浅谈FFB-4催化裂化固定流化床反应装置控制部分改造

　　摘要：本文首先介绍了“催化裂化固定流化床反应装置”的工艺流程，详细阐述了仪表控制方面、进水、供风方面存在的问题。其次针对现状及缺陷进行控制系统改造，将温度控制部分改为继电器控制，使用XMA5000智能型控温仪表，实现自整定功能。并将原来供风和进水水手动控制方式改为自动给定。最后简单介绍了一些系统容易产生故障的原因及排除方法。
　　关键词：催化裂化，固定流化床，继电器，XMA5000，自整定功能
　　1.概述
　　催化裂化是重要的石油二次加工方法，是国内外炼厂效益的支柱。固定流化床反应装置是研究催化裂化工艺的重要装备之一。石化院炼制所使用的“FFB-4型催化裂化固定流化床反应装置”是1990年引进的实验设备，主要用于催化裂化催化剂的反应性能评价，该装置可单独采用汽油、柴油、蜡油、减压渣油为原料，可以间歇进行反应-再生操作，样品用量少，原料掺渣比高，可进行催化裂化反应、催化裂化工艺参数的研究。
　　原装置工艺设计简单，采用手动控制，控温误差较大，产品平行性、准确性能差，自动化水平也较低。应炼制所业主要求，对此套固定流化床反应装置进行控制部分改造。
　　2.装置工艺流程概述
　　
　　图2-1FFB-4催化裂化固定流化床反应装置流程图
　　1-氧气2-空气3-减压阀4-蒸馏水5-汽化炉6-预热炉7-真空泵8-反应器9-二级冷凝器10-级冷凝器11-制冷液12-收液瓶13-裂化气取样14-裂化气放空15-CO2分析仪16-烟气放空17-CO转化炉18-脱水罐
　　装置分为四个系统，分别是：气体进料、液体进料、反应、分离排放。装置的气体进料系统装置分别用氮气和氧气进行气体进料，液体进料系统分别用水、轻油和重油进行液体进料，反应系统由预热炉、反应器、加热炉、压力表、压力变送器等组成。分离系统由冷凝器、电磁阀、气动阀、压力表、压力变送器、中间罐等组成。
　　装置实验从流化开始，然后升温、原料进油称重、水称重、进油流量调节、然后进入反应炉进行反应、经过汽提、再生、裂化气计量及采样，在经过空气烧焦（或氧气烧焦）后、在进行烟气计量及采样、最后停机，完成实验。工艺流程图如图2-1所示。
　　3.存在的问题及分析
　　3.1温度控制部分现状分析
　　3.1.1分析引起温度不稳定的主要因素如下：
　　3.1.1.1在原装置中，预热炉、反应炉等系统温度的给定及控制全是单纯手动控制，控制过程中PID参数是通过操作人员根据以往经验进行调整，很难调整到最佳值。
　　3.1.1.2控温与测温的位置不在同一点，控温过程中扰动较大，易超调，易出现温度控制不平稳，发生一次超调，温度往往会上升5～20℃，势必影响其实验数据的准确性。
　　3.1.1.3原装置采用DWT-702型仪表温度控制器，需多次调整参数值，反应过程中温度控制不稳定，导致实验的平行性差，对后续实验的准确性产生一定影响，每次平行度实验技术参数很难达标。
　　3.2供风和进水控制部分存在的问题
　　3.2.1原装置中风和水的控制是手动操作，不能实现自动送风、停风、进水、停机等过程，也不能做到阶段性无人操作。
　　3.2.2不能按时供风和进水过程，风量和水量的测量不准，往往影响反应器催化剂的流化效果。原装置中对风进行过滤不彻底，空气中带有杂质从而导致风量不稳定；水量通过人工手动调节，在停风进水过程中，在一定的时间范围内催化剂不能流动起来，易形成短暂的“死床”现象。
　　3.3维护困难
　　在故障处理中，仪表设备没有原理图，控制仪表的接线图，维修过程中故障查找困难，维修周期长，严重影响实验的正常进行。
　　通过以上问题分析，对旧的固定流化床装置的改造势在必行。
　　4.实施改造
　　针对以上的问题，进行改造如下：
　　4.1温度控制部分采用继电器控制图4-1
　　
　　图4-1继电器控制电气图
　　4.2实现自整定温度控制：
　　现在市场上大多采用带微处理器的控制器控温，针对“FFB-4催化裂化固定流化床反应装置”分时控温的特点，选择XMA5000智能型专家自整定调节器，这种调节器采用单片机计算机技术设计，能够保证全量程不超差，长期运行无时漂、零漂。而且可保证长周期无故障运行。信号输入、控制输出全部采用软件调校。输入分度号、输出参数、控制算法设置方便，容易操作。不但能够满足时间程序给定，先进的PID自整定功能可广泛应用于常规的温度控制系统和具有标准信号输入的过程控制系统，解决了原来PID参数手动给定的问题，实现人工智能自整定，而且控制精度大大提高，温度精度可控制在±2℃。PID参数调整后，在参数设定区实现自锁功能，操作人员在给定设定值时不会因误操作而改变PID参数。
　　4.2.1实现分时温度控制
　　小型固定流化床工作流程：先加入200g催化剂（LBO-A工业剂），开始送风，温
　　度开始升温，到380℃（原料油预热温度）后开始进水，进水2分钟，然后继续升温到反应500℃，进原料油（液态烃、汽油、柴油、蜡油、渣油等），此时要进行2分钟的回溜时间，一分钟后油才进入反应装置，此时水量自动增大一倍，恒温反应半个小时之后进行气提反应，这时停止进水，温度继续升温，到达再生温度640℃时，氧气开始进入，恒温工作半小时，之后，开始自然降温，这样就实现固态流化床一个整个实验过程。
　　XMT-5000P温控仪编程采用温度—时间—温度格式。调试中使用的程序如下所示：
　　第一段C01=380T01=8：室温状态下开始升温至380℃；时间为8分钟
　　第二段C02=380T02=2：升温至380℃，进水2分钟；
　　第三段C02=500T02=5：升温至500℃，时间5分钟；
　　第四段C03=500T03=33：500℃情况下恒温33分钟；
　　第五段C05=640T05=5：继续升温至640℃氧气进入；
　　第六段C05=640T05=30：恒温至640℃工作30分钟；
　　第七段C05=640T05=60：开始自然降温；
　　如果需要改变控温设定值，可以通过XMT-5000P操作面板选择这几段程序，修改设定值即可。
　　由上面所写程序得到控制升温段落图4-2如下所示：
　　
　　控制升温段落图4-2
　　4.3装置中风和水自动控制：
　　在进风量的控制过程中采用浮子流量计进行控制，通过调节转子流量计的大小来控制进风的流量，保证了供风量的稳定性，使催化剂刚好完全流化。在停、送风和水的控制上，主要采用电磁阀进行控制，通过继电器的触点闭合或断开，使电磁阀带电或失电来接通或切断风和水的供应。送风进水过程采用数显时间继电器进行控制，时间继电器的使用，避免了原来送风和进水的手动给定的问题，这样不至于使催化剂有“死床”现象，从而影响流化效果。
　　5.改造后效果
　　新装置在安装完成后，联机调试，修改PID参数，通过五次的实验数据温度控制来看，偏差温度均在±1℃。多次平行样实验中平行度达到99%。平行样实验数据如下表5-1（此数据由操作人员提供）。
　　平行样实验数据5-1
　　项目 平行试验（次） 误差 损失
　　物料平衡 5  不大于±2.5%
　　柴油 5 不大于±0.5% 
　　汽油 5 不大于±0.7% 
　　焦炭 5 不大于±0.25% 
　　反应气体 5 不大于±0.5% 
　　再生气体 5 不大于±0.7% 
　　6.常见的几种故障及维护方法：
　　6.1实验过程中发现仪表显示上出现HHHH，则说明与之对应的热电偶有可能出现故障，一般情况下为热电偶断开，检查线路并查看热电偶完好情况。
　　6.2温度控制器显示的温度不变化，可检查加热丝或热电偶的线路是否完好。
　　6.3若催化剂流化效果不好，检查供风和供水的电磁阀是否工作正常，如出现电磁阀不带电或不失电，检查继电器输出是否正常，若继电器或电磁阀出现故障，要及时维修或更换。
　　6.4气源排污，气源总管经过一段时间运行后会出现一些锈蚀,进入仪表风内。在仪表开车前必须将赃物排掉。排污时，首先对过滤器减压阀进行排放，在对仪表风线管进行排放。待排净后再供气，防止气源不干净造成恒节流孔堵塞等现象，导致仪表故障。
　　7.结束语
　　此次固定流化床实验装置改造后，不但提高了生产装置的平稳性和安全性，也提高了实验数据的准确性。尤其是实现自动控制功能，新装置可以实现夜间阶段性无人操作，为操作人员节省人力和时间，操作也简单方便。在故障处理中容易查找问题，大大缩短维修时间，为实验生产的平稳运行提供了有利的条件。
　　
　　
　　参考文献：《XMA5000型智能型专家自整定调节器使用用户手册》
　　《FFB-4型催化裂化固定流化床使用说明书》

《浅谈FFB-4催化裂化固定流化床反应装置控制部分改造》

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