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石油催化裂化装置工艺自控系统设计和仪表选型分析研究论文

 人参与  2024-11-20 10:07:32  分类 : 理学  点这评论  作者：团论文网  来源：https://www.tuanlunwen.com/
　　摘要：随着国民经济和社会科技的发展，人们对石油化工产品的需求不断增多，促进了石油化工行业的快速发展.在石油化工行业中,石油催化裂化装置在行业中承担着"承上启下"的重要作用。按照石油化工装置自控工程设计规定以及相关生产工艺的控制和检测要求，对石油催化裂化装置的分馏系统、吸收稳定系统的温度、压力等进行控制和检测，并根据相关设计规范及石油催化裂化装置的生产特点选择出合适的仪表和控制阀。

　　关键词：石油化工；催化裂化；自控系统；系统设计；仪表选择；控制方案

　　0引言

　　近年来，由于我国经济迅速发展，对石油能源的需求日益增大。国内的石油开采量已经无法满足需求，从国外进口原油占总需求量的比例越来越大。2022年，我国进口原油5.2亿t，相当于142万桶/d[1-2]。由于我国进口的原油产地不同，对原油质量和成分不能做到严格控制，因此，对石油化工装置的稳定和安全提出了更高的要求。

　　1石油催化裂化装置分馏系统流程简介

　　石油催化裂化分馏系统由分馏塔、汽提塔、回炼油罐、原料油缓冲罐以及油气分离器组成，其主要流程如图1所示[3-4]。分馏塔作为分馏系统的主体部分，发挥着举足轻重的作用，原料油从分馏塔底部进入后，油气自下而上经过分馏塔，从顶部出去的是水蒸气和富气。中部原料进入汽提塔后，气相重新返回分馏塔，剩下的部分出装置。油气分离器主要作用是分离轻质油、富气和污水[5]。汽提塔主要的作用是分离进入其内部的油气混合物。
 

 
　　2分馏部分控制方案分析

　　1）原料。反应油气从反应沉降器顶部进入分馏塔底部，油气向上经过8层人字挡板，与来自人字挡板上方的冷却后的循环油浆逆流接触，循环油浆把油气中携带的催化剂粉尘洗涤下来，并使油气温度降到370℃左右，油气在饱和状态下进入分馏塔上部，各层塔盘分离成气体、轻柴油、回炼油和油浆等馏分[6]。塔底油浆中的固体含量靠调整油浆的回炼量和排放量来控制。

　　2）粗气油及富气。110～120℃的油气粗气油及富气从塔顶部馏出，先经分馏塔顶空冷器冷却到68℃,再进入分馏塔顶冷却器冷却到40℃左右，进入分馏塔顶油气分离器。在油气分离器内平衡汽化，进行油气、水的分离。粗气油用粗气油泵抽出后，分为两路，一路送至吸收塔第25层塔盘，做吸收剂，另一路送至二段提升管进行回炼。富气从油气分离器顶部进入气体压缩机压缩后去吸收塔。冷凝水用污水泵抽出，作为压缩富气洗涤水，打到压缩富气冷凝器入口前，进入气压机出口油水分离器。

　　3）顶循环回流。130℃的顶循环回流油由顶循环泵从塔第20层抽出，经过原料油—顶循油换热器换热。轻柴油、汽提出来的油气随水蒸气从塔顶部返回塔的第17层，经过汽提后的轻柴油由轻柴油泵从汽提塔底部抽出，经过原料油—轻柴油换热器换热到150℃后到轻柴油冷却器，经过换热器换冷却到40℃,一部分去碱洗容后出装置，另一部分去再吸收塔做吸收剂[7-8]。

　　4）中断循环回流。246℃的中断循环回流从塔第9层、第11层塔盘抽出，经过中断回流泵送到吸收塔，经过稳定塔重沸器与稳定塔底汽油塔底汽油换热，温度降为236℃,再到解吸塔重沸器与解吸塔脱乙烷汽油换热，温度降为214℃。然后，回分馏部分进入中段循环冷却器，用循环冷却水将其冷却，温度降到200℃。最后，返回分馏塔第14、16层塔盘。

　　5）回炼油。回炼油从塔第1层自流入回炼油罐，气体返回第二层，回炼油从容底部经回炼油泵抽出，一部分返回塔第1层作为分馏塔器回流，另一部分送至二段提升管回炼。

　　6）油浆。360℃的塔底油浆自塔底由油浆泵抽出，一部分送至二段提升管喷嘴，另一部分经过与原料油—循环油浆换热管程与原料油换热至340℃,再经过油浆蒸汽发生器管程，温度降至270℃后，返回塔下部人字挡板上，产品油浆经外甩油浆冷却箱冷却至90℃,送出装置。

　　3吸收稳定系统控制分析

　　从分流塔顶油气分离器出来的富气经过气体压缩机压缩后，其压力从0.15 MPa升高至1.3 MPa，温度为120℃,进入压缩富气空冷器冷却到60℃。然后，汇合来自吸收塔底部的48℃的吸收油和解吸塔顶48℃的解吸气，进入压缩富气冷却器。冷却到40℃后，再进入气压机出口油气分离器平衡汽化，气体部分从吸收塔顶部出来，进入吸收塔下部，在塔内与从塔顶部下来的吸收剂（粗气油和稳定汽油）逆流接触，吸收C3和C4以上组分[9]。未被吸收的轻组分（贫油）携带着轻柴油自塔顶流出。在吸收塔内放出的吸收热，在吸收塔第13层抽出460℃的中段循环回流油，经吸收塔中段回流冷却器冷却到40℃,再返回吸收塔第12层。

　　解吸塔顶解吸气进入气压机出口压缩富气冷却器，脱乙烷汽油自解吸塔底用稳定进料泵抽出，经过稳定汽油—脱乙烷汽油换热器与稳定汽油换热至145℃后，进入稳定塔的第15、19、23层，由塔顶重沸器向塔顶供热，分离出液化气组分，并控制蒸汽压合格。塔顶流出物C3、C4经过稳定塔顶空冷器和稳定塔顶冷却器冷凝冷却至40℃后，进入稳定塔顶回流罐，液化气油气从罐底由泵抽出，一部分作为冷回流返回稳定塔顶，另一部分进入混合器进行液化气碱洗，碱洗后的液化气进入液化气脱硫系统进行脱硫。稳定汽油自塔底重沸器换底出来，自压经脱乙烷汽油换热器换后，温度降到147℃,再经稳定器油空冷器、稳定汽油换热器冷却到40℃后，一部分经稳定汽油泵送至吸收塔作为补充吸收剂，另一部分进入碱洗沉降罐沉降分离后作为产品，出装置。

　　4石油催化裂化分馏装置仪表选型

　　4.1温度仪表的选型

　　靶式流量计通过力矩转换的方式测出靶上所受的力或动压，便可以求出流速和流量。

　　选用理由：靶式流量计特别适合测量黏度较高的流体，也可以测量一般的液体和气体，而且没有引压管，维护比较方便，准确度高。由于多数管路中的流体黏度较高，故流体测量采用了比较多的靶式流量计，且比较单一的流量计便于操作人员的维护和操作。

　　例如：管201介质为原料蜡油，温度为100℃、密度为875 kg/m3、黏度为24.17×10-3 Pa·s、流量为100 000 kg/h、管径为Φ200 mm。此介质温度不高，流量较大，黏度很高，就很适合用靶式流量计测量，且靶式流量计对管径几乎没有什么要求，所以，选用靶式流量计。对于同类型的其他流量计，如涡街流量计，对于高黏度流体的测量精度没有靶式流量计高，故未选用。

　　管234和管256采用了差压式流量计。差压式流量计（孔板流量计）的工作原理：流体在流动过程中，在一定条件下，流体的动能和静压能（压力能）可以互相转换，并可以利用这种转换关系来测量流体的流量。例如，在管道中安装阻力件，流体通过阻力件所在的截面时，由于流通面积突然缩小，促使流束产生局部收缩，流速加快，静压能降低，因而在阻力件前后出现压力差。可以通过测量此差压的大小，并按一定的函数关系来计算出流量值。

　　选用理由：由于这两个管路中流体黏度不高，其他条件很适合使用标准节流装置，而且应用标准节流装置测量流量比较方便，只要按照标准的规定所提供的数据和要求进行节流装置的设计、加工，无需对该节流装置进行标定就可以直接测量流量，其流量不确定度不会超出允许的范围。其他流量计，如靶式流量计，对于黏度较低的液体，其测量准确度稍差，且孔板测量流量较方便。

　　4.2压力仪表的选型

　　弹簧管压力表：所有的就地显示仪表均采用弹簧管压力表。弹簧管压力表工作原理：作为压力—位移转换元件的弹簧是270。圆弧形空心管，截面积呈椭圆形，当固定端通入被测压力后，椭圆形截面在压力作用下将趋向于圆形，自由端就会偏离原位置，弹簧管的中心角随即减小，由弹性形变原理应用中心角相对变化值可求出被测压力。
 

 
　　选用理由：弹簧管压力表是工业上应用最广泛的一种测压仪表，适用于水、气和油等介质压力的测量，其结构简单，便于安装与维修，运行可靠性高，测量范围广，能够广泛应用于石油、化工、制冷和供热等领域，故就地显示压力仪表都选用此型号压力表。由于就地外界条件不苛刻，可以选用任何一种就地显示压力表，其他类型的就地显示压力仪表与弹簧管压力表相比较，都过于复杂、且价格昂贵。因此，从经济角度考虑，选用弹簧管压力表最合适。本设计有10处使用了弹簧管压力表，量程分别为0～1.6 MPa和0～4 MPa。

　　催化裂化分馏系统内许多部分的压力需要远传，如每个塔内和容器内的压力等，其数值变化随时关系到整个装置的稳定运行及安全，因此，需要随时检测其数值变化。选择型号为1151DP8S22M1的电容式压力变送器，对重要装置以及不方便观测的压力进行远传。

　　选用理由：电容式压力变送器精度高，可达0.2级，稳定性好，使用6个月内，误差不会超过其最大量程的基本误差绝对值。构造应用了小型部件，重量轻、坚固抗振性能好，无机械可动部件，寿命长，维修工作量小。对于其他类型的压力变送器，如互感式压力变送器，其测量范围太小，只有0～1 m，不适合此处测量。其他变送器有的可动部件多，有的维护量较电容式压力变送器大，都不是很适合此处的压力变送。因此，综合考虑后，选用了1151DP8S22M1电容式压力变送器。

　　4.3调节阀可调比的选择

　　可调比是指调节阀所能控制的最大流量Qmax与最小流量Qmin之比值，即：R=。Qmax为调节阀可调流量的上限；Qmin为调节阀可调流量的下限，一般为最大流量的2％～4％，不同于调节阀的泄漏量。泄漏量是指阀全关时泄漏的量，仅为最大流量的0.1%~0.01％。

　　下面以管201为例来选择调节阀：管201原料蜡油，t=100℃,p1=0.5 MPa，p2=0.35 MPa，ρ=875 kg/m3，μ=24.17×10-3 Pa·s，Q=100 000 m3/h。

　　由于其温度不高，压力和流量也不大，但黏度较高，而且工艺要求泄露量小，故选用气动薄膜角型阀即可。双坐阀泄露量太大，这里不予考虑。而套筒阀无法用于黏度高的场合，也不合适。因此，选用气动薄膜角型阀最合适。

　　查调节阀手册，可知C=100，进行开度演算和可调比演算，符合条件，所选用公称通径对应的流量特性为等百分比。调节阀型号选择ZMAS-16B，介质温度为180℃,因此，材质选用铸铁。

　　5结论

　　根据石油催化裂化的工艺控制和检测的要求，对石油催化裂化分馏装置的分馏、吸收稳定系统的温度、压力等进行工艺控制和检测，对相关生产流程做了简单的介绍。并根据石油催化裂化分馏装置的特点和工况，选择出了合适的仪表和控制阀设备。

　　参考文献

　　[1]段弘磊.催化裂化装置消防安全措施的作用分析与研究[J].当代化工研究，2024（1）：107-109.

　　[2]张旭亮，莫力根.关于石油化工催化裂化工艺技术的优化措施研究[J].中国石油和化工标准与质量，2023，43（17）：184-186.

　　[3]王裕振.石油化工催化裂化工艺技术的优化措施[J].化工管理，2023（26）：137-139.

　　[4]宗德龙.分析石油化工催化裂化工艺技术优化[J].中国石油和化工标准与质量，2023，43（8）：149-151.

　　[5]孙辽东，王丽红.催化氧化油气回收设施可燃气体仪表设计问题分析与对策[J].电气防爆，2022（6）：36-38.

　　[6]牛永华，杨光伟，陈太生.石油化工催化裂化工艺技术优化探究[J].山西化工，2022，42（7）：75-76.

　　[7]赵德强.催化汽油加氢脱硫装置辛烷值损失影响因素分析及改进措施[J].石油与天然气化工，2020，49（5）：8-14.

　　[8]陈孝辉.催化裂化装置开工阶段现场仪表故障分析[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（16）：13-14.

　　[9]黄校直.石油催化裂化装置自控系统设计及软件研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2000.
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