催化裂化装置操作的哲学思考

2015-07-01苟俊杰青海油田格尔木炼油厂青海海西816400

化工管理 2015年26期

苟俊杰（青海油田格尔木炼油厂，青海海西 816400）

催化裂化装置是整个炼厂平稳运行的锚舵，常常起到牵一发而动全身的作用，而催化裂化装置又以其设备众多、工艺复杂、上下游装置衔接密切、操作难度大而著称。催化裂化装置中任何岗位任何参数都不是简单孤立的，整个催化是一个有机的整体，操作的调整也绝不是一蹴而就的。作为实际的操作者，我们有必要认真的探讨和总结一下催化裂化实际操作当中宝贵的经验和技巧。

格尔木炼油厂重油催化裂化装置设计处理量为90×104t/a，最小处理量72×104t/a，年开工8400小时。所使用的原料油为大于460℃的减压渣油，产品方案为多产油品方案。现以格尔木炼油厂催化裂化装置为例，结合一线主操人员实际操作经验，从物理、数学、概率和哲学方面简单分析和探讨催化裂化装置操作当中一些规律和技巧。

1 “惯性理论”在催化裂化操作中的体现与影响。

惯性定律即牛顿第一定律(Newton's First Law,or Law of Inertia)，惯性是物体保持其原有运动状态（运动或静止）的能力，是物体的一种固有属性，即有质量的物体皆有惯性。当有外力施加于物体时，惯性表现为对其运动状态变化的一种阻抗能力，质量是物体惯性大小的量度。在催化裂化的日常操作中，细心观察就能感受到惯性对于操作的影响无处不在。

在催化裂化操作中，反再系统中的主要介质有催化裂化催化剂、主风（主要为氮气和氧气）、焦炭、混合油气、烟气、蒸汽等，不管这些介质是什么种类什么性状，它们都是物质的，都是有质量的，因此这些介质本身都是有惯性的。当操作达到相对稳态时，可以看做外界影响因素对反再系统操作的合力为零，如果各个参数都在要求的指标内，这种平衡状态就是我们所要追求的平稳操作。在这种稳态下，引入变量即可观察到系统惯性发生的作用。下图为格尔木炼油厂催化裂化装置反再操作画面，我们结合此操作画面来说明问题。

1.1反应温度TICA1030。反应温度是催化裂化操作中很重要的一个指标，它的主要影响因素有（1）处理量（2）原料性质（3）原料带水量（4）回炼油回炼量（5）床层温度（6）再滑阀开度（7）终止剂量（8）两器差压。除了这些主要影响因素，操作画面上的任何一个参数都会对反应温度造成影响，只不过影响是间接的。反应温度稳态下，引入能够改变它的变量，此时系统惯性就会发生作用，有一种维持原来运动状态的力量主动来抵触变量，使其尽可能的维持原来的反应温度。假如变量是再滑阀开度，再滑阀开大，反应温度会有升高的趋势，系统惯性体现在两器差压PDTA106将会变小，增大再生线路流化阻力阻碍反应温度的上升。如果两器差压相对比较小，这就是为什么有的时候，即使小幅开了再滑阀反应温度也不会有明显的上升，因为引入的变量所能提供的力量不够强大，不足以克服系统惯性，类似于推动力小于最大静摩擦力，物体运动状态还不足以发生改变。我们还需要配合气压机提速的操作，进一步引入能够提高反应温度的力量，使其最终发生我们想要的改变。如引入的变量是二再床温，当床温变低，反应温度会有下降的趋势，系统惯性为了阻碍反应温度的下降，两器差压将会升高以此增大再生线路推动力，在再滑阀阀位不变的情况下增大催化剂流速进而增大剂油比，使反应温度尽可能的维持原来相对比较高的水平，反之亦然。

1.2两器差压PDTA106。这个参数可以说是整个催化裂化装置最重要切最敏感的一个参数。一二再压力单位为MP，两器差压的单位为mmH2O，mmH2O在数值上比MP扩大了105倍，如此的放大效应使任何的一点波动都能够反应到两器差压这个参数上。当我们一一引入所有能够增大两器差压的变量时，例如气压机提速，二再床温降低，主风增大二再压力升高等等，系统惯性为了维持原来相对比较小的两器差压内在会发生一系列反应变化，将要增大的两器差压必定会增大再生线路上的推动力，增大剂油比，使催化裂化反应更加充分以此产生更多的油气分子来填补即将增大的差压。当我们逐一引入所有能够减小两器差压的变量时，例如气压机降速，二再床温升高，汽提蒸汽量增大，原料油变重，分馏塔底液位升高等等，这些能够使两器差压变小的因素都会使再生线路阻力增大，推动力减小，催化剂流速变慢，减小的剂油比使原料油不能充分的反应以此来抵消将要减小的两器差压。

1.3系统惯性的存在，对现实操作的指导意义。以上事例只是绝大参数当中的一小部分，由于篇幅所限不能一一例举。实际操作中，绝大多数参数对于将要到来的变化首先会发生一个抵触作用，来尽可能的维持过去的状态，这就是系统惯性。在系统惯性所能够承受的范围内，系统能够自发的消耗掉一些相对比较小的变量，而系统参数不发生特别大的波动，即在我们的指标范围内。这就是一个装置的操作弹性。这也解释了为什么设计处理量越大的装置反而会相对更平稳的运行，更大的物料更多的介质意味着更大的质量和更大的惯性，其抗干扰能力越强。在实际操作中，系统惯性是可以克服的，否则，我们就得不到我们想要的调整结果。在调整过程中，由于惯性的存在，我们一而再再而三的连续调整也许没有立刻收获到我们想要的结果，但所有的调整力量一旦突破了最大静摩擦力，调整的效果就会来的比较猛烈，甚至超过我们想要的。因此在实际操作中，调整的力量要尽可能的收放有度，在系统运行状态没有改变之前，需要我们连续引入变量，当系统运行状态一旦发生改变，我们需要及时撤出变量，防止调整过度。

2 正态分布在装置操作中的意义

正态分布（Normal distribution）又名高斯分布（Gaussian distribution），是一个在数学、物理及工程等领域都非常重要的概率分布，在统计学的许多方面有着重大的影响力。

我们催化裂化的操作，很多方面都符合正态分布，即使不是一个标准的正太分布曲线也是一个和正态分布曲线相类似的曲线，即使函数关系只有正态分布曲线的一半，乃至是负数，对函数取绝对值后也会得到一个类似的正态分布曲线。比如催化剂活性对产品分布的影响，反应温度对于轻质油收率的影响，一套装置的加工量和能耗的关系，甚至是阀门开度对于介质流量的影响。一套装置建成投产，相当于数学模型已定，装置的运行是由无数变量组成，我们要做的就是通过长期生产实践找到装置正常平稳运行所能达到的安全、经济最大化和人力消耗的最小化。

3 蝴蝶效应在催化裂化装置操作中的体现

蝴蝶效应（The Butterfly Effect）是指在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。催化裂化装置是一个有机的整体，不同岗位之间，繁复的参数之间都不是孤立的。每一个参数的变化都不是无缘无故的，背后都有它必然的原因，每一个参数的变化也都会对其他参数造成影响，只是这种影响有的重大明显有的微小隐秘。在平稳状态下，昼夜的温差会对稳定系统的空冷冷却效果造成很大影响，会对主风机的风量造成影响，甚至清晨一抹亮丽的阳光都会让反应主操感到明显的风量变化，进而调整操作，此时的稳态亦不是彼时的那个稳态了。作为一线的操作人员，我们就是要尽可能的清楚每一个操作参数变化的原因，了然于胸，防患于未然。

4 把握好矛盾关系，精确调整操作

矛盾关系就是要分清楚主要矛盾和次要矛盾，要分清楚什么是矛盾的主要方面什么是矛盾的次要方面。在催化裂化的操作当中，影响因素是多方面的，调整手段也是多渠道的。特别是在催化裂化反应操作的调整中，要本着对装置平稳影响最小且最有效的原则调整。不能因为调整一个参数而把其他参数打乱，紧急时刻要找到最关键变量直接调整。