| 榮獲“2007年度工控及自動(dòng)化領(lǐng)域優(yōu)秀案例”有獎(jiǎng)評(píng)選 一等獎(jiǎng) |
| 寫(xiě)作心得：
非常感謝工控網(wǎng)為從事自控專(zhuān)業(yè)的朋友們提供了一個(gè)技術(shù)交流的平臺(tái)，也非常榮幸能夠獲得“2007年度工控及自動(dòng)化領(lǐng)域優(yōu)秀案例”一等獎(jiǎng)。我將一如既往地關(guān)注工控網(wǎng)的各項(xiàng)活動(dòng)，和大家分享工作中的經(jīng)驗(yàn)。祝愿工控網(wǎng)越辦越成功，為廣大的同行提供更多技術(shù)和商務(wù)方面的幫助。 |
| | 專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)： |
| | 文章介紹了廣州石化公司烷基化裝置改造過(guò)程創(chuàng)建一新控制系統(tǒng)的實(shí)例。烷基化生產(chǎn)是利用煉廠(chǎng)的異丁烷和烯烴在氟化烴（HF）催化劑的作用下生成高辛烷值（辛烷值是衡量汽油質(zhì)量指標(biāo)之一）航空汽油，有很大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。用戶(hù)在該改造工程經(jīng)慎重篩選，最終選用Honeywell公司的TPS系統(tǒng)DCS。該裝置規(guī)模不大，硬件選用不多，但個(gè)別控制系統(tǒng)無(wú)法利用現(xiàn)成TPS標(biāo)法進(jìn)行組態(tài)，需根據(jù)工藝要求，創(chuàng)造性提出利用邏輯數(shù)據(jù)點(diǎn)一個(gè)軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)了選擇控制方案，滿(mǎn)足工藝操作。
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一．前言
廣州石化是我國(guó)南方的大型煉化企業(yè)之一，目前石油加工能力已達(dá)1000萬(wàn)噸/年，烷基化裝置是廣州石化的一套油品加工裝置，年產(chǎn)烷基化油6萬(wàn)噸。它的生產(chǎn)原理是利用煉油廠(chǎng)液化石油氣中的異丁烷和烯烴（主要是碳四烯烴）在催化劑氫氟酸（HF）的作用下生成高辛烷值汽油組分即烷基化油。烷基化裝置于上世紀(jì)八十年代中期投運(yùn)，九十年代后期停止運(yùn)行，長(zhǎng)期處于閑置狀態(tài)。隨著成品油市場(chǎng)對(duì)高標(biāo)號(hào)汽油需求量和政府部門(mén)對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，油品的加工精制成為各煉化企業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題。2001年根據(jù)市場(chǎng)需要對(duì)烷基化裝置進(jìn)行改造復(fù)產(chǎn)。
二．控制系統(tǒng)改造的技術(shù)背景
由于烷基化裝置設(shè)計(jì)和投運(yùn)的時(shí)間較早，采用的是控制室盤(pán)裝儀表集中控制，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用和閑置后，儀表控制設(shè)備陳舊，維護(hù)量較大，在復(fù)產(chǎn)前的改造設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)有關(guān)部門(mén)比較和論證，決定采用Honeywell公司的全廠(chǎng)一體化控制系統(tǒng)TPS取代原有盤(pán)裝儀表，以達(dá)到提高了裝置生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制水平，減少了操作和維護(hù)人員數(shù)量，保證裝置的順利復(fù)產(chǎn)的目標(biāo)。
三．TPS系統(tǒng)配置
TPS(Total Plant Solution)系統(tǒng)是Honeywell公司開(kāi)發(fā)的全廠(chǎng)一體化的過(guò)程控制系統(tǒng)，它集先進(jìn)過(guò)程控制﹑優(yōu)化﹑全廠(chǎng)歷史數(shù)據(jù)和信息管理功能于一體，使這些功能成為自動(dòng)化系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，從而形成了功能強(qiáng)大﹑配置靈活﹑結(jié)構(gòu)開(kāi)放的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
烷基化裝置共有輸入/輸出信號(hào)246點(diǎn)，具體信號(hào)類(lèi)型及數(shù)量見(jiàn)表1。
根據(jù)分散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范和廣州石化的技術(shù)管理要求，結(jié)合TPS系統(tǒng)的特點(diǎn)，烷基化裝置配置了2個(gè)操作站，1個(gè)工程師站，1個(gè)控制站，1個(gè)應(yīng)用站，1個(gè)安全柵柜。系統(tǒng)配置見(jiàn)圖1所示。TPS主要設(shè)備見(jiàn)表2。
四．主要控制方案設(shè)計(jì)
烷基化裝置的工藝流程可以分為進(jìn)料及干燥系統(tǒng)，酸、烴再接觸系統(tǒng)，分餾系統(tǒng)，產(chǎn)品精制系統(tǒng)，酸再生系統(tǒng)等主要工序。主要工藝設(shè)備包括主分餾塔，丙烷汽提塔，加熱爐，換熱器等。
本次改造的設(shè)計(jì)思想是，針對(duì)烷基化裝置的工藝生產(chǎn)特點(diǎn)，利用TPS系統(tǒng)的控制功能和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，并將TPS系統(tǒng)與全廠(chǎng)管理信息網(wǎng)相聯(lián)，為裝置的數(shù)據(jù)信息管理和今后全廠(chǎng)的綜合自動(dòng)化打下基礎(chǔ)。
1．進(jìn)料及干燥系統(tǒng)
進(jìn)料及干燥系統(tǒng)的作用是將原料和再生劑脫水，并按一定的比例混合后送至酸、烴再接觸系統(tǒng)。進(jìn)料及干燥系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)回路見(jiàn)圖2，包括：
(1)原料緩沖罐液位控制；
(2)進(jìn)料泵出口流量控制；
(3)再生劑緩沖罐液位控制。
2．酸、烴再接觸系統(tǒng)
酸、烴再接觸系統(tǒng)的原理是在HF作用下有機(jī)氟化物分解成烴和氫氟酸，起到降低酸耗，回收HF的作用，從而減輕產(chǎn)品精制部分的負(fù)荷，延長(zhǎng)脫氟劑的使用壽命。酸、烴再接觸系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)回路見(jiàn)圖3，包括：
(1)酸沉降器上部入口壓力控制；
(2)酸再接觸器介位控制；
(3)酸再接觸器頂部出口烴流量控制。
3．分餾系統(tǒng)
分餾系統(tǒng)包括主分餾塔部分、重沸爐部分和丙烷汽提塔部分。
主分餾塔是一個(gè)多組分分餾塔，烷基化裝置的大部分產(chǎn)品在此產(chǎn)生，如塔頂?shù)臍庀啾?含HF)；塔上部的循環(huán)異丁烷；塔下部的正丁烷；塔底的烷基化油等。主分餾塔部分的主要調(diào)節(jié)回路見(jiàn)圖4，包括：
(1)主分餾塔進(jìn)料設(shè)溫度控制；
(2)塔頂溫度與頂回流量串級(jí)控制；
(3)塔底液面與底抽出流量控制；
(4)主分餾塔中間加熱器設(shè)熱載體定量控制；
(5)塔12層正丁烷抽出設(shè)流量控制；
(6)塔上部異丁烷液位與循環(huán)異丁烷流量串級(jí)控制。
重沸爐提供了主分餾塔所需熱量的60％。主要調(diào)節(jié)回路見(jiàn)圖5，包括：
(1)為保證烷基化油的質(zhì)量，采用塔底抽出溫度與爐燃料氣流量串級(jí)控制；
(2)爐用燃料氣罐設(shè)壓力控制及高、低壓力報(bào)警；
(3)爐進(jìn)料分4路并列，各路均設(shè)流量控制；
(4)爐煙道設(shè)氧化鋯測(cè)氧儀和煙道壓力控制(控制擋板開(kāi)度)，以利于爐子燃燒，提高效率；
(5)爐引風(fēng)機(jī)根據(jù)入口負(fù)壓遙控調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)擋板。
(6)主分餾塔、汽提塔頂餾分沉積罐的分餾系統(tǒng)壓力設(shè)合流三通閥進(jìn)行調(diào)節(jié)
丙烷汽提塔的塔頂餾出物是氟化氫、丙烷、異丁烷，同主分餾塔頂餾出物合流后進(jìn)入冷凝器E-10，不含氟化氫的液體丙烷從塔底流出，一路去反應(yīng)器維持主分餾塔和丙烷汽提塔的正常操作，另一路去產(chǎn)品精制系統(tǒng)。丙烷汽提塔部分的主要調(diào)節(jié)回路見(jiàn)圖6，包括：
(1)主分餾塔、汽提塔頂餾分沉積罐(D-6)的壓力為分餾系統(tǒng)壓力，設(shè)合流三通調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制；
(2)D-6下部丙烷于氫氟酸分液斗的介面很重要，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致大量氫氟酸混入丙烷汽提塔，引發(fā)事故，因此設(shè)介位控制，并設(shè)液位開(kāi)關(guān)報(bào)警；
(3)丙烷汽提塔填料塔盤(pán)上下溫差很重要，正常時(shí)兩點(diǎn)溫差很小，下一點(diǎn)溫度約比上一點(diǎn)溫度高0.2℃，當(dāng)回流罐(即沉積罐D(zhuǎn)-6)操作不當(dāng)，大量氫氟酸混入汽提塔。如果汽提塔不能及時(shí)處理氫氟酸而進(jìn)入后部氫氧化鉀處理器，則反應(yīng)放熱將會(huì)引起爆炸。因此設(shè)丙烷汽提塔填料塔盤(pán)上下溫差報(bào)警；
(4)丙烷汽提塔液面正常操作時(shí)位單參數(shù)控制，控制出裝置的丙烷量，另異路丙烷循環(huán)量則單回路流量控制，當(dāng)開(kāi)工時(shí)或丙烷產(chǎn)量過(guò)少時(shí)，停止丙烷出裝置，這時(shí)塔液位與丙烷循環(huán)量串級(jí)調(diào)節(jié)。
4．丙烷、丁烷產(chǎn)品精制系統(tǒng)
產(chǎn)品精制系統(tǒng)的主要作用是把來(lái)自丙烷汽提塔來(lái)的液體丙烷和來(lái)自主分餾塔來(lái)的正丁烷分別送入丙烷脫氟器和丁烷脫氟器進(jìn)行脫氟操作，產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入產(chǎn)品罐或送出裝置。丙烷汽提塔部分的主要調(diào)節(jié)回路見(jiàn)圖7，包括：
(1)脫氟前-后丁烷換熱器(E-16)入口設(shè)流量控制；
(2)丙烷產(chǎn)品罐(D-20)入口設(shè)壓力控制；
(3)正丁烷產(chǎn)品出口設(shè)壓力控制。
5．酸再生系統(tǒng)
酸再生系統(tǒng)的作用是為了使系統(tǒng)中氫氟酸維持一定的純度。含有雜質(zhì)的氫氟酸通過(guò)系統(tǒng)后，除去了循環(huán)酸中的酸溶性油(ASO)和多余的水分，潔凈的氟化氫氣體由酸再生塔頂流出至酸沉降罐，塔底的酸溶性油排入堿液中和池。酸再生系統(tǒng)主要調(diào)節(jié)回路見(jiàn)圖7，包括：
(1)酸再生塔進(jìn)料設(shè)溫度控制；
(2)酸再生塔頂設(shè)壓力控制；
(3)酸再生塔進(jìn)料氣化器E-2出口設(shè)溫度自控以保證再生氫氟酸的需要，調(diào)節(jié)1.0MPa加熱蒸汽用量來(lái)完成，由于E-2管束在高溫下受氫氟酸腐蝕的速度會(huì)大大加快，因此又設(shè)加熱蒸汽壓力控制，將蒸汽壓力控制在0.7MPa，調(diào)節(jié)閥為氣開(kāi)閥，選擇器采用低選器，在溫控與壓控之間選擇較低信號(hào)輸出至調(diào)節(jié)閥，目的在于限制加熱蒸汽的壓力，不致使E-2管束溫度過(guò)高。
五．復(fù)雜控制方案的實(shí)現(xiàn)
烷基化裝置大多數(shù)控制方案都能夠通過(guò)TPS系統(tǒng)提供的控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)，但有些控制方案無(wú)法直接利用現(xiàn)成的控制策略，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)比較復(fù)雜，我們?nèi)匀豢梢杂妙?lèi)似“搭積木”的方法構(gòu)建我們需要的控制策略。
圖8是丙烷汽提塔液位控制流程圖，其工藝操作規(guī)程是：丙烷汽提塔V-4的液位(LRC524)在正常操作時(shí)是單參數(shù)調(diào)節(jié)，直接遠(yuǎn)程遙控出裝置的丙烷量，另外一路丙烷循環(huán)量則進(jìn)行單回路流量調(diào)節(jié)(FRC434)，當(dāng)開(kāi)工時(shí)或丙烷產(chǎn)量過(guò)少時(shí)，停止丙烷出裝置，而由塔液位與丙烷循環(huán)量組成串級(jí)調(diào)節(jié)。
該控制方案實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)在于主回路LRC524的輸出并非簡(jiǎn)單地同時(shí)輸送到兩個(gè)副級(jí)回路FRC434和HIC
