闭锁料斗是进行重整催化剂连续再生的核心装置, 目前世界上最主要的两种闭锁料斗工艺分别是阀控式和密封阀式, 各自具备优势和不足。IFP公司 (法国) 是两种闭锁料斗工艺的重要提供方, 对于阀控式而言, 由于逻辑控制系统的开发原理较为简单, 实现手段较多, 因此得到了较快推广, 但这一公司的投资较高、容易堵塞设备, 由此产生磨损和老化;美国环球油品 (UOP) 和IFP联合提供的ERGEN C技术, 进一步促使该工艺完善和成熟。
一般来说, 石化工业中连续重整装置的主要原料是石脑油, 临氢催化反应后可以生产高辛烷值汽油组分, 以及重要的芳烃原料, 其副产品为氢气, 在提倡清洁能源利用的现代社会, 进一步提高了改工艺的推广价值。IFP的闭锁料斗系统中, 包括了反应器、上部缓冲罐、闭锁料斗、出入口、切断阀、压力平衡阀等装置。在正常的运转状态下, 反应器中的催化剂可利用氮气携带进入上部缓冲罐, 当催化剂组分达到临界值以后, 待生催化剂在压力控制下被输送到闭锁料斗, 这一过程被称之为“装料”;随后, 等待上部缓冲罐的空间足够大, 催化剂又会被从闭锁料斗中运出, 重新回到上部缓冲罐的存储区, 这一过程被称之为“卸料”。装料和卸料的反复运转、循环进行, 整个交替的连续性保障了催化剂的连续运输。
根据IFP工艺的闭锁料斗特征, 当上部缓冲罐中的待生催化剂达到临界值水平以后, 由于压力、重力等作用会自动实现 (定期) 向闭锁料斗的输送, 然后再度返回到存储区, 这其中就产生了一个关键的控制对象, 即单位时间内的循环次数 (或催化剂循环量) ;以锁闭料斗的固定容量来决定循环时间 (1H) , 并考虑上部缓冲罐的压力远低于下部再生器压力的事实, 所以可以认定, 两者之间气压达到平衡的时间点, 就是进行控制操作的时间点。再操作过程中, 可采用DSC系统自动进行, 程序会根据现场数据自动运行, 包括工艺信息参数、状态产生、闭合参数等。
前文中已经阐明, 闭锁料斗的工作机制可分为两个组成部分, 分别是装料和卸料, 基于DSC程序控制, 闭锁料斗程序可设计成“加载”和“卸载”两部分。其中, 加载程序监控上部缓冲罐向闭锁料斗“装料”的工程, 卸载程序监控闭锁料斗中催化剂向上部缓冲罐回溯的过程;基于人机操作需求, 程序员可利用DSC界面的控制机制, 记录数据或随时停止反应, 换而言之, 人工操作具有最高权限, 这样一旦程序自动设定发生异常, 如仪表故障、工艺问题、阀门故障等, 可以绕过程序操作实现快速处理。
工业应用程序设计中需要充分考虑工艺、设备、技术、原料等之间的发生滞后性, 为了提高连续重整催化剂反应精准性, 加载和卸载程序设计过程中, 可以视为相对独立的两个组成部分, 分别制定过渡性的“加载阶段”、“卸载阶段”, 加载阶段包括系统自动装料、人工装料, 卸载阶段包括自动卸料和人工卸料两个部分。这种“过渡性”可以满足“反应停止”和“程序停止”的同步性。
同时, 过渡机制的存在, 确保操作人员能够根据催化剂所在的目前为止, 利用DCS人机交互界面实现目的性操作, 或卸料或装料, 在两种生产需求中随意切换, 扩大了系统程序应用的范围。
连续重整IFP工艺的闭锁料斗控制中使用DCS人机交互系统, 它的停机实现有两种机制, 其一是依靠停机输送程序, 其二是人工停机, 操作人员可以在高权限状态下随时终止催化剂的输送, 当然, 这一过程也是依靠系统停机指令实现的。考虑到关闭气密阀门的行为有延迟性, 所以停机指令执行之后, 需要重新设置标志, 以确保管道中的催化剂排放干净, 加载、卸载的指令才能恢复有效性。
采取浙江中控提供的ECS-700系统作用于DCS项目, 该系统具有很好的集成性, 软件功能中除了常用的PID控制功能之外, 还支持多种语言 (ST/SFC) , 可以十分便捷地开发顺控逻辑程序, 其特点包括三个方面。
第一, 投资小, 安全简单。实践中验证, 该系统中的所有部件都能够有效地支持冗余, 并能够自动地检测和处理安全故障, 确保生产安全、系统安全和人员安全, 总体上投资较小, 便于市场推广。
第二, 逻辑程序编写简易、直观。现有的ECS-700以ST语言为基础, 但在具体的开发过程中, 选用DIO-21v逻辑控制功能块, 可以将开关反馈、输出状态、保持时间等有效的引入, 整个过程简易直观, 不需要过度开发。
第三, 人机交互界面友好。采用HIM界面提供较好的友好性, 操作方便简单, 所有的工艺信息实时显示, 可根据工况变化在线调整。
整体上, 石油工业中催化剂重整是生产高辛烷值汽油、芳烃的重要途径, 在目前我国经济快速发展、基本有机化工原料需求增加、环保矛盾日益尖锐的情况下, 提高催化剂重整加工能力, 可以有效地实现供给满足。IFP工艺的连续重整中的闭锁料斗控制与国产DCS系统的结合, 对石化工业发展具有重要的现实意义, 同时对其他重要石化装置在国产DCS系统中应用也具有很好的借鉴价值。
摘要：闭锁料斗被视为重整催化剂连续发生装置的核心装置, 从功能上来说, 它主要负责实现上部低压区的催化剂传输, 使其作用于下部高压区, 其运行机制主要依赖于闭锁料斗内的气压变化, 以此来实现催化剂流量稳定、连续控制, 满足催化剂无阀输送的需求。本文中笔者结合DCS控制系统 (浙江中控) 在ECS-700上的运行特点展开分析, 针对闭锁料斗装置可实现稳定的自动运行需求, 探索控制方案的实现策略。
关键词：闭锁料斗,控制方案,IFP工艺,系统控制
[1] 何文, 王国庆.连续重整IFP工艺的闭锁料斗控制方案实现[J].仪器仪表标准化与计量, 2017, (02) :18-21.
[2] 张文吉.S Zorb装置闭锁料斗常见故障分析及处理[J].炼油技术与工程, 2016, (12) :38-41+45.
[3] 王琛.重整装置中闭锁料斗控制程序的工程设计[J].广州化工, 2014, (15) :208-211.
[4] 张丹平.连续重整闭锁料斗控制系统研究[J].石化技术, 2008, 15 (3) :50.
