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基本信息

項(xiàng)目名稱：
乙烯裂解單元集散控制系統(tǒng)(DCS) 仿真操作中有關(guān)工藝參數(shù)調(diào)控方法研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
介紹了乙烯裂解單元集散控制系統(tǒng)（DCS）仿真培訓(xùn)軟件中裂解爐升溫曲線、爐膛負(fù)壓和稀釋蒸汽流量的控制，并對(duì)工藝參數(shù)的影響因素、實(shí)際操作過(guò)程中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)操作方法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的報(bào)道。
詳細(xì)介紹：
自從１９８３年燕山石化公司前進(jìn)化工廠乙烯裂解裝置采用ＣＥＮＴＵＭ－Ａ系統(tǒng)進(jìn)行自控改造，至今已有１４家企業(yè)７６套ＤＣＳ用于生產(chǎn)過(guò)程控制，可見(jiàn)ＤＣＳ在石化企業(yè)中推廣應(yīng)用之快、應(yīng)用數(shù)量之多[1-3]。為適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需要，達(dá)到高技能人才培養(yǎng)目標(biāo)，我們石油化學(xué)工程系于2005年引入乙烯裝置集散控制系統(tǒng)(DCS)仿真培訓(xùn)軟件[4]。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，本人對(duì)乙烯裂解單元里有關(guān)工藝參數(shù)調(diào)控方法進(jìn)行探索研究，現(xiàn)報(bào)道如下： 一、 裂解爐升溫曲線的控制 裂解爐的升溫速度要符合升溫曲線（如圖所示），即開(kāi)始點(diǎn)火后溫度逐漸上升，在180-220℃之間穩(wěn)定24小時(shí)（仿真時(shí)間6分鐘）后，溫度逐漸上升，在540-560℃之間穩(wěn)定12小時(shí)（仿真時(shí)間3分鐘）后，溫度再上升至760℃，達(dá)到過(guò)熱蒸汽高備狀態(tài)。影響裂解爐升溫速度的因素主要有以下三個(gè)： 第一， 燃料氣的用量, 燃料氣用量的多少會(huì)直接影響升溫速度，同時(shí)還是衡量節(jié)能降耗的一個(gè)重要指標(biāo)。在開(kāi)車初始階段我們將燃料氣控制閥開(kāi)到2%。這一階段主要通過(guò)增加點(diǎn)燃火嘴的數(shù)目來(lái)升溫，直至將所有火嘴全部點(diǎn)燃后溫度幾乎不上升或有下降的趨勢(shì)時(shí)，再通過(guò)增加燃料的用量來(lái)升溫，確保燃料充分燃燒, 達(dá)到降低燃料用量的目的。在增加燃料氣用量時(shí)，控制閥的開(kāi)度要緩慢增加，切忌大幅度地調(diào)變，這樣不利于爐膛壓力的穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，燃料氣控制閥開(kāi)到17.5%，爐子溫度能夠上升到550℃，燃料氣控制閥開(kāi)到25%，爐子溫度能夠上升到760℃, 投油以后，要迅速升溫至832℃，這時(shí)燃料氣控制閥增加的幅度較大，一般要一下增加5%，直至開(kāi)到50%。 第二， 點(diǎn)燃火嘴的數(shù)目,裂解爐的點(diǎn)火總體順序是先點(diǎn)燃長(zhǎng)明燈燒嘴，再點(diǎn)燃底部燒嘴，最后點(diǎn)燃側(cè)壁燒嘴。為了保證四路裂解爐管的出口溫度盡量接近，裂解爐的點(diǎn)火操作要求對(duì)稱進(jìn)行，具體操作按所附點(diǎn)火順序圖進(jìn)行。 經(jīng)過(guò)試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)燃料氣控制閥開(kāi)到2%，風(fēng)門開(kāi)度為50%時(shí)，將左側(cè)壁上的2號(hào)火嘴全部打開(kāi)，溫度能夠上升到200℃，將火嘴全部打開(kāi)溫度能夠上升到400℃,火嘴全部打開(kāi)后再通過(guò)增加燃料氣的用量來(lái)升溫。 第三， 風(fēng)門的開(kāi)度，風(fēng)門的開(kāi)度不但影響升溫速度，還會(huì)影響爐膛壓力的穩(wěn)定和煙道氣氧含量，如果風(fēng)門開(kāi)度頻繁變化，爐膛壓力和煙道氣氧含量也會(huì)隨之發(fā)生變化，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定，因而我們將風(fēng)門的開(kāi)度一開(kāi)始就開(kāi)到50%，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程維持不變。 二、 爐膛負(fù)壓的控制 爐膛負(fù)壓是反映燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)，是運(yùn)行中要控制和監(jiān)視的重要參數(shù)之一。爐內(nèi)燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛負(fù)壓隨即發(fā)生相應(yīng)變化。因此，監(jiān)視和控制爐膛負(fù)壓對(duì)于保證爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定、分析爐內(nèi)燃燒工況、煙道運(yùn)行工況、分析某些事故的原因均有極其重要的意義。 運(yùn)行中引起爐膛負(fù)壓波動(dòng)的重要原因?yàn)槿紵r的變化，在引風(fēng)機(jī)保持不變的情況，由于燃燒工況總有微小的變化，故爐膛負(fù)壓總是波動(dòng)的，當(dāng)燃燒不穩(wěn)定時(shí)爐膛壓力將產(chǎn)生強(qiáng)烈波動(dòng)，爐膛負(fù)壓即相應(yīng)作出大幅度的劇烈的波動(dòng)。當(dāng)爐膛壓力發(fā)生劇烈脈動(dòng)時(shí)，往往是滅火的前兆，這時(shí)必須加強(qiáng)監(jiān)視和檢查爐內(nèi)燃燒工況、分析原因，并及時(shí)運(yùn)行調(diào)整和處理。 本仿真過(guò)程爐膛負(fù)壓要求穩(wěn)定在-30Pa。建立爐膛負(fù)壓的操作規(guī)程是打開(kāi)底部、左側(cè)和右側(cè)燒嘴風(fēng)門→啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)→用壓力控制閥將爐膛壓力調(diào)節(jié)到-30Pa。但是在操作時(shí)我們發(fā)現(xiàn)僅停留在此處并不能將壓力穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如下措施比較可靠：?jiǎn)?dòng)引風(fēng)機(jī)后將壓力控制閥開(kāi)到100%，接著引入燃料氣、點(diǎn)燃長(zhǎng)明燈火嘴，將1號(hào)火嘴點(diǎn)燃幾個(gè)（一般3-4個(gè)）使裂解爐緩慢升溫后再返回來(lái)控制壓力，小幅度減小控制閥的開(kāi)度，大概減小到開(kāi)度為90%時(shí)壓力能夠穩(wěn)定在-30 Pa。但是此時(shí)的穩(wěn)定只是暫時(shí)的，隨著點(diǎn)燃火嘴數(shù)目的增加和燃料氣用量的增加均能導(dǎo)致根據(jù)壓力發(fā)生變化，此時(shí)，只要依次小幅度地減小壓力控制閥的開(kāi)度，就能夠達(dá)到穩(wěn)定壓力的目的，最終控制閥的開(kāi)度為50%。 三、稀釋蒸汽流量控制 稀釋蒸汽在起到降低烴分壓作用的同時(shí)，還具有穩(wěn)定爐管裂解溫度、減輕爐管中鐵和鎳對(duì)烴類氣體分解生碳的催化作用及部分清焦的作用。但是加入水蒸汽的量，不是越多越好，增加稀釋水蒸汽量，將增大裂解爐的熱負(fù)荷，增加燃料的消耗量，增加水蒸汽的冷凝量，從而增加能量消耗，同時(shí)會(huì)降低裂解爐和后部系統(tǒng)設(shè)備的生產(chǎn)能力。水蒸汽的加入量隨裂解原料而異[5、6]，本仿真培訓(xùn)系統(tǒng)以石腦油為原料，正常運(yùn)行后石腦油與水蒸氣的質(zhì)量比為2：1。每臺(tái) 裂 解 爐有四股進(jìn)料，每股進(jìn)料都配有一股稀釋蒸汽，目的是盡量?jī)?yōu)化稀釋蒸汽與進(jìn)料比，提高乙烯產(chǎn)品收率。 在操作規(guī)程里對(duì)于稀釋蒸汽流量的控制操作有以下七步： 第一，當(dāng)爐膛溫度達(dá)到200℃時(shí)，向爐管內(nèi)通入稀釋蒸汽。我們將四路爐管的控制閥均開(kāi)到23.3%，這樣可以控制四路爐管稀釋蒸汽流量均勻防止偏流對(duì)爐管造成損壞，待平穩(wěn)后稀釋蒸汽的流量均為2.25 T/H。在實(shí)際操作的時(shí)候，這里有一個(gè)問(wèn)題需要注意，就是不能等溫度到達(dá)200℃后才開(kāi)始通入稀釋蒸汽,因?yàn)楫?dāng)溫度達(dá)到180℃時(shí)，智能評(píng)分系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始評(píng)分，如果等溫度達(dá)到220℃評(píng)分過(guò)程結(jié)束, 通入稀釋蒸汽的流量還沒(méi)有穩(wěn)定在2.25 T/H，就得不到滿分。我們知道稀釋蒸汽流量的穩(wěn)定需要一個(gè)過(guò)程，并且根據(jù)升溫曲線可知，在180-220℃需要恒溫6分鐘。而通入稀釋蒸汽的溫度為169℃，它會(huì)起到降溫的作用，會(huì)使得溫度波動(dòng)較大，不利于恒溫，鑒于此，我們采取提前通入稀釋蒸汽的方法，即在170℃之前就開(kāi)始通入，操作起來(lái)時(shí)間較充足、效果較好。 第二，爐膛溫度在200-550℃時(shí)，稀釋蒸汽量為正常稀釋蒸汽流量的100%。這里需要做一個(gè)說(shuō)明，正常稀釋蒸汽流量為4.5 T/H,所以在這個(gè)溫度段“稀釋蒸汽量為正常稀釋蒸汽流量的100%”即稀釋蒸汽流量為4.5 T/H,此時(shí)四路爐管的控制閥均開(kāi)到50%,待流量穩(wěn)定后即可達(dá)到要求。那么，什么時(shí)候開(kāi)始將稀釋蒸汽流量控制閥調(diào)至50%？這是此次操作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。溫度低于540℃就開(kāi)始調(diào)會(huì)扣第一步的分?jǐn)?shù)，溫度超過(guò)550℃再調(diào)，本步驟評(píng)分過(guò)程結(jié)束。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得出最佳調(diào)節(jié)溫度為545-548℃。由于可操作溫度范圍較狹窄，通入稀釋蒸汽后系統(tǒng)會(huì)降溫，并且升溫曲線要求在540-560℃之間要穩(wěn)定3分鐘，我們采取“先恒溫再調(diào)蒸汽”的方法進(jìn)行操作，即當(dāng)系統(tǒng)溫度達(dá)到540℃時(shí)即開(kāi)始將少增加甚至不增加燃料氣用量,使系統(tǒng)在545℃之前就恒溫夠3分鐘，然后開(kāi)始將稀釋蒸汽控制閥調(diào)至50%。當(dāng)然，通入稀釋蒸汽后爐膛溫度會(huì)下降，此時(shí)需要根據(jù)降溫情況及時(shí)增加燃料氣的用量，同時(shí)要注意燃料氣的增加不能一下增加太多，要控制好節(jié)奏，否則溫度迅速超過(guò)550℃評(píng)分過(guò)程結(jié)束，而稀釋蒸汽流量還沒(méi)有穩(wěn)定在4.5 T/H，導(dǎo)致得分低。 第三，當(dāng)煙氣溫度超過(guò)220℃，打開(kāi)稀釋蒸汽原料跨線閥門，引適量的稀釋蒸汽進(jìn)入石腦油進(jìn)料管線，防止?fàn)t管損壞。這里的“適量”，也就是對(duì)閥門的開(kāi)度并沒(méi)有特殊要求，但是四路稀釋蒸汽管道內(nèi)此時(shí)稀釋蒸汽的流量均為4.5 T/H,為了使系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以往往將四路石腦油進(jìn)料管道的閥門也開(kāi)到50%。 第四，爐膛溫度在550-760℃時(shí)，稀釋蒸汽量為正常稀釋蒸汽 量的120%。此時(shí)稀釋蒸汽的流量為5.4 T/H,閥門的開(kāi)度為60.8%或微調(diào)，溫度在755-758℃之間時(shí)調(diào)節(jié)閥門，稀釋蒸汽流量發(fā)生變化后，體系仍然會(huì)伴隨有溫度下降，此時(shí)仍然通過(guò)增加燃料氣的投入量來(lái)將爐膛溫度維持在760℃。 第五，爐膛溫度在760-投油溫度時(shí)，稀釋蒸汽量為正常稀釋蒸汽流量的100%。 第六，石腦油進(jìn)料量增加到正常值后, 迅速關(guān)閉稀釋蒸汽原料跨線閥門，停止向石腦油進(jìn)料管道通蒸汽。 第七，將石腦油裂解的爐膛溫度增加至正常操作溫度 832℃后。迅速將稀釋蒸汽減至正常值,控制流量為4.5T/H。 乙烯裂解單元中需要控制的工藝參數(shù)還有汽包液位、煙氣氧含量、過(guò)熱蒸汽溫度、總投油量以及急冷器出口溫度等。所有工藝參數(shù)之間互相關(guān)聯(lián)，可以說(shuō)是牽一發(fā)動(dòng)全身，在實(shí)踐過(guò)程中要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化控制方案，實(shí)現(xiàn)總的控制目標(biāo)，即：第一，維持裂解爐系統(tǒng)安全運(yùn)行；第二，維持所希望的最佳轉(zhuǎn)化率，使各組爐管之間溫差最??；第三，維持合理的進(jìn)料油氣比；第四，維持所要求的總投油量；第五，通過(guò)氧量控制，維持理想的空燃比，使熱損失最小。

作品專業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

乙烯裝置平穩(wěn)開(kāi)車和平穩(wěn)運(yùn)行對(duì)于保護(hù)裝置、節(jié)能降耗及提高裝置經(jīng)濟(jì)效益都起著至關(guān)重要的作用。 本文對(duì)裂解爐開(kāi)車操作過(guò)程中升溫曲線、爐膛負(fù)壓和稀釋蒸汽流量等重要工藝參數(shù)的影響因素進(jìn)行分析并對(duì)經(jīng)驗(yàn)操作方法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的報(bào)道。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

操作方法及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于對(duì)乙烯裂解單元集散控制系統(tǒng)(DCS)的反復(fù)實(shí)踐，方法有效，數(shù)據(jù)可靠，能為相應(yīng)的崗位操作工、相關(guān)課程教學(xué)及培訓(xùn)學(xué)員提供借鑒和參考。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

近年來(lái)，我國(guó)乙烯工業(yè)發(fā)展較快，不斷有新的乙烯裝置投產(chǎn)，因而會(huì)產(chǎn)生更多的乙烯崗位從業(yè)人員，鑒于此，將乙烯裂解單元集散控制系統(tǒng)(DCS) 仿真操作中有關(guān)工藝參數(shù)調(diào)控方法進(jìn)行報(bào)道，以便為相應(yīng)的崗位操作工、相關(guān)課程教學(xué)及培訓(xùn)學(xué)員提供借鑒和參考。

學(xué)術(shù)論文摘要

介紹了乙烯裂解單元集散控制系統(tǒng)（DCS）仿真培訓(xùn)軟件中裂解爐升溫曲線、爐膛負(fù)壓和稀釋蒸汽流量的控制，并對(duì)工藝參數(shù)的影響因素、實(shí)際操作過(guò)程中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)操作方法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的報(bào)道。

獲獎(jiǎng)情況

蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院石化挑戰(zhàn)杯一等獎(jiǎng)

鑒定結(jié)果

蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院石化挑戰(zhàn)杯一等獎(jiǎng)

參考文獻(xiàn)

1 。 2 李紹宇，徐竹林，乙烯生產(chǎn)中計(jì)算機(jī)控制的應(yīng)用，乙烯工業(yè)，1994，1，40-42. 3 劉偉，馬英彤，大慶石化成功實(shí)施集散控制系統(tǒng)（DCS），數(shù)字化工，2005，8，11-13。 4 乙烯裝置仿真軟件，東方仿真。 5 王煥梅主編，有機(jī)化工生產(chǎn)技術(shù)，北京：高等教育出版社，2007年。 6 崔克清主編，化工工藝及安全，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年。

同類課題研究水平概述

乙烯裂解單元集散控制系統(tǒng)（DCS）仿真培訓(xùn)軟件中裂解爐升溫曲線、爐膛負(fù)壓和稀釋蒸汽流量的控制，并對(duì)工藝參數(shù)的影響因素、實(shí)際操作過(guò)程中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)操作方法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)屬于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。
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