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催化裂化裝置主備風機系統智能控制的成功應用

供稿:工控網 2021/2/2 16:19:26

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  • 關鍵詞: 催化裂化 風機 煙機
  • 摘要:本文通過分析催化裝置主風機組和備風機組運行特點,在原有控制功能的基礎上增加了主、備風機組性能控制,成功實現了一鍵自動切換主、備風機,同時完善了煙機入口蝶閥、大小旁通閥的控制策略,達到了煙機穩定運行的預期效果。通過主備風機系統的智能控制功能,能夠高效的、安全的、無擾動的完成主、備機相互切換,提高了機組切換的可靠性和便捷性,同時也提高了整個催化裂化裝置運行的穩定性和智能化控制水平,節能效果顯著。

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,該裝置是國內第一套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;,是催化裂化裝置最關鍵的心臟設備,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鎖動作,使裝置進入停工處理程序。目前在國內催化裝置主、備風機組手動切換過程中,造成裝置聯鎖動作也時有發生。另外本裝置煙機蝶閥、大小旁通閥原始設計控制存在一定的缺陷,控制響應太慢,無法滿足兩器壓差快速變化的需求。因此,在2020年檢修前,公司設備處相關領導及技術骨干與北京康吉森從事壓縮機組控制系統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、兩器壓差控制響應速率達到了預期的效果。

具體實施中針對由于原先的TRICON控制系統是2009年配置的,選用的CPU是3008,系統掃描時間在80ms,這次檢修時將CPU升級為最新版本CPU3009,系統掃描之間縮短為50ms,提高了系統采樣頻率,現場數據更能及時反饋時間運行情況。同時在原來1131程序中,更新了控制系統防喘振庫函數,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。

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

2.工藝智能控制需求:

  • 系統投用10多年間,在裝置開停車及異常工況或在用設備出現故障時,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裝置運行參數大幅波動或導致非計劃停車,因此迫切需要一種智能切機控制功能,實現切機過程的自動化。有時候會存在快速把主備機切換完成,一旦出現在用機組設備故障,需要立即進行切機,減少裝置運行風險,實現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常出現雷雨天氣,環境及空氣溫濕度變化大,容易造成主風機組入口工質參數性能瞬時變化,如果此時操作工不及時調整機組負荷,會造成風機出口參數變化,影響生產;

  • 風機機組運行不在最優區間,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)關聯加權性能控制;

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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)關聯加權性能控制;

第四步,選擇主機切入系統,開始全自動切機。隨著主風機放空閥(防喘振閥)的逐漸關閉,主風進入系統,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。

如果采用備用主風機將主風機組切出系統,則以上過程中的控制對象對調。

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功能; 

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

5、直至備風機組出口單向閥關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場把備風機組出口電動閥手動關閉,最后手動可以把備風機切入安全運行狀態。

5.切機運行效果分析

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圖5-1主風機組切入系統工藝趨勢

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定值附近穩定運行,表明切機過程平穩無波動。

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:

  • 增設了調節偏差死區功能,減少了煙機蝶閥、大小旁通閥頻繁調節;

  • 取消了原先設置的爬坡功能,調節更及時有效;

  • 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不進行調節,只有超過一定波動范圍,才會調節,這樣極大地穩定了兩器壓差。 

8.主電機功率節能效果分析

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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度關到了28.8度,防喘閥總的輸出由有11.3%關到了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。不僅穩定了裝置,而其每小時節能9000KW,經濟效益非??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。后來工藝人員發現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,創造了非??捎^的經濟效益。

10.結束語

與傳統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平穩操作的要求。自機組聯動試車到正式開車以來,經不斷調整優化后,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、平穩可靠。

自1965年我國第一套催化裂化裝置投產以來,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,成功實現了如下功能:

  • 廣西石化催化裂化裝置實現了主、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裝置負荷全自動調節;

  • 煙機入口蝶閥、大小旁通閥實現了長周期自動平穩控制;

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約9000KW,經濟效益非常顯著,這項技術的成功應用,對于國內所有同類裝置提高智能操作水平、穩定操作工況、減輕操作強度、實現節能增效具有標志性的意義。

審核編輯(吳新慧)
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