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催化裂化裝置主備風機系統(tǒng)智能控制的成功應(yīng)用

催化裂化裝置主備風機系統(tǒng)智能控制的成功應(yīng)用

2021/2/2 16:19:26

1.前言

中石油廣西石化公司350萬噸/年催化裂化裝置于2010年8月28日正式投產(chǎn),該裝置是國內(nèi)第一套UOP的重油催化裂化裝置,所配套的主風機、煙機也是國內(nèi)同類裝置中的最大機組。該裝置包含兩套主風機,分別是主風機(YL19000C煙機+AV90-13軸流壓縮機+20000kw電機)和備用主風機(AV80-12軸流壓縮機+20000kw電機)。主、備風機組主要作用是給再生器提供燒焦用風和流化用風的重要任務(wù);,是催化裂化裝置最關(guān)鍵的心臟設(shè)備,一旦主風機出口放空閥異常打開,則會造成裝置主風自保聯(lián)鎖動作,使裝置進入停工處理程序。目前在國內(nèi)催化裝置主、備風機組手動切換過程中,造成裝置聯(lián)鎖動作也時有發(fā)生。另外本裝置煙機蝶閥、大小旁通閥原始設(shè)計控制存在一定的缺陷,控制響應(yīng)太慢,無法滿足兩器壓差快速變化的需求。因此,在2020年檢修前,公司設(shè)備處相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及技術(shù)骨干與北京康吉森從事壓縮機組控制系統(tǒng)的專家梅勝充分溝通并一起制定了詳細的自動切機方案、性能控制方案、煙機蝶閥和大小旁通閥的控制策略,并于檢修期間付諸實施,最終成功實現(xiàn)了主、備機無擾動一鍵切機、全自動控制主風量、兩器壓差控制響應(yīng)速率達到了預(yù)期的效果。

具體實施中針對由于原先的TRICON控制系統(tǒng)是2009年配置的,選用的CPU是3008,系統(tǒng)掃描時間在80ms,這次檢修時將CPU升級為最新版本CPU3009,系統(tǒng)掃描之間縮短為50ms,提高了系統(tǒng)采樣頻率,現(xiàn)場數(shù)據(jù)更能及時反饋時間運行情況。同時在原來1131程序中,更新了控制系統(tǒng)防喘振庫函數(shù),采用了目前為止最新的性能控制算法、自動切機算法、兩器壓差控制算法等先進智能控制功能。另外在HMI中增加了自動切機畫面,完善了兩器壓差控制參數(shù)。

項目最終在2020年5月2日投入運行,成功實現(xiàn)了主備風機全自動一鍵切機,10分中內(nèi)完成切機過程,兩器壓力調(diào)節(jié)迅速及時,使得電機功率總體降耗9000KW/h。

2.工藝智能控制需求:

  • 系統(tǒng)投用10多年間,在裝置開停車及異常工況或在用設(shè)備出現(xiàn)故障時,通常需要進行主、備機切換。操作主要以人工操作為主,操作過程風險大、強度高,控制精度難把握容易出現(xiàn)裝置運行參數(shù)大幅波動或?qū)е路怯媱澩\?,因此迫切需要一種智能切機控制功能,實現(xiàn)切機過程的自動化。有時候會存在快速把主備機切換完成,一旦出現(xiàn)在用機組設(shè)備故障,需要立即進行切機,減少裝置運行風險,實現(xiàn)主備風機組一鍵全自動切機;

  • 解決長期存在的煙機入口蝶閥、煙機大、小旁通閥控制兩器壓差,響應(yīng)滯后,、同時存在兩器壓差波動比較大的問題;

  • 由于廣西欽州在夏天經(jīng)常出現(xiàn)雷雨天氣,環(huán)境及空氣溫濕度變化大,容易造成主風機組入口工質(zhì)參數(shù)性能瞬時變化,如果此時操作工不及時調(diào)整機組負荷,會造成風機出口參數(shù)變化,影響生產(chǎn);

  • 風機機組運行不在最優(yōu)區(qū)間,電機功率波動比較大,造成非常大的能量浪費;。

3.切機原理

以下為備風機切換至主風機的切換步驟:

第一步,各控制回路均投自動運行,備用主風機組投入送風量(FIC40412345) 和總管出口壓力(PI4040)關(guān)聯(lián)加權(quán)性能控制;

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第二步,打開主風機組送風閥;

第三步,主風機組投入送風量(FIC40412345) 和總管出口壓力(PI4040)關(guān)聯(lián)加權(quán)性能控制;

第四步,選擇主機切入系統(tǒng),開始全自動切機。隨著主風機放空閥(防喘振閥)的逐漸關(guān)閉,主風進入系統(tǒng),備用主風機的放空閥自動逐漸打開,直至切換完成。備用主風機退出系統(tǒng)。

如果采用備用主風機將主風機組切出系統(tǒng),則以上過程中的控制對象對調(diào)。

4.切機過程

3.1主備風機切機工藝流程圖

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3.2主備風機切機操作畫面

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依據(jù)該操作畫面實施機組切換的過程如下:

1、首先把備風機組投入主風性能控制防喘閥及靜葉;

2、然后把主風機組投入主風性能控制防喘閥及靜葉;

3、最后在主備機切機畫面中投入主機切系統(tǒng)功能; 

4、主風機組根據(jù)總管流量關(guān)小防喘閥,備風機組自動逐漸根據(jù)總管流量打開防喘閥。

5、直至備風機組出口單向閥關(guān)閉或者程序自動指示備機切出裝置。

6、HMI自動彈出主備機切機完成指示,操作工首先點擊取消切機,然后操作工需要到現(xiàn)場把備風機組出口電動閥手動關(guān)閉,最后手動可以把備風機切入安全運行狀態(tài)。

5.切機運行效果分析

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圖5-1主風機組切入系統(tǒng)工藝趨勢

由圖5-1所示,各曲線含義分析如下:

  • 白色曲線是主風機組防喘閥的輸出曲線,在緩慢關(guān)閉;

  • 藍色曲線是備風機組防喘閥的輸出曲線,在緩慢打開;

  • 黃色曲線是總管流量的設(shè)定值;

  • 綠色曲線是總管流量的實測值;

  • 紅色曲線是總管壓力的實測值;

  • 紫色曲線是主風機組出口排氣壓力值;

  • 淺藍色曲線是備風機組出口排氣壓力值;

  • 粉色曲線是開始切機標志。

通過以上曲線的走勢可以看出,機組在切機過程中,實際總管壓力及流量均在設(shè)定值附近穩(wěn)定運行,表明切機過程平穩(wěn)無波動。

6.兩器壓差控制過程

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圖4-1兩器壓差控制畫面

由圖4-1所示,分析如下:

  • 增設(shè)了調(diào)節(jié)偏差死區(qū)功能,減少了煙機蝶閥、大小旁通閥頻繁調(diào)節(jié);

  • 取消了原先設(shè)置的爬坡功能,調(diào)節(jié)更及時有效;

  • 運行后,降低了電機功率;

7.兩器壓差運行效果分析

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圖7-1兩器壓差控制工藝趨勢

由圖7-1所示,各曲線含義分析如下:

  • 綠色曲線是兩器壓差的測量值;

  • 紅色曲線是煙機入口蝶閥輸出值;

  • 黃色曲線是兩器壓差設(shè)定值;

  • 白色曲線是煙機蝶閥投用自動標志;

  • 藍色曲線是煙機大旁通閥輸出值;

  • 紫色曲線是煙機小旁通閥輸出值;

  • 淺藍色曲線是煙機大旁通閥自動標志;

  • 粉色曲線是煙機小旁通閥自動標志;

可以看出,兩器壓差在一定波動范圍內(nèi)不進行調(diào)節(jié),只有超過一定波動范圍,才會調(diào)節(jié),這樣極大地穩(wěn)定了兩器壓差。 

8.主電機功率節(jié)能效果分析

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圖8-1主風性能及電機功率控制工藝趨勢

由圖8-1所示,各曲線含義分析如下:

  • 綠色曲線是總管流量的設(shè)定值;

  • 紅色曲線是總管流量的實測值;

  • 黃色曲線是投用主風流量性能控制標志;

  • 白色曲線是防喘閥的輸出值;

  • 藍色曲線是防喘振盤旋點;

  • 紫色曲線是防喘振的實際工作點;

  • 淺藍色曲線是主風機組靜葉輸出值;

  • 粉色曲線是主電機功率;

可以看出,投用性能控制后,主風機組靜葉由38.8度關(guān)到了28.8度,防喘閥總的輸出由有11.3%關(guān)到了1.5%,主電機功率由17398KW降到了8973KW,主風總管流量波動范圍在30NM3/min之內(nèi)。不僅穩(wěn)定了裝置,而其每小時節(jié)能9000KW,經(jīng)濟效益非??捎^。

9.備風機組投用性能控制效果分析

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圖9-1備風機性能控制工藝趨勢

由圖9-1所示,各曲線含義分析如下:

  • 綠色曲線是總管流量的設(shè)定值;

  • 紅色曲線是總管流量的實測值;

  • 黃色曲線是投用主風流量性能控制標志;

  • 白色曲線是防喘閥的輸出值;

  • 藍色曲線是防喘振盤旋點;

  • 紫色曲線是防喘振的實際工作點;

  • 淺藍色曲線是備風機組靜葉輸出值;

  • 粉色曲線是備電機功率;

可以看出,投用性能控制后,備風機組在某一時段檢測到總管流量下降后,靜葉由51.0度開到了57.0度,主電機功率由15594KW升到了15816KW,主風總管流量波動范圍在30NM3/min之內(nèi)。后來工藝人員發(fā)現(xiàn)是因往裝置的安全閥故障自動打開了,如果當時沒有投用性能控制,此事將會造成主風低流量,切斷進料。此項功能挽救了裝置非計劃停車,創(chuàng)造了非??捎^的經(jīng)濟效益。

10.結(jié)束語

與傳統(tǒng)催化裂化的操作方式由操作人員手動操作完成主備風機的切換,自動切換控制更加平穩(wěn)可靠、高效安全、人性化,同時杜絕了誤操作的可能,從而保證了工藝系統(tǒng)平穩(wěn)操作的要求。自機組聯(lián)動試車到正式開車以來,經(jīng)不斷調(diào)整優(yōu)化后,備用主風機自動切至主風機組運行,整個過程只需10分鐘就自動完成,切換過程中主風總管流量波動小于30NM3/min,壓力波動小于5KPa。整個自動切換過程高效、安全、平穩(wěn)可靠。

自1965年我國第一套催化裂化裝置投產(chǎn)以來,全國所有催化裝置的主、備風機的切換一直采用手動操作,兩器壓差或再生器壓力控制采用手動模式,主風機靜葉控制采用手動操作。通過這次成功改造,成功實現(xiàn)了如下功能:

  • 廣西石化催化裂化裝置實現(xiàn)了主、備風機全自動切換;

  • 主備風機組靜葉和防喘閥可全自動根據(jù)裝置負荷全自動調(diào)節(jié);

  • 煙機入口蝶閥、大小旁通閥實現(xiàn)了長周期自動平穩(wěn)控制;

通過運行對比,在投入該智能控制功能后,主電機平均每小時節(jié)約9000KW,經(jīng)濟效益非常顯著,這項技術(shù)的成功應(yīng)用,對于國內(nèi)所有同類裝置提高智能操作水平、穩(wěn)定操作工況、減輕操作強度、實現(xiàn)節(jié)能增效具有標志性的意義。

審核編輯(
吳新慧
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