魯志群，周一鳴

(眾一伍德工程有限公司，上海 200540)

煉油生產(chǎn)工藝中連續(xù)重整是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，以直餾石腦油和重石腦油為原料，在催化劑、臨氫和高溫的工況下，通過(guò)重整過(guò)程完成芳烴和氫氣的生產(chǎn)。芳烴主要有苯、甲苯和二甲苯，是化工生產(chǎn)中非常重要的中間產(chǎn)品，重整氫是煉油企業(yè)加氫裂化裝置的重要?dú)錃鈦?lái)源之一。

重整反應(yīng)壓力是連續(xù)重整裝置的基本操作參數(shù)，它影響產(chǎn)品收率、需要的反應(yīng)溫度以及催化劑的穩(wěn)定性。連續(xù)重整過(guò)程最主要的反應(yīng)是環(huán)烷烴脫氫，烷烴脫氫環(huán)化生成芳烴，也包括這些飽和烴類的氫解和加氫裂化等生成輕烴產(chǎn)物的副反應(yīng)。降低反應(yīng)壓力有利于向生成芳烴的反應(yīng)平衡移動(dòng)，可以增加芳烴產(chǎn)率、氫氣產(chǎn)率、重整生成油的液體收率和辛烷值；然而反應(yīng)壓力降低后，將造成氫壓下降，催化劑的積炭速率增加，也影響催化劑的可操作使用周期。

1 工藝流程簡(jiǎn)介

某煉油廠1.4 Mt/a連續(xù)重整工藝流程如圖1所示。

該項(xiàng)目連續(xù)重整裝置采用UOP超低壓連續(xù)重整工藝技術(shù)，4臺(tái)反應(yīng)器自上而下重疊式布置。原料油經(jīng)過(guò)重整四合一爐(F-01)與4臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)，不斷地在催化劑作用下生成重整反應(yīng)產(chǎn)物。重整反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)混合進(jìn)料換熱器(E-01)換冷，進(jìn)重整產(chǎn)物分離罐(V-01)進(jìn)行氣液分離，V-01頂部出來(lái)的富氫氣體經(jīng)過(guò)重整循環(huán)氫壓縮機(jī)(C-01)壓縮，作為循環(huán)氫與原料油混合進(jìn)入重整反應(yīng)系統(tǒng)，保證重整反應(yīng)壓力穩(wěn)定。一部分氫氣則經(jīng)重整氫增壓機(jī)(C-02A/B)升壓，送往氫氣提純處理單元(PSA)，提純處理后的氫氣作為加氫裂化裝置的原料。V-01底部出來(lái)的液體經(jīng)泵加壓至芳烴分離和抽提單元。

2 重整反應(yīng)壓力的定義

在充分考慮各反應(yīng)器的壓降后，采用各反應(yīng)器的平均壓力乘以催化劑比例之和的加權(quán)平均壓力來(lái)表達(dá)操作壓力。由于加權(quán)平均壓力計(jì)算公式較復(fù)雜，不宜選用該壓力作為被控對(duì)象進(jìn)行直接控制。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，V-01的壓力雖然不能反映實(shí)際的重整反應(yīng)壓力，但它是固定的，而且與重整反應(yīng)壓力有很好的相關(guān)性，隨重整反應(yīng)壓力變化而變，所以，以V-01的壓力來(lái)表征重整反應(yīng)壓力是直接和有效的。該項(xiàng)目的重整反應(yīng)表壓設(shè)定為0.35 MPa，V-01的表壓則為0.24 MPa。

圖1 某煉油廠1.4 Mt/a連續(xù)重整工藝流程示意

3 反應(yīng)壓力復(fù)雜控制方案

該項(xiàng)目連續(xù)重整裝置采用1臺(tái)重整循環(huán)氫壓縮機(jī)和1臺(tái)二段式重整氫增壓機(jī)串聯(lián)的方式，維持V-01的壓力穩(wěn)定，同時(shí)將重整氫升壓送至PSA單元。C-01為汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的一段式離心壓縮機(jī)；C-02A/B為汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的二段式離心壓縮機(jī)。影響V-01的壓力穩(wěn)定運(yùn)行的主要干擾因素為：出裝置重整氫的負(fù)荷波動(dòng)和離心式壓縮機(jī)組C-01，C-02A/B能否安全穩(wěn)定運(yùn)行。

為了克服以上主要干擾因素，經(jīng)反復(fù)分析與比較，擬采用設(shè)置串級(jí)加三分程復(fù)雜控制方案來(lái)調(diào)節(jié)出裝置重整氫的負(fù)荷波動(dòng)，維持V-01的壓力穩(wěn)定；另外，設(shè)置C-02A/B的防喘振控制和超馳控制方案，保證C-02A/B機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

對(duì)于C-01，由于大量的氫氣是大循環(huán)，只是少部分氫氣經(jīng)C-02A/B升壓后送出，因此，C-01吸入氣量充足，離心式壓縮機(jī)特有的喘振問(wèn)題基本不存在，故C-01不需要設(shè)置防喘振控制。

3.1 控制方案概述

重整反應(yīng)壓力控制方案如圖2所示。

圖2 重整反應(yīng)壓力控制方案示意

由圖2可知，重整反應(yīng)壓力控制是一個(gè)復(fù)雜度較高的串級(jí)加三分程加超馳加防喘振控制方案。其中，PC1為V-01的壓力控制器；PC2為氫增壓機(jī)入口分液罐(V-02)的壓力控制器；PY1/PY2/PY3為三分程輸出分配；XIC1為C-02A防喘振運(yùn)算控制器；XIC2為C-02B防喘振運(yùn)算控制器；PC4為C-02A出口壓力高限控制器；PC5為C-02B入口壓力低限控制器；PC6為C-02B出口壓力高限控制器；LS1，LS2為超馳(選擇性)邏輯切換；V1為C-02A入口放火炬閥；XV1為C-02A防喘振閥；XV2為C-02B防喘振閥；SIC為重整氫增壓機(jī)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制器。

3.2 串級(jí)加三分程控制方案分析

如圖2所示，為了保證重整反應(yīng)壓力穩(wěn)定，將V-01的壓力控制設(shè)置為串接主回路PC1；為了克服出裝置重整氫的負(fù)荷波動(dòng)因素的干擾，將V-02的壓力控制設(shè)置為串接副回路PC2，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定V-01壓力的目的。

為了更直接、有效、安全地控制被調(diào)參數(shù)，將串級(jí)控制PC2輸出確定為三分程方式。三分程控制曲線如圖3所示。PY1分程曲線控制重整氫增壓機(jī)的一級(jí)XV1閥的開(kāi)度，PY2分程曲線控制重整氫增壓機(jī)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速(控制機(jī)組負(fù)荷)，PY3分程曲線控制V1閥的開(kāi)度。

圖3 重整反應(yīng)壓力三分程曲線示意

當(dāng)工藝正常波動(dòng)時(shí)，三分程控制器輸出處于PY2(33%～66%)的分程范圍，PY2調(diào)節(jié)重整氫增壓機(jī)一級(jí)、二級(jí)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)增加或減少外送氫氣量來(lái)控制p1，p2的穩(wěn)定。當(dāng)重整反應(yīng)壓力偏高時(shí)，重整氫增壓機(jī)轉(zhuǎn)速增加到最大允許轉(zhuǎn)速都緩解不了壓力超高時(shí)，三分程控制器輸出處于PY3(66%～100%)的分程范圍，打開(kāi)V1閥并控制其開(kāi)度，達(dá)到迅速降低壓力的目的。當(dāng)重整反應(yīng)壓力偏低時(shí)，重整氫增壓機(jī)轉(zhuǎn)速降低到最小允許轉(zhuǎn)速都緩解不了壓力超低時(shí)，三分程控制器輸出處于PY1(0～33%)的分程范圍，打開(kāi)XV1閥，增加C-02A氫氣返回量，減少或不向外送氫氣，以維持p1，p2的穩(wěn)定。

3.3 超馳控制方案分析

超馳控制也稱選擇性控制，由正?？刂苹芈贰⑷〈刂苹芈放c邏輯判斷部分組成。邏輯判斷部分設(shè)置關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)行自動(dòng)判別選擇合適的控制器，避免工藝過(guò)程進(jìn)入危險(xiǎn)操作區(qū)域。

重整反應(yīng)壓力復(fù)雜控制方案設(shè)置了2套超馳控制回路，分別用于保護(hù)C-02A/B(一級(jí)、二級(jí))。當(dāng)重整反應(yīng)壓力異常超低，三分程控制器輸出處于PY1(0～33%)分程范圍，控制XV1打開(kāi)，增加C-02A氫氣返回量，減少或不向外送氫氣；為了防止C-02A出口超壓，設(shè)置C-02A出口壓力高限控制器，控制XV1閥打開(kāi)，降低C-02A出口壓力；任何時(shí)候當(dāng)XIC1監(jiān)測(cè)到操作點(diǎn)接近喘振控制線時(shí)，優(yōu)先打開(kāi)對(duì)應(yīng)的XV1閥，以防止喘振發(fā)生。PY1，PC4，XIC1的輸出信號(hào)均經(jīng)低選器(LS1)超馳控制XV1閥的開(kāi)度，直至全開(kāi)。

同樣地，當(dāng)C-02B入口壓力低時(shí)，由PC5控制XV2閥打開(kāi)，增加C-02B氫氣返回量，減少或不向外送氫氣，以維持系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定；為了防止C-02B出口超壓，設(shè)置C-02B出口壓力高限控制器，控制XV1閥打開(kāi)，降低C-02B出口壓力；任何時(shí)候當(dāng)XIC2監(jiān)測(cè)到操作點(diǎn)接近喘振控制線時(shí)，優(yōu)先打開(kāi)對(duì)應(yīng)的XV2閥，以防止喘振發(fā)生。PC5，PC6，XIC2的輸出信號(hào)均經(jīng)低選器(LS2)超馳控制XV2閥的開(kāi)度，直至全開(kāi)。

4 運(yùn)行情況分析與對(duì)策

重整反應(yīng)壓力復(fù)雜控制投用后，在裝置實(shí)際運(yùn)行中，遇到的情況及對(duì)策簡(jiǎn)要分析如下：

1)裝置生產(chǎn)過(guò)程中，由于重整氫增壓機(jī)入口實(shí)際氣體組分的變化，壓縮機(jī)喘振線也隨之變化。為適應(yīng)喘振線的變化，以防止壓縮機(jī)喘振，通常會(huì)盡量放大喘振線的安全裕度，勢(shì)必造成不必要的能量浪費(fèi)。

因此，為適應(yīng)操作條件變化和機(jī)組由于磨損、結(jié)垢等原因而出現(xiàn)的性能變化，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法獲取防喘振線，優(yōu)化機(jī)組防喘振控制。壓縮機(jī)入/出口的壓力、流量測(cè)量變送器使用快速響應(yīng)變送器，提高防喘振控制回路的響應(yīng)速度。

2)在實(shí)際生產(chǎn)操作中，由于生產(chǎn)負(fù)荷波動(dòng)較大，造成PC2輸出在60%～100%內(nèi)大幅波動(dòng)，需要操作人員結(jié)合實(shí)際工況，手動(dòng)調(diào)整防喘振閥的開(kāi)度以及設(shè)定機(jī)組轉(zhuǎn)速，工藝操作強(qiáng)度較高。

因此，重整循環(huán)氫壓縮機(jī)和重整氫增壓機(jī)串聯(lián)布置，串聯(lián)機(jī)組的控制核心是協(xié)調(diào)每臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行。通過(guò)分析串聯(lián)壓縮機(jī)的壓縮比，找出各臺(tái)壓縮機(jī)合理的負(fù)荷分配，從而使p1達(dá)到可控范圍。正常工況下，2臺(tái)離心機(jī)組的負(fù)荷會(huì)隨著重整產(chǎn)物分離罐的壓力p1同時(shí)升、降負(fù)荷，保持壓縮比比值不變，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。若裝置生產(chǎn)負(fù)荷大幅波動(dòng)，重整循環(huán)氫壓縮機(jī)和重整氫增壓機(jī)升降負(fù)荷無(wú)法匹配，機(jī)組間的壓力p2會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性就會(huì)受到干擾。在現(xiàn)有控制方案基礎(chǔ)上，增設(shè)重整循環(huán)氫壓縮機(jī)和重整氫增壓機(jī)的負(fù)荷分配協(xié)調(diào)控制，控制2臺(tái)壓縮機(jī)的壓縮比保持不變，維持機(jī)組間的壓力p2的穩(wěn)定。

5 結(jié)束語(yǔ)

重整反應(yīng)壓力串級(jí)加三分程加超馳加防喘振控制方案既保證了重整反應(yīng)系統(tǒng)的壓力、重整氫增壓機(jī)入口和出口壓力的穩(wěn)定，也保證了重整氫增壓機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)使氫氣損失減小，是一個(gè)合理、可靠的控制方案。重整循環(huán)氫壓縮機(jī)和重整氫增壓機(jī)的負(fù)荷分配協(xié)調(diào)控制投用后，實(shí)現(xiàn)了不同工況下重整反應(yīng)壓力的自動(dòng)控制，降低了操作人員工作強(qiáng)度。重整氫增壓機(jī)性能控制范疇在機(jī)組防喘振控制改進(jìn)后得以擴(kuò)大。在全自動(dòng)控制的情況下，重整氫增壓機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行在新的防喘振控制線周邊，不僅確保機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，還能保證低負(fù)荷情況下實(shí)現(xiàn)最小的防喘振閥開(kāi)度，使運(yùn)行效率更高、耗能更低。