng)造成設(shè)備損壞或催化劑損害的可能性降至最低;保留原有操作期間向再生系統(tǒng)添加催化劑的功能與清除再生系統(tǒng)的催化劑粉塵的功能,繼而保證重整反應(yīng)與再生系統(tǒng)不受影響。

4 改造方案

該裝置再生控制系統(tǒng)改造采用1套具有三重冗余容錯的TMR結(jié)構(gòu)的DCS。該系統(tǒng)應(yīng)用簡單,用戶只需將傳感器和執(zhí)行器的信號線連接至系統(tǒng)I/O模塊對應(yīng)的接線端子板上即可;只需要編寫1套應(yīng)用程序下裝,3個主處理器即可同步執(zhí)行。系統(tǒng)最大的特點是具有能同時滿足高可靠性、高可用性的容錯控制能力,強大的自診斷功能可以識別系統(tǒng)元件的故障,并允許在繼續(xù)完成指定任務(wù)的同時,對故障元件進行在線修復(fù)而不中斷操作過程,TMR結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 TMR結(jié)構(gòu)示意

再生控制系統(tǒng)與DCS采用通信卡上的9針穿口,通過串行通信電纜進行連接,實現(xiàn)Modbus通信。再生控制系統(tǒng)通過通信卡輸出浮點信號和數(shù)字量信號,DCS通過通信卡讀取信號后,與通信卡上的以太網(wǎng)接口通過網(wǎng)線與操作站進行通信。操作站通過下位軟件讀取信號,通過上位軟件實現(xiàn)顯示功能。再生系統(tǒng)使用通信卡上的以太網(wǎng)接口與網(wǎng)絡(luò)交換機通過網(wǎng)線進行通信,現(xiàn)場工程師站使用以太網(wǎng)接口與網(wǎng)絡(luò)交換機通過網(wǎng)線進行通信。再生控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)如圖2所示。

圖2 再生控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)示意

閉鎖料斗控制系統(tǒng)改造保留現(xiàn)有輔操臺上的急停按鈕及進入系統(tǒng)的接線方式不變;保持旁路、加料等選擇開關(guān)控制功能不變,用HMI畫面軟開關(guān)來實現(xiàn)。

5 改造后的系統(tǒng)特點

催化劑再生控制系統(tǒng)采用DCS改造后具備以下功能：

1)保護功能。系統(tǒng)改造后,當(dāng)工藝參數(shù)達到聯(lián)鎖值能夠自動觸發(fā)聯(lián)鎖,從而保護催化劑再生流程穩(wěn)定和設(shè)備安全。所具備的保護功能有： 催化劑再生的冷停車、熱停車保護功能,氮氣閥的開/關(guān)、空氣閥的開/關(guān)、再生器下部空氣供應(yīng)閥(失業(yè)閥)開/關(guān)、注氯閥的開/關(guān)、再生催化劑提升線閥的開/關(guān),再生器的啟動/停止、待生催化劑隔離系統(tǒng)啟動/停止、再生催化劑隔離系統(tǒng)啟動/停止、催化劑冷態(tài)提升的啟動/停止順控、催化劑卸粉系統(tǒng)順控、催化劑黑燒/白燒控制等。

2)控制功能。將閉鎖料斗的上、下平衡閥閥線數(shù)據(jù)及閉鎖料斗緩沖區(qū)壓力/再生催化劑二次提升氣壓力差壓控制的補償閥閥線數(shù)據(jù),直接設(shè)置在DCS自帶的具有編寫、組態(tài)和SOE等功能的程序中,解決閥線數(shù)據(jù)不能在人機交互界面直接下載、補償閥閥線數(shù)據(jù)也不能上傳的問題。正常生產(chǎn)中,若需增加補償閥的補償調(diào)節(jié)作用,需修改補償閥閥線數(shù)據(jù),由工程師依據(jù)閉鎖料斗緩沖區(qū)

壓力與再生催化劑二次提升氣壓力的差壓及其調(diào)節(jié)閥控制指令的變化情況在線調(diào)整完成。

改造后,氮封罐與再生器壓差及氮封罐與閉鎖料斗壓差的高選控制、催化劑流動的啟動/停止、閉鎖料斗緩沖區(qū)壓力與再生催化劑二次提升氣差壓控制(含差壓控制閥及補償閥的差壓PI控制;差壓控制閥PI控制及補償閥的斜坡控制)、再生催化劑循環(huán)速率控制、待生催化劑循環(huán)速率限制控制等,不發(fā)生改變。

同時,改造后再生控制系統(tǒng)冷停車、熱停車的條件及動作情況,氮封罐與再生器壓差及氮封罐與閉鎖料斗壓差控制,閉鎖料斗循環(huán)等控制不發(fā)生改變。

6 結(jié)束語

針對連續(xù)重整裝置催化劑再生原有控制系統(tǒng)存在程序無法修改,控制系統(tǒng)的備品備件處于生命周期的末端購買困難等問題,影響到該裝置的平穩(wěn)運行。在不改變原有操作界面模式下,采用DCS實現(xiàn)原有保護功能和控制功能。該系統(tǒng)的改造解決了原有系統(tǒng)控制程序封閉不能更改的難題,穩(wěn)定了閉鎖料斗二次提升氣壓力與催化劑提升管的差壓回路,保障了該裝置安全、穩(wěn)定、長周期運行。