連續(xù)重整裝置催化劑再生控制系統(tǒng)應(yīng)用分析

趙博林 冉一寧 劉思宇 馮國發(fā)

（1.中國石油大港石化分公司；2.大連燕山石化工程設(shè)備有限公司）

連續(xù)重整催化劑再生工藝是將重整反應(yīng)器中的催化劑通過反應(yīng)器-再生器進(jìn)行連續(xù)再生，使含碳后活性降低的催化劑在再生器內(nèi)通過燒焦、氯化及干燥等步驟，恢復(fù)活性，然后將恢復(fù)了活性的催化劑再送回反應(yīng)系統(tǒng)中重復(fù)使用，從而使重整反應(yīng)能在高苛刻條件下連續(xù)、正常循環(huán)進(jìn)行。

1 催化劑再生控制系統(tǒng)功能概述

UOP CycleMax 催化劑反再工藝流程如圖1所示。

圖1 UOP CycleMax 催化劑反再工藝流程

催化劑再生控制系統(tǒng) （Catalyst Regeneration Control System，CRCS）的作用就是對(duì)接收到的來自反再裝置的過程開關(guān)、閥位開關(guān)的信號(hào)和連續(xù)的過程參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，生成輸出信號(hào)，操作閥門和報(bào)警，對(duì)催化劑在整個(gè)反再裝置內(nèi)按照設(shè)定參數(shù)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)控制，并在反再裝置發(fā)生異常過程偏差和危險(xiǎn)時(shí)， 對(duì)裝置進(jìn)行安全保護(hù)，以保證裝置長周期、連續(xù)運(yùn)行。

CRCS 對(duì)催化劑循環(huán)進(jìn)行流動(dòng)控制，包括：閉鎖料斗循環(huán)控制，催化劑循環(huán)流速度控制，待生提升線速率限制控制， 循環(huán)周期時(shí)間計(jì)算控制，閉鎖料斗上/下平衡閥、補(bǔ)償閥及差壓閥控制等。

CRCS 對(duì)催化劑反再裝置進(jìn)行安全保護(hù)，包括： 冷/熱停、 所有電磁閥控制和閥位狀態(tài)監(jiān)控報(bào)警，氮?dú)馕廴荆錈N含量）報(bào)警，待生/再生隔離系統(tǒng)開關(guān)、 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中使用的各種化學(xué)品泵閥（氮?dú)忾y、空氣閥、注氯泵、待生提升氣閥、再生提升氣閥、旁路）、加料料斗1/2、粉塵收集器、Cooldown Mode、二次結(jié)焦催化劑監(jiān)控報(bào)警,白燒抑制監(jiān)控報(bào)警及待生催化劑上積炭量監(jiān)控報(bào)警等。

2 催化劑再生控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

CRCS 可監(jiān)測催化劑再生及流動(dòng)過程中的各項(xiàng)指標(biāo)，確保工藝性能達(dá)到最優(yōu)，并確保對(duì)所涉及的催化劑流動(dòng)和再生步驟中的氫氣和氧氣環(huán)境完全隔離，是反再系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行和安全保護(hù)的最重要控制單元， 因此保證該控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)提高連續(xù)重整裝置再生器的運(yùn)行效率、 保證催化劑性能和使用壽命有著重要的作用，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

a. 優(yōu)化了催化劑再生過程，實(shí)現(xiàn)了過程可控和運(yùn)行效率最大化；

b. 再生器運(yùn)行可靠，開工率高；

c. 開車和從非穩(wěn)定操作狀態(tài)下恢復(fù)穩(wěn)定更快；

d. 對(duì)催化劑和設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，延長了催化劑的壽命，極大地減少了維護(hù)需求；

e. 確保安全運(yùn)行；

f. 遇到異常情況，控制再生器自動(dòng)停止；

g. 獨(dú)立控制，CRCS 具有與DCS 通信的功能，可通過DCS 進(jìn)行操控，也可隨時(shí)從DCS 中獨(dú)立出來，單獨(dú)運(yùn)行、控制。

3 催化劑再生控制系統(tǒng)的組成

反再系統(tǒng)是使含碳后活性降低的催化劑在再生器內(nèi)通過燒焦、氯化及干燥等步驟，恢復(fù)其活性后再送回反應(yīng)系統(tǒng)使用， 流程中具有氧氣（空氣）、氫氣、氮?dú)舛鄽怏w環(huán)境，該環(huán)境危險(xiǎn)、要求高度苛刻、操作安全性要求高、控制復(fù)雜且需連續(xù)循環(huán)運(yùn)行，所以對(duì)安全保護(hù)可編程電子系統(tǒng)（PES）要求比較高，對(duì)控制PES 模擬/數(shù)字計(jì)算能力和控制功能要求均比較全面。

保護(hù)PES 的安全功能等級(jí)為SIL3，必須獨(dú)立設(shè)置安全保護(hù)PES， 安全系統(tǒng)不能執(zhí)行相關(guān)控制功能， 安全功能必須與非安全功能分開， 所以CRCS 采用兩套PES 來分別實(shí)現(xiàn)CRCS 的安全保護(hù)和控制功能。 保護(hù)PES 是SIL3 級(jí)安全控制器，控制PES 采用功能全面、計(jì)算能力強(qiáng)大的PLC 系統(tǒng)，具有高可靠性和易操作性。CRCS 還提供了和工廠集散控制系統(tǒng)(DCS)進(jìn)行雙向通信的接口，操作員可以在DCS 上對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和控制。CRCS 還配有本地操作站計(jì)算機(jī)， 使得操作員可以在CRCS 操作站上直接操作。 此外，CRCS 還可以收集各種信息，用于系統(tǒng)診斷、工藝控制和控制器故障排除。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，執(zhí)行安控分離原則，與裝置安全保護(hù)、聯(lián)鎖動(dòng)作有關(guān)的控制全部由保護(hù)PES 執(zhí)行， 與裝置催化劑反再提升流動(dòng)、流量控制、參數(shù)設(shè)定、控制運(yùn)算等有關(guān)的功能由控制PES 執(zhí)行。

4 閉鎖料斗循環(huán)控制

閉鎖料斗的工藝流程如圖2 所示。

圖2 閉鎖料斗的工藝流程

催化劑通過閉鎖料斗，再通過整個(gè)再生器和反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)。 閉鎖料斗用來調(diào)節(jié)催化劑的循環(huán)量。 催化劑以小批量方式循環(huán)通過閉鎖料斗區(qū)，這種分批操作的周期時(shí)間確定了催化劑的循環(huán)量（循環(huán)速率）。

4.1 閉鎖料斗的主要的功能

閉鎖料斗的4 個(gè)主要功能如下：

a. 確定實(shí)際的催化劑循環(huán)速率，調(diào)節(jié)再生催化劑提升線差壓控制器的設(shè)定值；

b. 調(diào)節(jié)待生催化劑提升限制器；

c. 按預(yù)定的模式打開和關(guān)閉兩個(gè)平衡閥；

d. 利用差壓(饋通)模式、斜坡模式和自適應(yīng)模式控制補(bǔ)償閥，將再生催化劑送達(dá)脈沖區(qū)（也叫緩沖區(qū)或波動(dòng)區(qū)）。

4.2 閉鎖料斗運(yùn)行控制模式

閉鎖料斗運(yùn)行控制有3 個(gè)模式：差壓、斜坡和自適應(yīng)模式。 補(bǔ)償閥和差壓控制閥一起向閉鎖料斗緩沖區(qū)供應(yīng)增壓氣體以加壓閉鎖料斗區(qū)來保持閉鎖料斗和再生催化劑二次提升氣線間的壓差平衡。 補(bǔ)償閥系統(tǒng)可以降低由于兩個(gè)平衡閥開關(guān)引起的閉鎖料斗區(qū)的壓力波動(dòng)。 操作閉鎖料斗時(shí)，可以按3 種不同模式操作補(bǔ)償閥，但任一時(shí)刻只能采用一種模式。可以通過DCS 或操作員界面來選擇差壓模式和斜坡模式，但只能通過操作員界面來選擇自適應(yīng)模式。

表1 閉鎖料斗運(yùn)行控制模式說明

差壓模式。 在差壓模式中，補(bǔ)償閥的操作等同差壓閥，它根據(jù)來自閉鎖料斗和再生催化劑二次提升線間的差壓儀表的信號(hào)進(jìn)行開、 關(guān)操作。這樣，差壓儀表不僅控制它自己的控制閥，還控制補(bǔ)償閥，兩閥并聯(lián)操作。 該模式適用于閉鎖料斗停車時(shí)存在的不可預(yù)見的情況。 差壓模式也適用于閉鎖料斗改變條件而再啟動(dòng)時(shí)初期的幾個(gè)循環(huán)。 補(bǔ)償閥將按該模式操作直到催化劑流動(dòng)開始，操作員選擇其他方式為止。

斜坡模式。 斜坡模式是閉鎖料斗的正常操作運(yùn)行方式。 補(bǔ)償閥按照它的程序化曲線操作，該程序化曲線在各循環(huán)保持相同。 斜坡模式的補(bǔ)償閥程序化模式是缺省模式， 其控制方式是運(yùn)用固定斜坡曲線控制補(bǔ)償閥。 斜坡模式適用于補(bǔ)償閥保持閉鎖料斗和再生催化劑二次提升線間差壓平穩(wěn)且閉鎖料斗各次循環(huán)的條件相同的情況。

自適應(yīng)模式。 自適應(yīng)模式是在斜坡模式中由于設(shè)備性能及操作變化而對(duì)缺省斜坡曲線的優(yōu)化，是非正常運(yùn)行模式，在CRCS 中為倒計(jì)數(shù)運(yùn)行，從斜坡模式運(yùn)行進(jìn)入，在倒計(jì)數(shù)結(jié)束后自動(dòng)或未結(jié)束時(shí)手動(dòng)選擇退回到斜坡模式。 自適應(yīng)模式補(bǔ)償閥系統(tǒng)的功能就是減少閉鎖料斗的兩個(gè)均衡閥的啟閉動(dòng)作所導(dǎo)致的閉鎖料斗緩沖區(qū)中的壓力波動(dòng)，其目標(biāo)就是使得閉鎖料斗緩沖區(qū)和再生催化劑二次提升管之間的差壓保持恒定，從而將再生催化劑提升速率的波動(dòng)減小到最低程度。 自適應(yīng)模式中，與斜坡模式一樣，補(bǔ)償閥按照它的程序化模式操作。 然而，在自適應(yīng)模式中，控制系統(tǒng)在“觀察”周期和“計(jì)算”周期之間交替進(jìn)行控制，當(dāng)CRCS 在每兩次（“觀察”周期和“計(jì)算”兩個(gè)周期階段）閉鎖料斗循環(huán)后改變補(bǔ)償閥的程序化斜坡曲線。 自適應(yīng)模式通過監(jiān)測閉鎖料斗和再生催化劑二次提升線間差壓／閉鎖料斗波動(dòng)區(qū)再生催化劑提升氣PDIC 控制器設(shè)定值和斜坡曲線值來對(duì)補(bǔ)償閥斜坡曲線進(jìn)行優(yōu)化修正。

5 結(jié)束語

連續(xù)重整裝置催化劑再生控制系統(tǒng)內(nèi)部特有的算法和快速的響應(yīng)能夠保證重整反再過程高效、穩(wěn)定運(yùn)行,并結(jié)合其保護(hù)和控制方法能夠保證裝置生產(chǎn)的安全運(yùn)行。