一、前言 中控WebField系列控制系統在煉油、石化的典型裝置上得到了廣泛應用，在國內煉油和石化行業市場占有率一直居于領先地位，是國內唯一的與中石化建立了MES建設戰略合作伙伴關系的DCS廠家。 中控在石化行業有著完善的裝置解決方案，豐富的工程實施經驗。目前WebField系列控制系統已在諸如常減壓蒸餾、催化裂化、加氫精制、延遲焦化、溶劑脫瀝青、氣體分離、各類制氫、硫磺回收、PVC、苯酐、苯胺、環己酮等煉油及石化行業的各個主流裝置得到廣泛應用，包括中石化、中石油所屬的鎮海煉化、揚子石化、茂名石化、齊魯石化、大慶石化等大中型石化企業中均已采用中控提供的控制系統和解決方案實現了對煉油及石化生產過程的控制。目前，中控WebField系列控制系統在催化裂化裝置都有成功應用的工程案例。 二、工藝流程簡介 催化裂化是在熱裂化工藝上發展起來的，是提高原油加工深度，生產優質汽油、柴油最重要的工藝操作。原料主要是原油蒸餾或其他煉油裝置的350～540℃餾分的重質油，催化裂化裝置分為三個主要部分：反應再生部分、分餾部分和吸收穩定部分，催化裂化所得的產物經分餾后可得到氣相油品、汽油、柴油和重質餾份油，見圖1所示。 三、催化裂化裝置控制策略3.1 控制方案 在煉油廠，催化裂化裝置是工藝復雜、操作難度大的裝置之一。世界上許多國家都把催化裂化工藝作為原油深加工和提高煉廠經濟效益的重要手段。因此，工藝、設備、控制等方面有較小的改進，都可能會產生很大的效益。 對催化裂化裝置來說最終目標一方面是平穩操作，另一方面是要求產品分配達到最優。 ＊反應器溫度控制 反應溫度是影響催化裂化裝置產品產率和產品分布的關鍵參數，它直接影響產品的質量和數量，可以通過調節再生催化劑的循環量來控制。本方案引入提升管溫度TI01與再生滑閥差壓組成低值選擇控制，其中再生滑閥差壓起到超馳控制的作用，以實現再生滑閥低壓差軟限保護，防止催化劑倒流，如圖2所示。 1）正常工況時,再生塞閥TV101（風開閥FC）上有較高壓差，用于維持催化劑的正常流化，所以再生滑閥差壓PDI105測量值PV總是大于設定值SV，調節器PDICA105設置為正作用，而且其比例帶P和積分時間常數T設置得都比較小，所以其輸出值較大，正常情況下總是大于溫度調節器TICA101的輸出值，低選擇器ORST101一般是選中TICA101的輸出來控制再生塞閥TV101動作，達到溫度控制的目的，當提升管溫度TI101降低時，調節器TICA101設置為反作用，其輸出增大，控制再閥TV101增大開度，加大催化劑循環量，使溫度升高。 2） 異常情況下, 二個系統之間壓差減小或當再生塞閥TV101開度太大，閥上的壓差就會減小，當壓差小于設定值SV時，調節器PDICA105輸出會迅速減小，當它小于溫度TICA101輸出時就被選中去控制再生塞閥TV101，使閥門開度減小以維持閥門的壓差，以確保油氣催化劑能正常循環，防止出現倒流造成事故。 這種在不同工況下實現對再閥TV101控制權的轉換，是本控制方案的核心所在。 ＊反應沉降器壓力－分餾塔頂壓力控制 反應器壓力可以根據不同工況階段通過選擇開關控制三個不同的閥來實現： 兩器烘爐及流化階段:利用安裝在沉降器頂出口油氣管線上的放空調節閥來控制。 反應器進油前建立汽封至兩器流化升溫階段：由測壓點設在催化分餾塔頂的壓力調節器調節塔頂出口油氣蝶閥的開度來控制兩器壓力。 反應器進油至啟動富氣壓縮機前階段：通過調節氣壓機入口富氣放火炬小閥的開度來控制，并遙控與放火炬小閥并聯的大口徑閥以保證進油階段反應壓力穩定。 正常生產階段：富氣壓縮機投入運行后，反應器壓力由催化分餾塔頂壓力調節器控制汽輪機調速器，通過控制汽輪機轉速來保正反應壓力的穩定。同時防喘振投自動，富氣壓縮機入口壓力調節器控制壓縮機入口富氣放火炬大閥投自動。 [align=center] 圖3 分餾塔系統工藝流程監控圖[/align] ＊沉降器和再生器之間差壓、再生器壓力控制以及煙機轉速控制 大型催化裝置一般有煙機，再生器出來的煙氣驅動煙機同時回收壓力能量。再生器的壓力控制、再生器與沉降器之間的壓力差維持以及煙機轉速控制顯得尤為重要，也是整個控制方案的難點。 沉降器和再生器之間差壓由差壓調節器控制，它設置為正作用，當反應器（沉降器）不正常，壓力下降時，沉降器與再生器的差壓變小，當小于安全給定范圍以下時,差壓調節器的輸出很快減小（它的比例帶P和積分時間常數T設置得小），低選器1選中再生器與沉降器的差壓調節器的輸出信號，無擾動地取代再生器壓力調節器的輸出信號。使雙動滑閥和高溫蝶閥的開度增加，以降低再生器的壓力，維持沉降器與再生器差壓在給定值范圍內。所以這個沉降器與再生器的差壓信號起到超馳軟限保護。當反應器壓力恢復后,系統又會無擾動地自動轉入再生器壓力控制煙機入口高溫蝶閥和煙氣雙動滑閥。 再生器壓力調節器同時與煙機轉速調節器組成超弛（低選）控制回路，實現煙機超轉速軟限保護。其控制流程如圖4所示。 [align=center] 圖4 再生壓力與煙機轉速協調控制示意圖 [/align] ＊分餾塔溫度控制 1）為了取走分餾塔過剩熱量而使塔內氣、液負荷分布均勻，在塔的不同位置一般設有4個循環回流：頂循環回流、一中段回流、二中段回流、和油漿循環回流,回流流量設定值調節。 2）分餾塔頂溫度控制采用串級控制方案,主回路是分餾塔頂溫度控制，副回路是回流粗汽油（頂循環回流）流量調節； ＊穩定塔的控制 1）穩定塔提餾段設靈敏板溫度（含塔頂）溫度控制回路和液化石油氣組分（C5、C2）控制回路，作為液化石油氣質量的間接和直接指標，塔頂溫度控制與塔頂回流流量設串級調節系統，也可選擇與液化石油氣產品的抽出流量組成串級控制系統。 2）為了將產品抽出量與塔頂回流流量相關聯，穩定塔頂回流灌液位與頂回流泵入口流量作串級控制系統。 3）穩定塔頂壓力控制設置為典型的熱旁路控制（分程控制）。為了保證熱旁路控制的投用，在不凝氣聚集過多時，可由不凝氣排放閥排放，使熱旁路控制恢復正常。 [align=center] 圖5 吸收穩定系統工藝流程監控圖[/align] ＊主風機防喘振控 引起喘振飛動的原因是機組入口流量低和出口壓力高。主風機防喘振控制由防喘振調節器調節主風機出口放空閥。在正常運行時，機組總是在大于喘振限小于阻塞限的區域內運行，放空閥全關。當風量達到防喘振流量限制值時，自動開啟放空閥。以保護機組處于安全的運行狀態。當生產出現反應器溫度低，主風流量低等異常工況時，ESD必須聯鎖動作，以保護裝置安全。 [align=center] 圖6 主風機防喘振控[/align] 3.2 先進和優化控制 我公司一直致力于FCCU先進控制方面的研究與實踐，并取得了較滿意的效果和業績。其中已在福建煉油廠年處理140萬噸的催化裂化生產裝置上實現成功應用，所提供的APC軟件，對于催化裂化生產過程的原料性質變化和生產負荷變化都有較強適應能力，系統投運后，可使整個生產裝置總輕質油收率提高0.5%以上。提高了輕柴油的收率，年創利500多萬元。取得了良好經濟收益和社會效益。 特色控制策略： ★ 建立了催化裂化生產過程反再系統32個動態數學模型，為多變量預測控制打下基礎； ★ 給出了催化裂化反應熱計算，催化劑循環量估計，再生器燒焦狀況觀測，粗氣油干點，輕柴油傾點和產品分布觀測等11個軟測量模型，解決了重要生產過程狀態和產品質量指標不可在線測量的困難，同時為產品質量卡邊控制提供條件； ★ 設計了汽劑比控制，反應器溫度分布控制，反應再生系統多變量預估協調控制，輕柴油質量卡邊控制和粗汽油干點質量卡邊控制等7個先進控制系統，保證生產過程平穩操作和產品質量卡邊，從而提高整個裝置的經濟效益； ★ 針對催化裂化反再系統工藝流程復雜，操作條件要求苛刻，為防止裝置工藝設備、測量系統等故障狀態的發生，開發出一套基于物料、壓力和能量平衡的智能故障檢測預報系統。該系統可迅速、直觀地預報裝置的異常狀態，確保生產過程安全、穩定地運行，從而提高輕柴油的收率，年創利500多萬元。同時，可以降低催化裂化生產過程能源消耗，降低能耗指數。另一方面，生產過程操作更加安全、平穩，防止意外事故的發生。 新技術的應用，可以進一步提高催化裂化生產過程自動化應用水平、管理水平，減輕勞動強度，也可為企業培養一批使用高新技術的人才，促進企業的技術進步和提高企業的技術素質。 四、典型業績 催化裂化是原油二次加工中最重要裝置之一，公司從成立至今，完成的催化裂化項目已有四十余個，裝置規模從5萬噸到80萬噸不等，下面是我們部分典型項目：