催化裂化装置再生器压力控制方案的优化

李 春

(中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司，北京 102500)

催化裂化装置是炼油系统的重要装置，反应再生系统是催化裂化装置的核心组成部分，再生器的压力控制对生产操作至关重要。作为能量回收的烟机发电机组是装置降低能耗和有效利用能源的重要组成部分。某公司炼油厂催化装置分为反应再生、分馏、吸收稳定和四机组(烟机、富气压缩机、主风机和增压机)、双脱、余热锅炉及烟气脱硫等部分。反应再生是催化装置的核心组成部分，预先经过换热的原料油通过反应器变成反应产物，再送到分馏系统处理。反应过程中生成的焦炭沉积在催化剂表面进入再生器，用空气烧去焦炭，一再生贫氧、二再生富氧燃烧。再生温度可由外取热器调节，再生后的催化剂把热量带入反应器供反应耗用。从再生器出来的高温烟气经高温取热器产生蒸汽后过三旋去烟机到余热锅炉再去烟气脱硫进行处理。

1 原控制方案①

原有的控制方案为CCC压力控制器和DCS远程手操面板共同控制，如图1所示。

图1 原系统控制方案

在CCC控制器中，使用速度控制器SIC-7701和再生器压力控制器PIC-102来实现。在DCS画面上设计了远程手操面板，为了适应操作工的习惯，组态时使用PID模板设计手操面板。操作人员通过手操面板观察第二再生器压力的测量值，进行“AUTO/MAN”切换等功能。同时根据工艺需要，为满足开、停车时大流量和正常生产时小流量的要求，以及正常生产和事故状态下的稳定性和安全性，根据22″阀、42″阀和60″阀的流通能力，将22″阀分程点设为0%～25%，42″阀分程点设为

25%～100%，并且都为气关阀。

在实际生产中，当DCS压力控制器投入到自动状态运行时， DCS压力控制器无法实时跟踪CCC压力控制器的22″和42″旁路阀的输出值。由于烟机每次发生紧急停车时，当时的烟机发电量不同，因此每次进入烟机的烟气量也不同。停机时二再生的压力值每次都不相同，需要的排放量也不同，而每次旁路阀打开的位置也不同。当烟机发生紧急停车时，由于DCS二再压力控制器无法跟踪CCC压力控制器的22″和42″旁路阀的输出值，在操作过程会导致再生器压力有较大波动，影响装置的平稳运行，严重时甚至造成装置停车。为保证装置生产的安全、稳定，笔者在原控制方案的基础上，对其进行了技术优化，在Honeywell的EPKS DCS系统中设计组态，解决了DCS二再压力控制器的跟踪问题，并取得了很好的应用效果。

2 优化方案

根据以上问题，在DCS控制系统改造中对其进行了技术优化，分别对DCS二再生压力控制器在手、自动状态下的控制方案进行了设计组态。

2.1 压力控制器控制关系

当烟机正常运行时，如果DCS压力控制器PICA102置于“MAN”状态，此时DCS压力控制器PICA102输出数字量输出信号(DO)HY-102C为逻辑“1”给CCC，作为CCC压力控制器跟踪请求手动的跟踪信号。此时CCC压力控制器处于远程跟踪状态，跟踪DCS面板的手动状态，并返回数字量输入信号(DI)PY-102A为逻辑“0”，作为DCS的响应请求信号，CCC压力控制器的输出值等于DCS手操面板PICA102的手动模拟量输出值(AO)HY-102A，直接分程控制22″和42″旁路阀，CCC压力控制器既不做PID调节，也不与速度调节器构成前馈控制。

当烟机正常运行时，如果DCS二再压力控制器PICA102置于“AUTO”状态，此时DCS压力控制器PICA102输出数字量输出信号(DO)HY-102C为逻辑“0”给CCC，作为CCC方跟踪请求自动的跟踪信号。此时CCC压力控制器处于远程自动状态，跟踪DCS面板的自动状态， 并返回数字量输入信号(DI)PY-102A为逻辑“1”，此时DCS压力控制器PICA102的设定值模拟量信号(AO)“HY-102B”作为CCC压力控制器的远程设定值，二再生压力测量值PT102为CCC压力控制器的PV值，进行PID调节运算。同时与速度调节器构成前馈控制，计算输出值分程控制22″和42″阀。 而DCS压力控制器PICA102的输出值处于“INIT”即初始化状态，并且实时跟踪CCC压力控制器的输出值。输出值为PY109(CCC实际输出至现场22″阀的值)×0.25+PY108(CCC实际输出至现场42″阀的值)×0.75。

跟踪请求信号决定了CCC压力控制器与DCS压力控制器PICA102的手/自动状态一致，DCS压力控制器PICA102接收的手/自动反馈信号也必须与压力控制器相一致。DCS压力控制器与CCC压力控制器的功能如图2所示。

图2 压力控制器功能

当烟机紧急停车时，如果PICA102调节器处于手动模式，CCC压力控制器的数字量输出信号PY102A产生一个5s的上升沿脉冲，5s内强制PY-102A为逻辑“1”，同时DCS压力控制器也接收PLC来的停车信号，并与PY102A逻辑运算后产生一个5s的上升沿脉冲，即5s内强制DCS压力控制器PICA102处于“AUTO”状态，CCC压力控制器也置于“AUTO”，其设定值取自DCS二再压力控制器PICA102的设定值HY102B，CCC压力控制器进行PID调节，与速度调节器构成前馈控制，计算输出值控制旁路阀。5s后DCS压力控制器PICA102可进行“手/自动”切换，控制再生器稳定。

当烟机紧急停车时，如果PICA102调节器处于自动模式，CCC压力控制器的数字量输出信号PY102A产生一个5s的锁位脉冲，5s内强制PY-102A为逻辑“1”，即强制DCS方压力控制器PICA102处于“AUTO”状态，CCC压力控制器也置于“AUTO”，其设定值取自DCS方PICA102的设定值HY102B，CCC压力控制器进行PID调节，与速度调节器构成前馈控制，计算输出值控制旁路阀。5s后CCC解除锁位，DCS压力控制器PICA102可进行“手/自动”切换，由于HY102A实时跟踪PY109×0.25+PY108×0.75的计算值，保证了DCS压力控制器的输出值和CCC压力控制器的一致，实现了双方控制输出的无扰动切换。

2.2 组态设计实现

控制策略组态基于EPKS集散控制系统平台实现，主要实现如下功能：

a. PICA102调节器的手/自动切换的枚举量输出需转换成布尔量控制HY102C；

b. CCC来PY102A布尔量信号需转换成枚举量类型，在烟机紧急停机情况下强制PICA102调节器为自动，并且与烟机来E101布尔量信号经过逻辑运算后控制HY102A的输出；

c. 烟机紧急停机后5s内控制权必须由CCC压力控制器控制；

d. 必须实时计算22″和42″阀的阀位输出值反演算至HY102A，以实现双方控制的无扰动切换；

e. 任何控制参数的变更(含在线下装程序)都不影响到工艺的正常生产。

基于上述要求，分别建立11个相互独立的CM，并在设计组态中主要运用常规PID控制块， SWITCH带初始化数据切换功能块，REGSUMMER带初始化常规数据计算功能块，TYPECONVERT数据类型转换功能块以及常规“与”、“或”、“非”，脉冲触发器及SR触发器等实现，并优化调整CM的扫描周期和各功能块的运行时序，使其达到最佳。

3 调试

装置开工之前，对DCS和CCC压力控制器进行了全面的仿真实验，对双方的压力控制器手、自动切换，DCS压力控制器的设定值、测量值以及输出值的无扰动切换进行了调试，符合工艺要求。

4 结束语

催化装置DCS控制系统改造的过程中，成功地实现了DCS与CCC共同控制二再压力的方案。在烟机3kr/min低速运行时做停机试验的过程中，二再压力并没有波动，提高了工艺自动化生产的水平，降低了装置停车风险。对同类催化裂化装置再生器压力的稳定控制有一定的参考作用。