工藝簡介

催化裂化是最復(fù)雜的煉油工藝過程之一。催化裂化裝置的構(gòu)成一般包括：反應(yīng)-再生器部分、主風(fēng)機(jī)部分、分餾部分、氣壓機(jī)部分、吸收穩(wěn)定部分、余熱鍋爐部分和低溫?zé)崂貌糠帧Ｓ械难b置還包括汽油脫硫醇等產(chǎn)品精制部分。

反應(yīng)-再生部分是裝置的核心部分。原料油的裂化和催化劑的再生均在此部分完成。各產(chǎn)品的產(chǎn)率和催化劑的再生效果均由反應(yīng)再生部分決定。反應(yīng)-再生部分包括反應(yīng)沉降器、提升管反應(yīng)器、再生器、內(nèi)外取熱器、催化劑罐、助燃劑和鈍化劑加入設(shè)施及反再系統(tǒng)特殊閥門等。

主風(fēng)機(jī)部分負(fù)責(zé)為再生器提供燒焦用空氣，是裝置的核心部分。對于大型化催化裂化裝置，設(shè)置煙氣能量回收系統(tǒng)可以大幅度降低能量消耗和操作費用，因此機(jī)組配置比較復(fù)雜。一般來說，主風(fēng)機(jī)部分包括主風(fēng)機(jī)-煙氣輪機(jī)機(jī)組、備用主風(fēng)機(jī)機(jī)組、增壓機(jī)機(jī)組、三級旋風(fēng)分離器、催化劑儲罐、四級施分分離器和臨界流速噴嘴、水封罐和空氣-煙氣系統(tǒng)的控制閥門等。

分餾和吸收穩(wěn)定部分的任務(wù)是分離和回收反應(yīng)所產(chǎn)生的各種產(chǎn)品。產(chǎn)品收率的高低由該部分決定。分餾系統(tǒng)的產(chǎn)品是輕柴油和油漿。分餾部分由分餾塔、輕柴油汽提塔、重柴油汽提塔、油漿汽提塔、原料儲罐和回?zé)捰凸蕖Q熱系統(tǒng)設(shè)備、加熱爐、油氣分離器、工藝機(jī)泵以及控制系統(tǒng)等組成。分餾系統(tǒng)的工藝流程比較復(fù)雜，各裝置之間的主要區(qū)別一般體現(xiàn)在換熱流程的不同上。

富氣壓縮機(jī)（氣壓機(jī)）系統(tǒng)連接分餾和吸收穩(wěn)定兩大部分。該部分由氣壓機(jī)組和入口分液罐以及控制系統(tǒng)組成。采用汽輪機(jī)驅(qū)動的氣壓機(jī)組可以變轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，因而可以最大限度地調(diào)節(jié)氣壓機(jī)的負(fù)荷，操作費用較低。

吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的產(chǎn)品是干氣、液化石油氣和穩(wěn)定汽油。吸收穩(wěn)定部分包括吸收塔、解吸塔、再吸收塔、穩(wěn)定塔、冷換設(shè)備和工藝機(jī)泵等。

余熱鍋爐是回收再生煙氣余熱的專用設(shè)備。該部分包括余熱鍋爐或CO鍋爐、CO焚燒爐本體、水封罐、煙道閥門和煙囪等。

產(chǎn)品精制部分一般包括干氣脫硫、液化石油氣脫硫脫硫醇、汽油脫硫和脫硫醇以及輕柴油精制。

主風(fēng)機(jī)組作用簡述

催化裝置催化劑表面因結(jié)焦而失去活性，如果要恢復(fù)其活性，需要通入空氣燒焦，經(jīng)燒焦后的催化劑可再生，再與催化原料油反應(yīng)。燒焦過程中產(chǎn)生之煙氣，經(jīng)除塵后由再生器頂部排出。由此可知，再生器底部需要提供充足的空氣（即主風(fēng)），由主風(fēng)機(jī)（軸流壓縮機(jī)）承擔(dān)，它是催化裂化裝置的核心設(shè)備,主風(fēng)機(jī)須連續(xù)運轉(zhuǎn),如果該設(shè)備停止運轉(zhuǎn)，催化裂化裝置也就停產(chǎn)，所以，除了主風(fēng)機(jī)，還有備用風(fēng)機(jī)。

再生高溫?zé)煔馑鶐ё叩哪芰考s占全裝置能耗的26%，裝置利用煙氣輪機(jī)來回收此部分能量，煙氣的能量除了滿足主風(fēng)機(jī)動力需要外，還能給全廠輸出電力，煙氣輪機(jī)的成功使用為石化企業(yè)的節(jié)能降耗可做出巨大的貢獻(xiàn)。

因此，主風(fēng)機(jī)組又稱能量回收機(jī)組，其結(jié)構(gòu)通常由三機(jī)（軸流壓縮機(jī)+煙機(jī)+電機(jī)/發(fā)電機(jī)）構(gòu)成主風(fēng)機(jī)三機(jī)組或由四機(jī)（軸流壓縮機(jī)+煙機(jī)+汽輪機(jī)+電機(jī)/發(fā)電機(jī)）構(gòu)成主風(fēng)機(jī)四機(jī)組。

 

催化裂化主風(fēng)機(jī)四機(jī)組的工藝流程圖

富氣壓縮機(jī)作用簡述

由分餾塔頂油氣分離器來的富氣，經(jīng)富氣壓縮機(jī)（“氣壓機(jī)”習(xí)慣叫法）入口前的文丘利管及入口閘閥進(jìn)入氣壓機(jī)的第一段壓縮，壓縮后的氣體進(jìn)入中間氣體冷卻器，富氣經(jīng)冷卻器冷至40度后，進(jìn)入氣壓機(jī)的氣液分離器進(jìn)行氣液分離。分液后的氣體進(jìn)入氣壓機(jī)二段壓縮，然后出口進(jìn)入吸收穩(wěn)定部分。氣壓機(jī)中間分液罐分離出的凝縮液則由凝縮液泵送入吸收穩(wěn)定部分，小型裝置可返回分餾部分。有的裝置在壓縮機(jī)入口設(shè)有氣液分離罐，并配有相應(yīng)的凝液排出系統(tǒng)。考慮到緊急狀態(tài)，設(shè)有富氣放火炬系統(tǒng)，由放火炬線上風(fēng)動蝶閥或風(fēng)動閘閥控制。為在機(jī)組事故緊急停機(jī)時能及時將入口卸壓，在停機(jī)信號發(fā)出時，入口放火炬閥連鎖自動打開。為了防止機(jī)組喘振，采用二段防喘振回路控制，來控制防喘振調(diào)節(jié)閥開度，以保證操作點不進(jìn)入喘振區(qū)，保持壓縮機(jī)運行的穩(wěn)定。

富氣壓縮機(jī)組工藝流程圖

主風(fēng)機(jī)的控制

1. 流量控制

主風(fēng)機(jī)的流量控制是由主風(fēng)機(jī)的進(jìn)口調(diào)門根據(jù)再生器所需空氣量的大小而進(jìn)行導(dǎo)葉調(diào)節(jié)。

2. 防喘振控制

當(dāng)主風(fēng)機(jī)的實際工作流量低于某一數(shù)值時，控制系統(tǒng)根據(jù)測量的參數(shù)及預(yù)先編制的專用的喘振控制應(yīng)用程序進(jìn)行判斷、計算、輸出，打開防喘振放空閥，增加風(fēng)機(jī)的流量，防止喘振的發(fā)生。

3. 防逆流保護(hù)

逆流保護(hù)是繼主風(fēng)機(jī)防喘振控制保護(hù)系統(tǒng)之后的第二道保護(hù)性措施，系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定的邏輯判斷是否發(fā)生逆流，如果發(fā)生持續(xù)逆流，系統(tǒng)將采取保護(hù)措施，進(jìn)入機(jī)組安全運行模式或聯(lián)鎖停機(jī)。

4. 安全運行模式控制

當(dāng)機(jī)組有在正常運行中因裝置操作需要或機(jī)組本身的原因，暫時切斷向再生器供風(fēng)，且不停主風(fēng)機(jī)時的一種“自保運行”狀態(tài)的需要時，系統(tǒng)控制機(jī)組在正常操作轉(zhuǎn)速下運行（靜葉角度保持在22度），但不向再生器送風(fēng)。

煙機(jī)的控制

1. 煙機(jī)輪盤溫度控制

煙氣輪機(jī)設(shè)有輪盤冷卻蒸汽系統(tǒng)，正常操作條件下，由輪盤溫度自動控制冷卻蒸汽流量。

2. 煙氣控制

在機(jī)組正常運轉(zhuǎn)時，應(yīng)全關(guān)雙動滑閥，所有煙氣通過煙氣輪機(jī)做功后再去余熱鍋爐回收余熱。當(dāng)煙氣中催化劑含量過高、顆粒度超標(biāo)或煙氣輪機(jī)故障時，煙氣輪機(jī)應(yīng)解列，此時應(yīng)全關(guān)煙氣輪機(jī)入口高溫蝶閥及入口高溫閘閥，煙氣通過雙動滑閥、孔板降壓器后去余熱鍋爐。

3. 煙機(jī)自動升溫及升降速控制

煙機(jī)自動升溫及升降速控制，完全解決了人為升溫控制精度不夠及影響再生器壓力等問題。

富氣壓縮機(jī)的控制

1. 防喘振控制

富氣壓縮機(jī)為單缸兩段，兩段葉輪采用背靠背的設(shè)計，兩端之間有冷卻器和分離，防喘振控制按兩段分別計算進(jìn)行高選。

2. 性能控制

根據(jù)工藝要求，富氣壓縮機(jī)通常有出口保持恒壓的要求，正常運轉(zhuǎn)時，通過升高或降低汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速從而保持壓力的穩(wěn)定。在機(jī)組有喘振發(fā)生時，性能控制于喘振控制需要采取聯(lián)偶的方式控制運行。

節(jié)能優(yōu)化控制案例：150萬噸催化主風(fēng)機(jī)組控制節(jié)能優(yōu)化改造升級

項目背景

某公司150萬噸催化裂解裝置中的核心設(shè)備主風(fēng)機(jī)組(含備機(jī)和增壓機(jī))中的主風(fēng)機(jī)組為電機(jī)-軸流主風(fēng)機(jī)-煙氣輪機(jī)組。采用北京康吉森自動化渦輪機(jī)組控制（TMC）解決方案，控制系統(tǒng)的核心為三冗余（TMR）故障安全型系統(tǒng)。

優(yōu)化方案

通過主風(fēng)機(jī)組出口壓力及出口流量自動控制靜葉及防喘振閥的控制方案，實現(xiàn)兩個控制回路之間的解耦。在此項目之前國內(nèi)沒有項目成功投用主風(fēng)量與壓力全自動控制軸流式主風(fēng)機(jī)組靜葉和防喘閥。可以選擇流量優(yōu)先或壓力優(yōu)先兩種自動控制模式，實現(xiàn)了主風(fēng)機(jī)的最佳工作工況和穩(wěn)定運行。

具體工作原理概述如下：

1) 需要升高出口壓力及出口流量時，控制系統(tǒng)會首先關(guān)閉防喘振閥，而后再開靜葉。

2) 需要降低出口壓力及出口流量時，首先關(guān)小靜葉，而后再開防喘振閥。

優(yōu)化效果

主風(fēng)機(jī)組出口流量及壓力實現(xiàn)優(yōu)化控制，根據(jù)工藝需求自動調(diào)節(jié)主風(fēng)機(jī)組靜葉及防喘振閥，真正實現(xiàn)了軸流主風(fēng)機(jī)自動匹配裝置工藝運行的目的，裝置運行更加平穩(wěn)，主風(fēng)機(jī)運行在了最佳效率區(qū)間。由于主風(fēng)機(jī)組效率受到環(huán)境溫度的變化，增加優(yōu)化控制后機(jī)組控制自動跟蹤環(huán)境溫度的變化，保持高效運行。同時增加了煙機(jī)自動升溫及升降速控制，完全替代了人為升溫控制精度不夠，影響再生器壓力的問題。

編者按

催化裂化技術(shù)是石油化工生產(chǎn)過程中最為重要的一項有效生產(chǎn)工藝技術(shù)，要想保障該項工藝的穩(wěn)定進(jìn)行，生產(chǎn)過程中會消耗大量的能源，這對我國石化企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)造成了一定的影響。對催化裂化裝置進(jìn)行有效的節(jié)能優(yōu)化改造已經(jīng)成為了相關(guān)行業(yè)工作人員需要重點考量的問題。康吉森催化裂化機(jī)組節(jié)能優(yōu)化控制解決方案，為催化裂化裝置節(jié)能降耗保駕護(hù)航。

《康吉森“雙碳”專欄》簡介

“雙碳”目標(biāo)下，工業(yè)節(jié)能是當(dāng)前的首要任務(wù)。作為流程工業(yè)安全及關(guān)鍵控制系統(tǒng)的行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，康吉森自動化幫助更多工業(yè)企業(yè)節(jié)能增效責(zé)無旁貸。為響應(yīng)國家政策號召，順應(yīng)新的發(fā)展趨勢，為工業(yè)企業(yè)節(jié)能增效保駕護(hù)航，康吉森自動化特推出《康吉森“雙碳”專欄》系列報道，借助自身經(jīng)驗積累和技術(shù)優(yōu)勢，向廣大工業(yè)企業(yè)提供節(jié)能優(yōu)化控制解決方案。