1. 常减压工艺流程
常减压装置是常压蒸馏和减压蒸馏两个装置的总称,因为两个装置通常在一起,故称为常减压装置。主要包括三个工序:原油的脱盐、脱水;常压蒸馏;减压蒸馏。以下是我为大家整理的关于常减压工艺流程,给大家作为参考,欢迎阅读!
电脱盐基本原理:
为了脱掉原油中的盐份,要注入一定数量的新鲜水,使原油中的盐充分溶解于水中,形成石油与水的乳化液。
在强弱电场与破乳剂的作用下,破坏了乳化液的保护膜,使水滴由小变大,不断聚合形成较大的水滴,借助于重力与电场的作用沉降下来与油分离,因为盐溶于水,所以脱水的过程也就是脱盐的过程。
常压蒸馏和减压蒸馏都属物理过程,经脱盐、脱水的混合原料油加热后在蒸馏塔里,根据其沸点的不同,从塔顶到塔底分成沸点不同的油品,即为馏分,这些馏分油有的经调和、加添加剂后以产品形式出厂,绝大多是作为二次加工装置的原料,因此,常减压蒸馏又称为原油的一次加工。
1、电脱盐罐 其主要部件为原油分配器与电级板。
原油分配器的作用是使从底部进入的原油通过分配器后能够均匀地垂直向上流动,目前一般采用低速槽型分配器。
电极板一般有水平和垂直两种形式。交流电脱盐罐常采用水平电极板,交直流脱盐罐则采用垂直电极板。水平电极板往往为两至三层。
2、防爆高阻抗变压器 变压器是电脱盐设备的关键设备。
3、混合设施。 油、水、破乳剂进脱盐罐前应充分混合,使水和破乳剂在原油中尽量分散到合适的浓度。一般来说,分散细,脱盐率高;但分散过细时可形成稳定乳化液反而使脱盐率下降。脱盐设备多用静态混合器与可调差压的混合阀串联来达到上述目的。
工艺流程:炼油厂多采用二级脱盐工艺,图:1-1 所在地址
常压蒸馏原理:
精馏又称分馏,它是在精馏塔内同时进行的液体多次部分汽化和汽体多次部分冷凝的过程。
原油之所以能够利用分馏的方法进行分离,其根本原因在于原油内部的各组分的沸点不同。
在原油加工过程中,把原油加热到360~370℃左右进入常压分馏塔,在汽化段进行部分汽化,其中汽油、煤油、轻柴油、重柴油这些较低沸点的馏分优先汽化成为气体,而蜡油、渣油仍为液体。
减压蒸馏原理:
液体沸腾必要条件是蒸汽压必须等于外界压力。
降低外界压力就等效于降低液体的沸点。压力愈小,沸点降的愈低。如果蒸馏过程的压力低于大气压以下进行,这种过程称为减压蒸馏。
常减压装置的主要设备为: 塔 和 炉。
塔是整个装置的工艺过程的核心,原油在分馏塔中通过传质传热实现分馏作用,最终将原油分离成不同组分的产品。最常见的常减压装置流程为三段气化流程或称为“两炉三塔流程”,常减压中的塔包括:初馏塔或闪蒸塔、常压塔、减压塔。
a、蒸馏塔的结构:
塔体:塔体是由直圆柱型桶体,高度在35~40米左右,材质一般为A3R或16MnR,对于处理高含硫原油的装置,塔内壁还有不锈钢衬里。
塔体封头:一般为椭圆形或半圆形。
塔底支座:塔底支座要求有一定高度,以保证塔底泵有足够的灌注压头。
塔板或填料:是塔内介质接触的载体,传质过程的三大要素之一。
开口及管嘴:是将塔体和其它部件连接起来的部件,一般由不同口径的无缝钢管加上法兰和塔体焊接而成。
人孔:是进入塔内安装检修和检查塔内设备状况之用,一般为直径450~500的圆型或椭圆型孔。
进料口:由于进料气速高,流体的冲刷很大,为减小塔体内所受损伤。同时为使气、液分布和缓冲的作用。进料处一般有较大的空间,以利于气液充分分离。
液体分布器:使回流液体在填料上方均匀分布,常减压装置应用较多的是管孔式液体分布器和喷淋型液体分布器。
气体分布器:气体分布器一般应用在汽提蒸汽入塔处,目的是使蒸汽均匀分布。
破沫网:在减压塔进料上方,一般都装有破沫网,破沫网由丝网或其它材料组成,当带液滴的气体经过破沫网时,液滴与破沫网相撞,附着在破沫网上的液滴不断积聚,达到一定体积时下落
集油箱:主要作用是收集液体供抽出或再分配。集油箱将填料分成若干个气相连续液相分开的简单塔,它靠外部打入液体建立塔的回流。
塔底防漏器:为防止塔底液体流出时,产生旋涡将油气卷入,使泵抽空。塔底装有防漏器。它还可以阻挡塔内杂质,防止其阻塞管线和进入泵体内。
外部保温层:一般用集温温砖砌成,并用螺丝固定,外包薄铁皮或铝皮,保温层起隔热和保温作用。
b、加热炉:一般为管式加热炉,其作用为:是利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源,加热炉中高速流动的物料,使其达到后续工艺过程所要求的温度。
管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧及通风系统五部分组成。
通常包括钢结构、炉管、炉墙、燃烧器、孔类配件等。
辐射室:辐射室是加热炉进行热交换的主要场所,其热负荷占全炉的70~80%。
辐射室内的炉管,通过火焰或高温烟气进行传热,以辐射为主,故又称辐射管。它直接受火焰辐射冲刷,温度高,所以其材料要具有足够的高温强度和高温化学稳定性。
对流室:对流室是辐射室排出的高温烟气进行对流传热来加热物料。烟气以较高的速度冲刷炉管管壁,进行有效的对流传热其热负荷占全炉的20~30%。对流室一般布置在辐射室之上,有的单独放在地面。为了提高传热效果,多采用钉头管和翅片管。
余热回收系统:余热回收系统用以回收加热炉的排烟余热。
以靠预热燃烧空气来回收,使回收的热量再次返回到炉中
是采用另外的系统回收热量。前者称为空气预热方式,后者通用水回收称为废热锅炉方式。
燃烧及通风系统:通风系统的作用是把燃烧用空气导入燃烧器,将废烟气引出炉子。
它分为自然通风和强制通风两种方式。前者依靠烟囱本身的抽力,后者使用风机。
过去,绝大多数炉子都采用自然通风方式,烟囱安装在炉顶。
2. 常减压蒸馏原理流程图
原料油在蒸馏塔里按蒸发能力分成沸点范围不同的油品(称为馏分),这些油有的经调合、加添加剂后以产品形式出厂,相当大的部分是后续加工装置的原料,因此,常减压蒸馏又被称为原油的一次加工。以下是我为大家整理的关于常减压蒸馏原理流程图,给大家作为参考,欢迎阅读!
1、 基本概念
1.1饱和蒸汽压
任何物质(气态、液态和固态)的分子都在不停的运动,都具有向周围挥发逃逸的本领,液体表面的分子由于挥发,由液态变为气态的现象,我们称之为蒸发。挥发到周围空间的气相分子由于分子间的作用力以及分子与容器壁之间的作用,使一部分气体分子又返回到液体中,这种现象称之为冷凝。在某一温度下,当液体的挥发量与它的蒸气冷凝量在同一时间内相等时,那么液体与它液面上的蒸气就建立了一种动态平衡,这种动态平衡称为气液相平衡。当气液相达到平衡时,液面上的蒸气称为饱和蒸汽,而由此蒸气所产生的压力称为饱和蒸汽压,简称为蒸汽压。蒸气压的高低表明了液体中的分子离开液面气化或蒸发的能力,蒸气压越高,就说明液体越容易气化。
在炼油工艺中,根据油品的蒸气压数据,可以用来计算平衡状态下烃类气相和液相组成,也可以根据蒸气压进行烃类及其混合物在不同压力下的沸点换算、计算烃类液化条件等。
1.2气液相平衡
处于密闭容器中的液体,在一定温度和压力下,当从液面挥发到空间的分子数目与同一时间内从空间返回液体的分子数目相等时,就与液面上的蒸气建立了一种动态平衡,称为气液平衡。气液平衡是两相传质的极限状态。气液两相不平衡到平衡的原理,是气化和冷凝、吸收和解吸过程的基础。例如,蒸馏的最基本过程,就是气液两相充分接触,通过两相组分浓度差和温度差进行传质传热,使系统趋近于动平衡,这样,经过塔板多级接触,就能达到混合物组分的最大限度分离。
2、蒸馏方式
在炼油厂生产过程中,有多种形式蒸馏操作,但基本类型归纳起来主要有三种,即闪蒸、简单蒸馏和精馏
2.1闪蒸(平衡汽化)
加热液体混合物,达到一定的温度和压力,在一个容器的空间内,使之气化,气
液两相迅速分离,得到相应的气相和液相产物,此过程称为闪蒸。当气液两相有足够的接触时间,达到了汽液平衡状态,则这种气液方式称为平衡汽化。
2.2简单蒸馏(渐次汽化)
液体混合物在蒸馏釜中被加热,在一定压力下,当温度达到混合物的泡点温度时,液体即开始气化,生成微量蒸气,生成的蒸气当即被引出并经冷凝冷却后收集起来,同时液体继续加热,继续生成蒸气并被引出。这种蒸馏方式称为简单蒸馏或微分蒸馏,借助于简单蒸馏,可以使原料中的轻、重组分得到一定程度的分离。
2.3精馏
精馏是分离混合物的有效手段,精馏有连续式和间歇式两种,石油加工装置中都采用连续式精馏,而间歇式一般用于小型装置和实验室。
连续式精馏塔一般分为两段:进料段以上是精馏段,进料段以下是提馏段。精馏塔内装有提供气液两相接触的塔板和填料。塔顶送入轻组分浓度很高的液体,称为塔顶回流。塔底有再沸器,加热塔底流出的液体以产生一定量的气相回流,塔底的气相回流是轻组分含量很低而温度较高的气体。气相和液相在每层塔板或填料上进行传质和传热,每一次气液相接触即产生一次新的气液相平衡,使气相中的轻组分和液相中的重组分分别得到提浓,最后在塔顶得到较纯的轻组分,在塔底得到较浓的重组分,借助于精馏,可以得到纯度很高的产品。
实现精馏的必要条件有
(1)建立浓度梯度,液体混合物中各组分的相对挥发度有明显差异是实现精馏过程的必要条件。
(2)合理的温度梯度,塔顶加入轻组分浓度很高的回流液体、塔底用加热或汽提的方法产生热的蒸气。
(3)精馏塔内必须要有塔板或填料,它是提供气液充分接触的场所。
3. 蒸汽发生器作用
蒸汽发生器作用大致可以分为三类,在实际应用中,蒸汽能用来加温、加湿或者作动能,有些行业则需要蒸汽加温加湿同时进行。
混凝土养护蒸汽发生器
此外,蒸汽发生器在混凝土养护上的应用也非常多,这里蒸汽发生器作用便是加温加湿,加温是为了加速混凝土硬化,加湿是为了避免混凝土裂缝产生。
综上所述,蒸汽发生器作用范围很广,即可用来加温、加湿,还能用来作动能。
4. 常减压蒸馏的作用及地位 如题
常压蒸馏就是在一个大气压下进行的蒸馏,在石油炼制中广泛使用.
对于沸点较高的组分,如果在常压下进行加热,很容易在蒸发过程中因温度太高伴随裂解或其他不良反应,因此采用减压蒸馏,利用液体沸点随压力降低而下降的原理,降低蒸馏温度.
炼制高沸点石化产物的时候使用.
5. 常减压装置的主要设备
1、电脱盐罐 其主要部件为原油分配器与电级板。
原油分配器的作用是使从底部进入的原油通过分配器后能够均匀地垂直向上流动,目的一般采用低速槽型分配器。
电极板一般有水平和垂直两种形式。交流电脱盐罐常采用水平电极板,交直流脱盐罐则采用垂直电极板。水平电极板往往为两至三层。
2、防爆高阻抗变压器 变压器是电脱盐设备的关键设备。
3、混合设施。 油、水、破乳剂进脱盐罐前应充分混合,使水和破乳剂在原油中尽量分散到合适的浓度。一般来说,分散细,脱盐率高;但分散过细时可形成稳定乳化液反而使脱盐率下降。脱盐设备多用静态混合器与可调差压的混合阀串联来达到上述目的。
工艺流程:炼油厂多采用二级脱盐工艺,图:1-1 所在地址
常压蒸馏原理:
精馏又称分馏,它是在精馏塔内同时进行的液体多次部分汽化和汽体多次部分冷凝的过程。
原油之所以能够利用分馏的方法进行分离,其根本原因在于原油内部的各组分的沸点不同。
在原油加工过程中,把原油加热到360~370℃左右进入常压分馏塔,在汽化段进行部分汽化,其中汽油、煤油、轻柴油、重柴油这些较低沸点的馏分优先汽化成为气体,而蜡油、渣油仍为液体。
减压蒸馏原理:
液体沸腾必要条件是蒸汽压必须等于外界压力。
降低外界压力就等效于降低液体的沸点。压力愈小,沸点降的愈低。如果蒸馏过程的压力低于大气压以下进行,这种过程称为减压蒸馏。
常减压装置的主要设备为: 塔 和 炉。
塔是整个装置的工艺过程的核心,原油在分馏塔中通过传质传热实现分馏作用,最终将原油分离成不同组分的产品。最常见的常减压装置流程为三段气化流程或称为“两炉三塔流程”,常减压中的塔包括:初馏塔或闪蒸塔、常压塔、减压塔。
a、蒸馏塔的结构:
塔体:塔体是由直圆柱型桶体,高度在35~40米左右,材质一般为A3R或16MnR,对于处理高含硫原油的装置,塔内壁还有不锈钢衬里。
塔体封头:一般为椭圆形或半圆形。
塔底支座:塔底支座要求有一定高度,以保证塔底泵有足够的灌注压头。
塔板或填料:是塔内介质接触的载体,传质过程的三大要素之一。
开口及管嘴:是将塔体和其它部件连接起来的部件,一般由不同口径的无缝钢管加上法兰和塔体焊接而成。
人孔:是进入塔内安装检修和检查塔内设备状况之用,一般为直径450~500的圆型或椭圆型孔。
进料口:由于进料气速高,流体的冲刷很大,为减小塔体内所受损伤。同时为使气、液分布和缓冲的作用。进料处一般有较大的空间,以利于气液充分分离。
液体分布器:使回流液体在填料上方均匀分布,常减压装置应用较多的是管孔式液体分布器和喷淋型液体分布器。
气体分布器:气体分布器一般应用在汽提蒸汽入塔处,目的是使蒸汽均匀分布。
破沫网:在减压塔进料上方,一般都装有破沫网,破沫网由丝网或其它材料组成,当带液滴的气体经过破沫网时,液滴与破沫网相撞,附着在破沫网上的液滴不断积聚,达到一定体积时下落
集油箱:主要作用是收集液体供抽出或再分配。集油箱将填料分成若干个气相连续液相分开的简单塔,它靠外部打入液体建立塔的回流。
塔底防漏器:为防止塔底液体流出时,产生旋涡将油气卷入,使泵抽空。塔底装有防漏器。它还可以阻挡塔内杂质,防止其阻塞管线和进入泵体内。
外部保温层:一般用集温温砖砌成,并用螺丝固定,外包薄铁皮或铝皮,保温层起隔热和保温作用。
b、加热炉:一般为管式加热炉,其作用为:是利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰与烟气作为热源,加热炉中高速流动的物料,使其达到后续工艺过程所要求的温度。
管式加热炉一般由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧及通风系统五部分组成。
通常包括钢结构、炉管、炉墙、燃烧器、孔类配件等。
辐射室:辐射室是加热炉进行热交换的主要场所,其热负荷占全炉的70~80%。
辐射室内的炉管,通过火焰或高温烟气进行传热,以辐射为主,故又称辐射管。它直接受火焰辐射冲刷,温度高,所以其材料要具有足够的高温强度和高温化学稳定性。
对流室:对流室是辐射室排出的高温烟气进行对流传热来加热物料。烟气以较高的速度冲刷炉管管壁,进行有效的对流传热其热负荷占全炉的20~30%。对流室一般布置在辐射室之上,有的单独放在地面。为了提高传热效果,多采用钉头管和翅片管。
余热回收系统:余热回收系统用以回收加热炉的排烟余热。
以靠预热燃烧空气来回收,使回收的热量再次返回到炉中
是采用另外的系统回收热量。前者称为空气预热方式,后者通用水回收称为废热锅炉方式。
燃烧及通风系统:通风系统的作用是把燃烧用空气导入燃烧器,将废烟气引出炉子。
它分为自然通风和强制通风两种方式。前者依靠烟囱本身的抽力,后者使用风机。
过去,绝大多数炉子都采用自然通风方式,烟囱安装在炉顶。
随着炉子的结构复杂化,炉内烟气侧阻力增大,加之提高加热炉的热效率的需要,采用强制通风方式日趋普。
如图:
6. 管式加热炉通入过热蒸汽的作用
过热蒸汽的好处是没有冷凝水产生,常用在热电厂的汽轮机上。但是如果是用在热量交换上还是要使用饱和蒸汽的。所以我想如果你的管式加热炉如果是用蒸汽作为热源的进行热交换的话,还是需要把过热蒸汽减温到饱和蒸汽再使用的。
7. “常减压生产装置”在吉化它的主要用途是什么
“常减压生产装置”是常压蒸馏和减压蒸馏两个装置的总称,两个装置通常在一起,故称为常减压装置。在吉化它的主要用途是原油的脱盐、脱水。常压蒸馏。减压蒸馏。从油田送往炼油厂的原油往往含盐(主要是氧化物)带水(溶于油或呈乳化状态),可导致设备的腐蚀,在设备内壁结垢和影响成品油的组成,在加工前进行脱盐脱水处理。
8. 过热蒸汽对常减压蒸馏装置有何影响
运行过程中,引起蒸汽温度变化的因素是多方面的、复杂的,而主要的有以下各点: (1)燃料量或锅炉负荷变化燃料或负荷变化,将会使锅炉辐射传热量与对流传热量的比例发生变化,使不同型式的过热器吸热量发生变化,从而引起蒸汽温度变化。 (2)炉膛过量空气系数的影响当过量空气系数增大时,使理论燃烧温度降低,烟气量增大,结果使炉内辐射传热量减小,对流传热量增大,由此引起的对蒸汽温度的变化,视过热器的具体布置情况而异。 (3)炉内工况的影响炉内工况变化指火焰中心垂直位置变化、水冷壁结渣情况等。火焰中心上移,蒸汽温度上升;水冷壁结渣,炉内传热减小,蒸汽上升;炉膛吹灰后,炉内传热加强,蒸汽温度下降。 (4)燃料性质变化燃料的水分、灰分、挥发分、发热量等发生变化,对蒸汽温度都会有影响,尤以水分变化时明显。如水分增大时,使理论燃烧温度下降,烟气容积增大,结果,使辐射传热量减小,对流传热量增大,从而使蒸汽温度变化。 (5)给水温度变化当给水温度下降时,水变成蒸汽的吸热量(蒸发热)增多,在负荷不变的情况下,燃料量必然增加,蒸汽温度将上升;另外,以给水作减温水时,给水温度变化(即减温水温度变化)也将影响蒸汽温度变化。 (6)蒸汽压力变化蒸汽压力突然降低时,相应饱和温度下降,即过热器进口蒸汽温度下降;与此同时,锅炉蓄热量将产生附加蒸汽量,使蒸汽流量瞬时增大。两方面因素作用的结果使蒸汽温度降低。
9. 本人大四学生想求原油蒸馏常减压系统的控制设计
原油蒸馏控制软件简介-05-26 14:54转 永立 抚顺石油化工研究院
DCS在我国炼油厂应用已有15年历史,有20多家炼油企业安装使用了不同型
号的DCS,对常减压装置、催化裂化装置、催化重整装置、加氢精制、油品调合等实施
过程控制和生产管理。其中有十几套DCS用于原油蒸馏,多数是用于常减压装置的单回
路控制和前馈、串级、选择、比值等复杂回路控制。有几家炼油厂开发并实施了先进控制
策略。下面介绍DCS用原油蒸馏生产过程的主要控制回路和先进控制软件的开发和应用
情况。
一、工艺概述
对原油蒸馏,国内大型炼油厂一般采用年处理原油250~270万吨的常减压装置
,它由电脱盐、初馏塔、常压塔、减压塔、常压加热炉、减压加热炉、产品精馏和自产蒸
汽系统组成。该装置不仅要生产出质量合格的汽油、航空煤油、灯用煤油、柴油,还要生
产出催化裂化原料、氧化沥青原料和渣油;对于燃料一润滑油型炼油厂,还需要生产润滑
油基础油。各炼油厂均使用不同类型原油,当改变原油品种时还要改变生产方案。
燃料一润滑油型常减压装置的工艺流程是:原油从罐区送到常减压装置时温度一般为
30℃左右,经原油泵分路送到热交换器换热,换热后原油温度达到110℃,进入电脱
盐罐进行一次脱盐、二次脱盐、脱盐后再换热升温至220℃左右,进入初馏塔进行蒸馏
。初馏塔底原油经泵分两路送热交换器换热至290℃左右,分路送入常压加热炉并加热
到370℃左右,进入常压塔。常压塔塔顶馏出汽油,常一侧线(简称常一线)出煤油,
常二侧线(简称常二线)出柴油,常三侧线出润料或催料,常四侧线出催料。常压塔底重
油用泵送至常压加热炉,加热到390℃,送减压塔进行减压蒸馏。减一线与减二线出润
料或催料,减三线与减四线出润料。
二、常减压装置主要控制回路
原油蒸馏是连续生产过程,一个年处理原油250万吨的常减压装置,一般有130
~150个控制回路。应用软件一部分是通过连续控制功能块来实现,另一部分则用高级
语言编程来实现。下面介绍几种典型的控制回路。
1.减压炉0.7MPa蒸汽的分程控制
减压炉0.7MPa蒸汽的压力是通过补充1.1MPa蒸汽或向0.4MPa乏气
管网排气来调节。用DCS控制0.7MPa蒸汽压力,是通过计算器功能进行计算和判
断,实现蒸汽压力的分程控制。0.7MPa蒸汽压力检测信号送入功能块调节器,调节
器输出4~12mA段去调节1.1MPa蒸汽入管网调节阀,输出12~20mA段去
调节0.4MPa乏气管网调节阀。这实际是仿照常规仪表的硬分程方案实现分程调节,
以保持0.7MPa蒸汽压力稳定。
2.常压塔、减压塔中段回流热负荷控制
中段回流的主要作用是移去塔内部分热负荷。中段回流热负荷为中段回流经热交换器
冷却前后的温差、中段回流量和比热三者的乘积。由中段回流热负荷的大小来决定回流的
流量。中段回流量为副回中路,用中段热负荷来串中段回流流量组成串级调节回路。由D
CS计算器功能块来求算冷却前后的温差,并求出热负荷。主回路热负荷给定值由工人给
定或上位机给定。
3.提高加热炉热效率的控制
为了提高加热炉热效率,节约能源,采取了预热入炉空气、降低烟道气温度、控制过
剩空气系数等方法。一般加热炉控制是利用烟气作为加热载体来预热入炉空气,通过控制
炉膛压力正常,保证热效率,保证加热炉安全运行。
(1)炉膛压力控制
在常压炉、减压炉辐射转对流室部位设置微差压变送器,测出炉膛的负压,利用长行
程执行机构,通过连杆来调整烟道气档板开度,以此来维持炉膛内压力正常。
(2)烟道气氧含量控制
一般采用氧化锆分析器测量烟道气中的氧含量,通过氧含量来控制鼓风机入口档板开
度,控制入炉空气量,达到最佳过剩空气系数,提高加热炉热效率。
4.加热炉出口温度控制
加热炉出口温度控制有两种技术方案,它们通过加热炉流程画面上的开关(或软开关
)切换。一种方案是总出口温度串燃料油和燃料气流量,另一种方案是加热炉吸热一供热
值平衡控制。热值平衡控制需要使用许多计算器功能块来计算热值,并且同时使用热值控
制PID功能块。其给定值是加热炉的进料流量、比热、进料出口温度和进口温度之差值
的乘积,即吸热值。其测量值是燃料油、燃料气的发热值,即供热值。热值平衡控制可以
降低能耗,平稳操作,更有效地控制加热炉出口温度。该系统的开发和实施充分利用了D
CS内部仪表的功能。
5.常压塔解耦控制
常压塔有四个侧线,任何一个侧线抽出量的变化都会使抽出塔板以下的内回流改变,
从而影响该侧线以下各侧线产品质量。一般可以用常一线初馏点、常二线干点(90%干
点)、常三线粘度作为操作中的质量指标。为了提高轻质油的收率,保证各侧线产品质量
,克服各侧线的相互影响,采用了常压塔侧线解耦控制。以常二线为例,常二线抽出量可
以由二线抽出流量来控制,也可以用解耦的方法来控制,用流程画面发换开关来切换。解
耦方法用常二线干点控制功能块的输出与原油进料量的延时相乘来作为常二线抽出流量功
能块的给定值。其测量值为本侧线流量与常一线流量延时值、常塔馏出油量延时值之和。
组态时使用了延时功能块,延时的时间常数通过试验来确定。这种自上而下的干点解耦控
制方法,在改变本侧线流量的同时也调整了下一侧线的流量,从而稳定了各侧线的产品质
量。解耦控制同时加入了原油流量的前馈,对平稳操作,克服扰动,保证质量起到重要作
用。
三、原油蒸馏先进控制
1.DCS的控制结构层
先进控制至今没有明确定义,可以这样解释,所谓先进控制广义地讲是传统常规仪表
无法构造的控制,狭义地讲是和计算机强有力的计算功能、逻辑判断功能相关,而在DC
S上无法简单组态而得到的控制。先进控制是软件应用和硬件平台的联合体,硬件平台不
仅包括DCS,还包括了一次信息采集和执行机构。
DCS的控制结构层,大致按三个层次分布:
·基本模块:是基本的单回路控制算法,主要是PID,用于使被控变量维持在设定
点。
·可编程模块:可编程模块通过一定的计算(如补偿计算等),可以实现一些较为复
杂的算法,包括前馈、选择、比值、串级等。这些算法是通过DCS中的运算模块的组态
获得的。
·计算机优化层:这是先进控制和高级控制层,这一层次实际上有时包括好几个层次
,比如多变量控制器和其上的静态优化器。
DCS的控制结构层基本是采用递阶形式,一般是上层提供下层的设定点,但也有例
外。特殊情况下,优化层直接控制调节阀的阀位。DCS的这种控制结构层可以这样理解
:基本控制层相当于单回路调节仪表,可编程模块在一定程度上近似于复杂控制的仪表运
算互联,优化层则和DCS的计算机功能相对应。原油蒸馏先进控制策略的开发和实施,
在DCS的控制结构层结合了对象数学模型和专家系统的开发研究。
2.原油蒸馏的先进控制策略
国内原油蒸馏的先进控制策略,有自行开发应用软件和引进应用软件两种,并且都在
装置上闭环运行或离线指导操作。
我国在常减压装置上研究开发先进控制已有10年,各家技术方案有着不同的特点。
某厂最早开发的原油蒸馏先进控制,整个系统分四个部分:侧线产品质量的计算,塔内汽
液负荷的精确计算,多侧线产品质量与收率的智能协调控制,回流取热的优化控制。该应
用软件的开发,充分发挥了DCS的强大功能,并以此为依托开发实施了高质量的数学模
型和优化控制软件。系统的长期成功运行对国内DCS应用开发是一种鼓舞。各企业开发
和使用的先进控制系统有:组份推断、多变量控制、中段回流及换热流程优化、加热炉的
燃料控制和支路平衡控制、馏份切割控制、汽提蒸汽量优化、自校正控制等,下面介绍几
个先进控制实例。
(1)常压塔多变量控制
某厂常压塔原采用解耦控制,在此基础上开发了多变量控制。常压塔有两路进料,产
品有塔顶汽油和四个侧线产品,其中常一线、常二线产品质量最为重要。主要质量指标是
用常一线初馏点、常一线干点和常二线90%点温度来衡量,并由在线质量仪表连续分析
。以上三种质量控制通常用常一线温度、常一线流量和常二线流量控制。常一线温度上升
会引起常一线初馏点、常一线干点及常二线90%点温度升高。常一线流量或常二线流量
增加会使常一线干点或常二线90%点温度升高。
首先要确立包括三个PID调节器、常压塔和三个质量仪表在内的广义的对象数学模
型:
式中:P为常一线产品初馏点;D为常一线产品干点;T〔,2〕为常二线产品90
%点温度;T〔,1〕为常一线温度;Q〔,1〕为常一线流量;Q〔,2〕为常二流量
。
为了获得G(S),在工作点附近采用飞升曲线法进行仿真拟合,得出对象的广义对
象传递函数矩阵。针对广义对象的多变量强关联、大延时等特点,设计了常压塔多变量控
制系统。
全部程序使用C语言编程,按照采集的实时数据计算控制量,最终分别送到三个控制
回路改变给定值,实现了常压塔多变量控制。
分馏点(初馏点、干点、90%点温度)的获取,有的企业采用引进的初馏塔、常压
塔、减压塔分馏点计算模型。分馏点计算是根据已知的原油实沸点(TBT)曲线和塔的
各侧线产品的实沸点曲线,实时采集塔的各部温度、压力、各进出塔物料的流量,将塔分
段,进行各段上的物料平衡计算、热量平衡计算,得到塔内液相流量和气相流量,从而计
算出抽出侧线产品的分馏点。
用模型计算比在线分析仪快,一般系统程序每10秒运行一次,克服了在线分析仪的
滞后,改善了调节品质。在计算出分馏点的基础上,以计算机间通讯方式,修改DCS系
统中相关侧线流量控制模块给定值,实现先进控制。
还有的企业,操作员利用常压塔生产过程平稳的特点,将SPC控制部分切除,依照
计算机根据实时参数计算出的分馏点,人工微调相关侧线产品流量控制系统的给定值,这
部分优化软件实际上只起着离线指导作用。
(2)LQG自校正控制
某厂在PROVOX系统的上位机HP1000A700上用FORTRAN语言开
发了LQG自校正控制程序,对常减压装置多个控制回路实施LQG自校正控制。
·常压塔顶温度控制。该回路原采用PID控制,因受处理量、环境温度等变化因素
的影响,无法得到满意的控制效果。用LQG自校正控制代替PID控制后,塔顶温度控
制得到比较理想的效果。塔顶温度和塔顶拨出物的干点存在一定关系,根据工艺人员介绍
,塔顶温度每提高1℃,干点可以提高3~5℃。当塔顶温度比较平稳时,工艺人员可以
适当提高塔顶温度,使干点提高,便可以提高收率。按年平均处理原油250万吨计算,
如干点提高2℃,塔顶拨出物可增加上千吨。自适应控制带来了可观的经济效益。
·常压塔的模拟优化控制。在满足各馏出口产品质量要求前提下,实现提高拨出率及
各段回流取热优化。馏出口产品质量仍采用先进控制,要求达到的目标是:常压塔顶馏出
产品的质量在闭环控制时,其干点值在给定值点的±2℃,常压塔各侧线分别达到脱空3
~5℃,常二线产品的恩氏蒸馏分析95%点温度大于350℃,常三线350℃馏份小
于15%,并在操作台上CRT显示上述各侧线指标。在保证塔顶拨出率和各侧线产品质
量之前提下优化全塔回流取热,使全塔回收率达到90%以上。
·减压塔模拟优化控制。在保证减压混和蜡油质量的前提下,量大限度拔出蜡油馏份
,减二线90%馏出温度不小于510℃,减压渣油运行粘度小于810■泊(对九二三
油),并且优化分配减一线与减二线的取热。
(3)中段回流计算
分馏塔的中段回流主要用来取出塔内一部分热量,以减少塔顶负荷,同时回收部分热
量。但是,中段回流过大对蒸馏不利,会影响分馏精度,在塔顶负荷允许的情况下,适度
减少中段回流量,以保证一侧线和二侧线产品脱空度的要求。由于常减压装置处理量、原
油品种以及生产方案经常变化,中段回流量也要作相应调整,中段回流量的大小与常压塔
负荷、塔顶汽油冷却器负荷、产品质量、回收势量等条件有关。中段回流计算的数学模型
根据塔顶回流量、塔底吹气量、塔顶温度、塔顶回流入口温度、顶循环回流进口温度、中
段回流进出口温度等计算出最佳回流量,以指导操作。
(4)自动提降量模型
自动提降量模型用于改变处理量的顺序控制。按生产调度指令,根据操作经验、物料平
衡、自动控制方案来调整装置的主要流量。按照时间顺序分别对常压炉流量、常压塔各侧
线流量、减压塔各侧线流量进行提降。该模型可以通过DCS的顺序控制的几种功能模块
去实现,也可以用C语言编程来进行。模型闭环时,不仅改变有关控制回路的给定值,同
时还在打印机上打印调节时间和各回路的调节量。
四、讨论
1.原油蒸馏先进控制几乎都涉及到侧线产品质量的质量模型,不管是静态的还是动
态的,其基础都源于DCS所采集的塔内温度、压力、流量等信息,以及塔内物料/能量
的平衡状况。过程模型的建立,应该进一步深入进行过程机理的探讨,走机理分析和辨认
建模的道路,同时应不断和人工智能的发展相结合,如人工神经元网络模型正在日益引起
人们的注意。在无法得到全局模型时,可以考虑局部模型和专家系统的结合,这也是一个
前景和方向。
2.操作工的经验对先进控制软件的开发和维护很重要,其中不乏真知灼见,如何吸
取他们实践中得出的经验,并帮助他们把这种经验表达出来,并进行提炼,是一项有意义
的工作,这一点在开发专家系统时尤为重要。
3.DCS出色的图形功能一直为人们所称赞,先进控制一般是在上位机中运行,在
实施过程中,应在操作站的CRT上给出先进控制信息,这种信息应使操作工觉得亲切可
见,而不是让人感到乏味的神秘莫测,这方面的开发研究已获初步成效,还有待进一步开
发和完善。
4.国内先进控制软件的标准化、商品化还有待起步,目前控制软件设计时还没有表达
其内容的标准符号,这是一大障碍。这方面的研究开发工作对提高DCS应用水平和推广
应用成果有着重要意义。
10. 常减压装置炉出口温度降低5度对产品收率影响有多大
原油蒸馏控制软件简介2008-05-26 14:54转 永立 抚顺石油化工研究院
DCS在我国炼油厂应用已有15年历史,有20多家炼油企业安装使用了不同型
号的DCS,对常减压装置、催化裂化装置、催化重整装置、加氢精制、油品调合等实施
过程控制和生产管理。其中有十几套DCS用于原油蒸馏,多数是用于常减压装置的单回
路控制和前馈、串级、选择、比值等复杂回路控制。有几家炼油厂开发并实施了先进控制
策略。下面介绍DCS用原油蒸馏生产过程的主要控制回路和先进控制软件的开发和应用
情况。
一、工艺概述
对原油蒸馏,国内大型炼油厂一般采用年处理原油250~270万吨的常减压装置
,它由电脱盐、初馏塔、常压塔、减压塔、常压加热炉、减压加热炉、产品精馏和自产蒸
汽系统组成。该装置不仅要生产出质量合格的汽油、航空煤油、灯用煤油、柴油,还要生
产出催化裂化原料、氧化沥青原料和渣油;对于燃料一润滑油型炼油厂,还需要生产润滑
油基础油。各炼油厂均使用不同类型原油,当改变原油品种时还要改变生产方案。
燃料一润滑油型常减压装置的工艺流程是:原油从罐区送到常减压装置时温度一般为
30℃左右,经原油泵分路送到热交换器换热,换热后原油温度达到110℃,进入电脱
盐罐进行一次脱盐、二次脱盐、脱盐后再换热升温至220℃左右,进入初馏塔进行蒸馏
。初馏塔底原油经泵分两路送热交换器换热至290℃左右,分路送入常压加热炉并加热
到370℃左右,进入常压塔。常压塔塔顶馏出汽油,常一侧线(简称常一线)出煤油,
常二侧线(简称常二线)出柴油,常三侧线出润料或催料,常四侧线出催料。常压塔底重
油用泵送至常压加热炉,加热到390℃,送减压塔进行减压蒸馏。减一线与减二线出润
料或催料,减三线与减四线出润料。
二、常减压装置主要控制回路
原油蒸馏是连续生产过程,一个年处理原油250万吨的常减压装置,一般有130
~150个控制回路。应用软件一部分是通过连续控制功能块来实现,另一部分则用高级
语言编程来实现。下面介绍几种典型的控制回路。
1.减压炉0.7MPa蒸汽的分程控制
减压炉0.7MPa蒸汽的压力是通过补充1.1MPa蒸汽或向0.4MPa乏气
管网排气来调节。用DCS控制0.7MPa蒸汽压力,是通过计算器功能进行计算和判
断,实现蒸汽压力的分程控制。0.7MPa蒸汽压力检测信号送入功能块调节器,调节
器输出4~12mA段去调节1.1MPa蒸汽入管网调节阀,输出12~20mA段去
调节0.4MPa乏气管网调节阀。这实际是仿照常规仪表的硬分程方案实现分程调节,
以保持0.7MPa蒸汽压力稳定。
2.常压塔、减压塔中段回流热负荷控制
中段回流的主要作用是移去塔内部分热负荷。中段回流热负荷为中段回流经热交换器
冷却前后的温差、中段回流量和比热三者的乘积。由中段回流热负荷的大小来决定回流的
流量。中段回流量为副回中路,用中段热负荷来串中段回流流量组成串级调节回路。由D
CS计算器功能块来求算冷却前后的温差,并求出热负荷。主回路热负荷给定值由工人给
定或上位机给定。
3.提高加热炉热效率的控制
为了提高加热炉热效率,节约能源,采取了预热入炉空气、降低烟道气温度、控制过
剩空气系数等方法。一般加热炉控制是利用烟气作为加热载体来预热入炉空气,通过控制
炉膛压力正常,保证热效率,保证加热炉安全运行。
(1)炉膛压力控制
在常压炉、减压炉辐射转对流室部位设置微差压变送器,测出炉膛的负压,利用长行
程执行机构,通过连杆来调整烟道气档板开度,以此来维持炉膛内压力正常。
(2)烟道气氧含量控制
一般采用氧化锆分析器测量烟道气中的氧含量,通过氧含量来控制鼓风机入口档板开
度,控制入炉空气量,达到最佳过剩空气系数,提高加热炉热效率。
4.加热炉出口温度控制
加热炉出口温度控制有两种技术方案,它们通过加热炉流程画面上的开关(或软开关
)切换。一种方案是总出口温度串燃料油和燃料气流量,另一种方案是加热炉吸热一供热
值平衡控制。热值平衡控制需要使用许多计算器功能块来计算热值,并且同时使用热值控
制PID功能块。其给定值是加热炉的进料流量、比热、进料出口温度和进口温度之差值
的乘积,即吸热值。其测量值是燃料油、燃料气的发热值,即供热值。热值平衡控制可以
降低能耗,平稳操作,更有效地控制加热炉出口温度。该系统的开发和实施充分利用了D
CS内部仪表的功能。
5.常压塔解耦控制
常压塔有四个侧线,任何一个侧线抽出量的变化都会使抽出塔板以下的内回流改变,
从而影响该侧线以下各侧线产品质量。一般可以用常一线初馏点、常二线干点(90%干
点)、常三线粘度作为操作中的质量指标。为了提高轻质油的收率,保证各侧线产品质量
,克服各侧线的相互影响,采用了常压塔侧线解耦控制。以常二线为例,常二线抽出量可
以由二线抽出流量来控制,也可以用解耦的方法来控制,用流程画面发换开关来切换。解
耦方法用常二线干点控制功能块的输出与原油进料量的延时相乘来作为常二线抽出流量功
能块的给定值。其测量值为本侧线流量与常一线流量延时值、常塔馏出油量延时值之和。
组态时使用了延时功能块,延时的时间常数通过试验来确定。这种自上而下的干点解耦控
制方法,在改变本侧线流量的同时也调整了下一侧线的流量,从而稳定了各侧线的产品质
量。解耦控制同时加入了原油流量的前馈,对平稳操作,克服扰动,保证质量起到重要作
用。
三、原油蒸馏先进控制
1.DCS的控制结构层
先进控制至今没有明确定义,可以这样解释,所谓先进控制广义地讲是传统常规仪表
无法构造的控制,狭义地讲是和计算机强有力的计算功能、逻辑判断功能相关,而在DC
S上无法简单组态而得到的控制。先进控制是软件应用和硬件平台的联合体,硬件平台不
仅包括DCS,还包括了一次信息采集和执行机构。
DCS的控制结构层,大致按三个层次分布:
·基本模块:是基本的单回路控制算法,主要是PID,用于使被控变量维持在设定
点。
·可编程模块:可编程模块通过一定的计算(如补偿计算等),可以实现一些较为复
杂的算法,包括前馈、选择、比值、串级等。这些算法是通过DCS中的运算模块的组态
获得的。
·计算机优化层:这是先进控制和高级控制层,这一层次实际上有时包括好几个层次
,比如多变量控制器和其上的静态优化器。
DCS的控制结构层基本是采用递阶形式,一般是上层提供下层的设定点,但也有例
外。特殊情况下,优化层直接控制调节阀的阀位。DCS的这种控制结构层可以这样理解
:基本控制层相当于单回路调节仪表,可编程模块在一定程度上近似于复杂控制的仪表运
算互联,优化层则和DCS的计算机功能相对应。原油蒸馏先进控制策略的开发和实施,
在DCS的控制结构层结合了对象数学模型和专家系统的开发研究。
2.原油蒸馏的先进控制策略
国内原油蒸馏的先进控制策略,有自行开发应用软件和引进应用软件两种,并且都在
装置上闭环运行或离线指导操作。
我国在常减压装置上研究开发先进控制已有10年,各家技术方案有着不同的特点。
某厂最早开发的原油蒸馏先进控制,整个系统分四个部分:侧线产品质量的计算,塔内汽
液负荷的精确计算,多侧线产品质量与收率的智能协调控制,回流取热的优化控制。该应
用软件的开发,充分发挥了DCS的强大功能,并以此为依托开发实施了高质量的数学模
型和优化控制软件。系统的长期成功运行对国内DCS应用开发是一种鼓舞。各企业开发
和使用的先进控制系统有:组份推断、多变量控制、中段回流及换热流程优化、加热炉的
燃料控制和支路平衡控制、馏份切割控制、汽提蒸汽量优化、自校正控制等,下面介绍几
个先进控制实例。
(1)常压塔多变量控制
某厂常压塔原采用解耦控制,在此基础上开发了多变量控制。常压塔有两路进料,产
品有塔顶汽油和四个侧线产品,其中常一线、常二线产品质量最为重要。主要质量指标是
用常一线初馏点、常一线干点和常二线90%点温度来衡量,并由在线质量仪表连续分析
。以上三种质量控制通常用常一线温度、常一线流量和常二线流量控制。常一线温度上升
会引起常一线初馏点、常一线干点及常二线90%点温度升高。常一线流量或常二线流量
增加会使常一线干点或常二线90%点温度升高。
首先要确立包括三个PID调节器、常压塔和三个质量仪表在内的广义的对象数学模
型:
式中:P为常一线产品初馏点;D为常一线产品干点;T〔,2〕为常二线产品90
%点温度;T〔,1〕为常一线温度;Q〔,1〕为常一线流量;Q〔,2〕为常二流量
。
为了获得G(S),在工作点附近采用飞升曲线法进行仿真拟合,得出对象的广义对
象传递函数矩阵。针对广义对象的多变量强关联、大延时等特点,设计了常压塔多变量控
制系统。
全部程序使用C语言编程,按照采集的实时数据计算控制量,最终分别送到三个控制
回路改变给定值,实现了常压塔多变量控制。
分馏点(初馏点、干点、90%点温度)的获取,有的企业采用引进的初馏塔、常压
塔、减压塔分馏点计算模型。分馏点计算是根据已知的原油实沸点(TBT)曲线和塔的
各侧线产品的实沸点曲线,实时采集塔的各部温度、压力、各进出塔物料的流量,将塔分
段,进行各段上的物料平衡计算、热量平衡计算,得到塔内液相流量和气相流量,从而计
算出抽出侧线产品的分馏点。
用模型计算比在线分析仪快,一般系统程序每10秒运行一次,克服了在线分析仪的
滞后,改善了调节品质。在计算出分馏点的基础上,以计算机间通讯方式,修改DCS系
统中相关侧线流量控制模块给定值,实现先进控制。
还有的企业,操作员利用常压塔生产过程平稳的特点,将SPC控制部分切除,依照
计算机根据实时参数计算出的分馏点,人工微调相关侧线产品流量控制系统的给定值,这
部分优化软件实际上只起着离线指导作用。
(2)LQG自校正控制
某厂在PROVOX系统的上位机HP1000A700上用FORTRAN语言开
发了LQG自校正控制程序,对常减压装置多个控制回路实施LQG自校正控制。
·常压塔顶温度控制。该回路原采用PID控制,因受处理量、环境温度等变化因素
的影响,无法得到满意的控制效果。用LQG自校正控制代替PID控制后,塔顶温度控
制得到比较理想的效果。塔顶温度和塔顶拨出物的干点存在一定关系,根据工艺人员介绍
,塔顶温度每提高1℃,干点可以提高3~5℃。当塔顶温度比较平稳时,工艺人员可以
适当提高塔顶温度,使干点提高,便可以提高收率。按年平均处理原油250万吨计算,
如干点提高2℃,塔顶拨出物可增加上千吨。自适应控制带来了可观的经济效益。
·常压塔的模拟优化控制。在满足各馏出口产品质量要求前提下,实现提高拨出率及
各段回流取热优化。馏出口产品质量仍采用先进控制,要求达到的目标是:常压塔顶馏出
产品的质量在闭环控制时,其干点值在给定值点的±2℃,常压塔各侧线分别达到脱空3
~5℃,常二线产品的恩氏蒸馏分析95%点温度大于350℃,常三线350℃馏份小
于15%,并在操作台上CRT显示上述各侧线指标。在保证塔顶拨出率和各侧线产品质
量之前提下优化全塔回流取热,使全塔回收率达到90%以上。
·减压塔模拟优化控制。在保证减压混和蜡油质量的前提下,量大限度拔出蜡油馏份
,减二线90%馏出温度不小于510℃,减压渣油运行粘度小于810■泊(对九二三
油),并且优化分配减一线与减二线的取热。
(3)中段回流计算
分馏塔的中段回流主要用来取出塔内一部分热量,以减少塔顶负荷,同时回收部分热
量。但是,中段回流过大对蒸馏不利,会影响分馏精度,在塔顶负荷允许的情况下,适度
减少中段回流量,以保证一侧线和二侧线产品脱空度的要求。由于常减压装置处理量、原
油品种以及生产方案经常变化,中段回流量也要作相应调整,中段回流量的大小与常压塔
负荷、塔顶汽油冷却器负荷、产品质量、回收势量等条件有关。中段回流计算的数学模型
根据塔顶回流量、塔底吹气量、塔顶温度、塔顶回流入口温度、顶循环回流进口温度、中
段回流进出口温度等计算出最佳回流量,以指导操作。
(4)自动提降量模型
自动提降量模型用于改变处理量的顺序控制。按生产调度指令,根据操作经验、物料平
衡、自动控制方案来调整装置的主要流量。按照时间顺序分别对常压炉流量、常压塔各侧
线流量、减压塔各侧线流量进行提降。该模型可以通过DCS的顺序控制的几种功能模块
去实现,也可以用C语言编程来进行。模型闭环时,不仅改变有关控制回路的给定值,同
时还在打印机上打印调节时间和各回路的调节量。
四、讨论
1.原油蒸馏先进控制几乎都涉及到侧线产品质量的质量模型,不管是静态的还是动
态的,其基础都源于DCS所采集的塔内温度、压力、流量等信息,以及塔内物料/能量
的平衡状况。过程模型的建立,应该进一步深入进行过程机理的探讨,走机理分析和辨认
建模的道路,同时应不断和人工智能的发展相结合,如人工神经元网络模型正在日益引起
人们的注意。在无法得到全局模型时,可以考虑局部模型和专家系统的结合,这也是一个
前景和方向。
2.操作工的经验对先进控制软件的开发和维护很重要,其中不乏真知灼见,如何吸
取他们实践中得出的经验,并帮助他们把这种经验表达出来,并进行提炼,是一项有意义
的工作,这一点在开发专家系统时尤为重要。
3.DCS出色的图形功能一直为人们所称赞,先进控制一般是在上位机中运行,在
实施过程中,应在操作站的CRT上给出先进控制信息,这种信息应使操作工觉得亲切可
见,而不是让人感到乏味的神秘莫测,这方面的开发研究已获初步成效,还有待进一步开
发和完善。
4.国内先进控制软件的标准化、商品化还有待起步,目前控制软件设计时还没有表达
其内容的标准符号,这是一大障碍。这方面的研究开发工作对提高DCS应用水平和推广
应用成果有着重要意义。
如果认为我回答的好记得给赞哦。
ttoaqpbqzi48231667752016-12-23 13:39:46