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基于DCS系统的重沸炉控制

供稿:中国工控网 2016/4/1 10:16:31

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  • 关键词: 重沸炉 DCS 串级控制
  • 摘要:某化工厂PX装置中的二甲苯塔塔底重沸炉的作用是为分馏塔底油加热,使之部分汽化后,返回塔底,以提供产品分馏所需的热量。重沸炉的控制采用了单回路控制、串级控制,为了防止进出料超限,利用DCS及联锁控制的先进性对整个重沸炉进行了控制,提高了整个系统的快速性、精准性,大大提高了自动化生产控制的能力。

1、引言

某化工厂的PX装置是是该公司产业链条的重要组成部分,其目的是以加氢裂化所产生的石脑油为原料,生产对二甲苯和苯。由于PX装置中二甲苯塔的重沸炉进出料流量的难控制性,采用了DCS及联锁控制系统的优越性对重沸炉进行了控制。二甲苯塔塔底物C9、C10进入重沸炉,重沸炉的出口物料再返回到二甲苯塔。塔底重沸炉的作用是为分馏塔底油加热,使之部分汽化后,返回塔底,以提供产品分馏所需要的热量。通过DCS和联锁控制系统的协调控制,大大提高了重沸炉精准、快速、安全、平稳的生产。

2、工艺流程及控制方案

2.1、重沸炉F200A/B的工艺流程:

工艺流程图如图1所示:

F200A/B为二甲苯塔底重沸炉,由于C200的负荷较大,故采用F200A和F200B两台重沸炉并联运行。F200A/B的被加热物料为C200塔底泵提供的,C8以上的芳烃混合物,被加热物料通过四路分别进入F200A/B炉。经过加热炉加热的物料经加热炉出口返回至二甲苯塔塔底。F200A/B是通过燃料油和燃料气混合进行燃烧的。从经济角度考虑,由于燃料气的价格比较高,所以要多烧燃料油,故当重沸炉的出口温度达到一定值时,就将燃料气的调节器投自动,断开炉出口压差与燃料气压力串级控制系统,使燃料气的控制形成单回路,且燃料气的进料量处于一个小且平稳的状态,那么,对炉子出口汽化率的控制就要通过炉出口压差与燃料油的压力组成的串级控制系统来实现。由于燃料油为易凝固的液态,不能直接燃烧,所以需要1.0Mpa低压蒸汽对燃料油进行雾化处理,才能使燃料油进行燃烧。而在1.0Mpa蒸汽与燃料油之间要采用压差控制,使其保持一定的差压才能使燃料油汽化为最佳状态。

2.2、控制方案

2.2.1、串级控制系统的控制方案

本控制系统的目的是维持炉出口汽化率的稳定,从而保证炉内产品质量。而维持燃料油压力恒定却并不是目的,流量的大小是允许改变的,至于何时变何时不变,以及变化多少,要由汽化率控制的需要而定。这样,炉出口差压与燃料压力就要采用串级控制系统。即F200A炉通过测量变送器测炉出口的差压值,在正常操作状态下,差压控制器的输出值作为燃料油串级回路中压力控制器的给定值,同时也作为燃料气串级回路中压力控制器的给定值,组成炉出口压差与燃料油和燃料气的压力串级控制系统。

2.2.2、单回路控制系统的控制方案

在设计中,对于进料的流量控制系统,流量控制器是根据被控对象(即进料流量)的测量值与给定值的偏差来进行控制的,且其他干扰较小,故可以直接选用流量单回路控制系统。对于蒸汽与燃料油的差压控制系统,也选用差压单回路控制系统。

3、 控制方案的实施

3.1、变送单元的选择

在设计中采用的变送器有差压变送器,压力变送器和流量变送器。具体选择见表1。


3.2、执行单元的选择

调节阀接管的尺寸通常用公称直径Dg和阀座直径dg表示,Dg和dg是根据计算出来的调节阀的流通能力C来确定的。

已知条件:


3.3、电气阀门定位器的选择

     电气阀门定位器是电动单元组合仪表的一个辅助环节,也是气动执行器的一个主要附件。它与气动执行器配套使用可组成如图2所示的闭环负反馈系统,从而改善气动执行器的外特性。

输入电流I经电气转换单元转换成气压信号Pi,并由执行机构产生的阀门位移的位置反馈信号比较后,其差值信号经阀门定位器产生供气动执行器使用的气压信号,然后由气动执行机构按一定的规律转换成阀杆的相对位移,从而改变调节阀的开度,控制被控介质的流量。阀杆的位移经位置发生器形成位置反馈信号送入阀门定位器,从而构成深度负反馈系统。当系统处于动态平衡状态时,调节阀处于相应的开度。电气阀门定位器将直流4—20mA统一标准信号转换成0.02—0.1MPa的气压信号去控制气动执行器。

4 、集散控制系统的应用

集散控制系统( distributed control system,简称DCS)是以满足现代化工业生产和日益复杂的控制对象的要求为前提,从生产综合自动化的角度出发,将微处理器作为核心的集中分散控制系统。在本设计中,主要介绍串级控制回路组态及I/O模件的选择。

4.1、串级控制回路组态图,如图3。

4.2 I/O 模件组态如表3。

4.3 I/O模块连接组态如表4。

5、结束语

本设计采用了加热炉出口压差与燃料压力的串级控制系统。此控制系统自装置开车以来一直运行平稳。随着现代化工业技术的发展,对DCS控制系统的应用越来越广泛,DCS的发展也推动了现代流程工业的快速发展。


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审核编辑(王静)
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