催化主风流量控制系统（RACS）

邹青华

（中国石油广西石化分公司，广西 钦州 535008）

催化主风流量控制系统（RACS）

邹青华

（中国石油广西石化分公司，广西 钦州 535008）

主风流量控制系统主要设计理念是控制重油催化裂化装置再生器一、二再主风流量分配，合理烧焦。并通过控制主风流量调节阀开度来尽可能降低管路压降，在满足烧焦风量需求的前提下，通过调节主风机静叶开度使主风机出口压力维持在最低，达到节能的目的。主风流量分配自动控制和主风机静叶自动调节是重油催化裂化装置控制的难点，也是两器平稳运行的关键。本文通过对UOP工艺包中主风流量控制系统（RACS）的设计原则，结合装置操作的特点，设计了RACS主要控制模块，并通过实际应用，验证了控制方案的可行性。

RACS;重油催化裂化;主风机静叶控制

中国石油广西石化350万t／a重油催化裂化装置是国内单套处理能力最大的装置，该装置引进了美国UOP公司的工艺技术，于2007年11月开工建设，2010年9月投产。主风机组采用三机组方案，由烟机－轴流式压缩机－电机组成，其中烟机选用兰州机械厂生产的VL－19000A型，主风机选用了陕鼓集团生产的AV90－12轴流式主风机，电机选用上海电机厂生产的YCH1120－4型电动机。

本装置采用两段式再生技术，一段再生在再生器上部，为贫氧再生，烧焦主风通过4路主风流量调节阀进入再生器;二段再生在再生器下部，为富氧再生，烧焦主风通过1路调节阀进入再生器，一、二再通过外循环管连通。各路主风流量在操作中互相影响，手动调节非常困难，很容易造成碳堆或尾燃，一直是催化裂化装置操作的难点之一。

PRCS硬件采用美国TRICON公司生产的三重冗余控制系统，数据扫描周期小于100ms，比常规的DCS控制系统更加可靠，运算速度更快。

1 设计原则

控制方案的设计采用了UOP公司对主风流量控制系统的设计原则，具体要求如下:

（1）一再和二再5路主风流量可以单独控制，由5个单独的流量控制器组成，可以分开操作。

（2）RACS可以控制去一段再生器和二段辅助燃烧室主风流量的分配，满足装置生产要求。

（3）5路主风流量调节阀开度送入RACS系统，控制系统将通过降低阀前压力使阀门开度尽可能开大，以降低主风管路压降。

（4）主风机静叶开度受主风机出口压力控制，在满足再生器对主风流量需要的情况下，尽可能控制主风机出口压力较低，静叶开度最小，以达到节能的目的。

（5）主电机跳闸时，主风机入口静叶锁定当前开度。

2 软件设计

主风流量控制系统（RACS）包含的控制回路较多，有5路主风流量控制器 FIC－4041，FIC－4042，FIC－4043，FIC－4044 和 FIC－4045。 主风机出口压力控制器PIC－4040，主风机静叶开度控制器ZIC－4040。执行机构有5个，分别是5个主风流量调节阀和主风机静叶执行机构。

2．1 主风流量控制器

主风流量控制器 FIC－4041，FIC－4042，FIC－4043，FIC－4044和 FIC－4045 为单回路控制器，可以各自独立工作，，根据工艺要求分别控制去一段再生器和二段辅助燃烧室主风流量。控制方案相同，见图1。

图1 主风流量控制方案

来自一段燃烧室的主风流量FT－4041经过温度PT－4041和压力PT－4041的补偿后，作为控制器FIC－4041的输入，与工艺生产要求的主风流量值进行比较，然后进行PID运算，最终输出4～20mA信号控制FV－4041在0～100%之间动作，实际可能在最小允许开度～最大允许开度 （根据阀门性能曲线定）之间动作。

2．2 ZIC－4040／PIC－4040 控制方案

出于节能考虑，用去一段再生器和二段燃烧室的主风控制阀的阀位远程控制主风机入口静叶的开度，方案具体如下，功能图见图2。

图2 ZIC-4O4O/PIC-4O4O控制方案

（1）阀位开度偏差低选器

去一段再生器和二段燃烧室的主风控制阀FV－4041，FV－4042，FV－4043，FV－4044， 和 FV－4045， 其 阀 位 信 号 ZT4041，ZT4042，ZT4043，ZT4044与ZT4045分别与其各自最小允许开度进行比较，然后经过低选（某一阀位比较结果△＞0时，则令其为0，即△＝0），选择5个阀中阀位偏差最小的值，加上偏置值50%，经选择器输出0～100%的信号作为阀位控制器ZIC－4040的输入;并与给定值50%进行比较运算后，其输出经信号转换器变换为主风机出口正常压力范围的信号，作为静叶控制器PIC－4040的远程给定，以控制主风机出口总管压力。若实际阀门开度偏差（低选后）小于0%，加上50%后则加法器1输出小于50%，即ZIC－4040的△E减小↓–OUT减小↓–静叶开度减小↓－主风机出口压力降低PI4040↓－阀门开度增大↑，最终实现了所有5个阀门的开度均在最小要求开度以上，达到节能的目的。若实际阀门开度偏差（低选后）等于0，即5个阀门开度均在最小要求开度以上，选择器将会选择来自加法器2的信号。

（2）阀位开度偏差高选器

同理，阀位偏差信号经过高选（某一阀位比较结果△＜0时，则令其为 0，即△＝0），选择 5个阀中阀位偏差最大的值，加上偏置值50%，作为ZIC－4040的输入。其输出经信号转换器变换为主风机出口压力正常范围的信号，作为静叶控制器PIC－4040的远程给定，以控制主风机出口总管压力。若实际阀门开度偏差（高选后）大于0%，加上50%后则加法器2输出大于50%，即ZIC－4040的△E增大↑–OUT增大↑–静叶开度增大↑－主风机出口压力升高PI4040↑－阀门开度增大减小↓，最终实现了所有5个阀门的开度均在最大要求开度以下，达到节能的目的。若实际阀门开度偏差（高选后）等于0，即5个阀门开度均在最大要求开度以下，选择器将会选择来自加法器1的信号。

（3）如各个阀门的阀位在最小和最大开度范围之间，远程给定不投用，以避免PIC4040静叶控制器位不断调节，造成主风机出口压力和5路流量波动。

（4）当 ZT4041， ZT4042， ZT4043，ZT4044 与ZT4045等5个阀位，其中只要有一个低于最小要求开度或大于最大要求开度，即Min＜0或Max＞0，则远程控制投用。阀位控制器ZIC－4040的输出按一定的速率△V／△T（速率将来可以根据实际需要调整）变化，作为静叶控制器PIC－4040的远程给定，缓慢地改变静叶的开度，从而改变主风机出口的压力，以免造成装置波动。调节过程如下:

（a）若其中有一个阀门开度小于要求的最小开度（Min＜0），投用远程给定，加上偏置值50%后，加法器1输出小于50%，即△E减小↓－阀位控制器ZIC－4040的OUT减小↓－静叶开度减小↓－主风机出口压力PI－4040减小↓－阀门开度增加↑，最终阀门回到要求的最小开度以上。

（b）若其中有一个阀门开度大于要求的最大开度（Max＞0），投用远程给定，加上偏置值 50%后，加法器1输出大于50%，即△E增加↑－静叶开度增加↑－主风机出口压力PI4040增加↑－阀门开度减小↓，最终阀门回到要求的最大开度以下。

当出现既有阀门开度大于要求的最大开度，又有阀门的开度小于要求的最小开度时，即有Min＜0 又有 Max＞0 时，则系统将“不协调报警”，提示用户处理，并且不投用远程给定。

2 结语

本文介绍了广西石化公司催化裂化装置采用UOP工艺技术，完成了再生器5路主风流量控制和主风机静叶自动调节的控制设计，RACS控制系统共有7个单回路控制器、12个变量和6个执行器共同组成，是一种先进控制器，投入使用后，操作人员仅需对一、二再主风量进行设置，RACS将自动控制管路压降，调整静叶开度到最优状态，最大可能的降低主风机负荷，自控程度高、可靠性能好，大大减轻了操作人员的劳动强度。装置自2010年9月份开工以来，RACS控制非常平稳，操作便利。证明了本次设计完全体现了UOP对催化裂化装置主风流量控制系统的设计原则，比传统控制方案更加科学、先进，对国内其他同类装置具有很强的借鉴作用。

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[4] UOPLLC．PROJECT SPECIFICATION-940862-692[P]．

Scheme of FCC Unit Air Control System （RACS）

ZOUQing-hua
（Guangxi Petrochemical Company，PetroChina， Qinzhou 535008，China）

TE 624.4

B

1671-9905（2011）10-0085-03

邹青华，1992年毕业于中国石油大学自动化专业，从事炼油石化仪表自控行业近20年，先后服务于中国石油克拉玛依石化厂、中国石油广西石化，现任广西石化机动设备处处长助理

2011-07-07