改善催化再生器压力仪表控制质量提高能量回收机组发电量

段国旺，张洪峰，毕秋阁，王永祥

(中国石油抚顺石化公司，辽宁 抚顺 113000 )

工艺与装备

改善催化再生器压力仪表控制质量提高能量回收机组发电量

段国旺，张洪峰，毕秋阁，王永祥

(中国石油抚顺石化公司，辽宁 抚顺 113000 )

在催化裂化装置再生器压力分程控制中，烟机入口蝶阀和双动滑阀是参与控制的重要执行机构，本文通过调整蝶阀和双动滑阀动作的线性度、受控精度、灵敏度，提高了能量回收机组（烟机－主风机－电动机／发电机）仪表的控制质量，达到了回收再生烟气中携带的大部分能量，降低了机组功率消耗，提高了机组回收效能。

能量回收机组； 再生器； 蝶阀； 双动滑阀； 分程控制

催化裂化装置中，作为催化装置的核心设备——能量回收机组，即烟机－主风机－电动机／发电机（通称三机组），既为催化剂烧焦提供动力，又可回收再生烟气携带的大部分能量，从而降低机组功率消耗，达到能量回收目的[1,2]。例如主风机组每小时耗能约6 100 kW·h，而烟机每小时可回收8 260 kW·h电能，可见能量回收创造的经济效益相当可观。

在催化再生器压力分程控制(PIC-101)中，烟机入口蝶阀和双动滑阀是参与控制的两个重要执行机构，也是对能量回收效果产生最直接影响的执行机构[3]。因此，如何采取有效措施，增强入口蝶阀与双动滑阀动作的线性度、受控精度、灵敏度及响应效果，充分提高其仪表控制质量，改善能量回收效果，提高机组回收效能具有重要的意义。

1 仪表控制流程简介

再生器压力控制是由PIC-101控制器分程控制烟机入口蝶阀和双动滑阀来实现，同时PIC-101又与烟机转数控制SIC-1构成选择控制系统，如图1所示。在分程控制中，PIC-101输出4~20 mA信号被分为两个部分：4~12 mA，12~20 mA。其中4~12 mA经PIK-101A转换成4~20 mA信号，控制双动滑阀由全开到全关;而12~20 mA经PIK-101B转换成4~20 mA后，又经REV-1反转为20~4 mA信号，控制烟机入口蝶阀由全开到全关。

正常生产中，双动滑阀处于全关状态，再生器压力由烟机入口蝶阀控制。再生器压力升高，则蝶阀开度增大；如果再生器压力过高且蝶阀已经全开时，则开启双动滑阀泄压，以维持再生器压力稳定[4]。

关于烟机转数控制，是通过烟机转数控制器SIC-1与入口蝶阀手操器 HIC-2进行信号高值选择。其中，SIC-1的给定值为额定转数的105%，即：6363×105%=6 680 r/min，当转数超过给定值时，SIC-1输出增加，通过高选器去关小入口蝶阀，使之转数下降，而当转数小于给定值时，烟机入口蝶阀受再生器压力控制。此类情况，只有在烟机拖动主风机，使电机处于发电状态下，才能出现。

图1 再生器压力控制与烟机转数选择控制流程图Fig. 1 Flow chart of regenerator pressure control and selective control on hood turn number

由此可见，烟机入口蝶阀与双动滑阀控制质量的好坏，不仅关系到再生器压力的稳定以及两器正常流化，更重要的是对于烟机发电，减少能量与动力消耗，为装置创造经济效益具有重要意义。

2 研究与应用

根据抚顺石化公司催化能量回收机组的性能指标与双动滑阀和烟机入口蝶阀的实际使用情况，我们认真研究了再生器压力仪表控制系统各控制环节的内在联系，决定开展以下工作：

(1)检修双动滑阀电液执行机构，消除偏差报警、锁定报警，减少机械零位、电气零位[5]。

(2)提高烟机入口蝶阀受控精度，降低烟机入口压力损失。

我们对这两方面做了相应的分析与处理，经与工艺、机械等有关人员共同努力与配合，取得了明显的效果，达到了予期目的，下面进行具体介绍。

2.1 检修双动滑阀电液执行机构（BDY9），消除偏

差报警、锁定报警，减少机械与电气零位

（1）双动滑阀采用的是九江仪表厂生产的冷壁式电液滑阀系统。它是由BDY-9系列自动控制执行机构和冷壁式阀体两部分组成。BDY-9列自动控制执行机构是用来控制的驱动滑阀的重要部件，滑阀的控制精度就是由它来决定的。因此，BDY-9系列自动控制执行机构的性能好坏、工作的可靠与否，极大地影响滑阀能否正常工作，从而影响整个催化装置的安全运行。此外，电液滑阀具有诸多先进控制技术的明显优点，所以自 1993年取代原气动滑阀，投入使用后，已为催化装置取得了良好的经济效益。虽然电液滑阀与气动滑阀相比，在控制方式，灵敏度，精度及响应过程等方面具备很大优势。但生产过程中双动滑阀还是存在以下问题：

①双动滑阀北侧经常发生锁定报警；

②双动滑阀南侧阀位反馈信号偏差较大达：± 2%；

③双动滑阀全关时，漏量较大，阀板间隙：7 mm。

针对以上问题，我们查阅有关资料与数据记录，共同分析故障原因，并制定了相应的解决办法,见表1。

表1 问题分析与处理办法Table 1 Analysis and approach on the problems

（2）对于问题1、2我们做了以下几项工作：

①调整主放大板“1R75”（跟踪时间）电位器，把跟踪时间由原来25秒调至30秒。

②调整主放大板“1R74”(跟踪带宽)电位器，把跟踪带宽由3.5 %调至5 %。

③更换反馈补偿板，调整“3R47”（反馈量程）电位器与“3R48”（反馈零点）电位器。使阀位偏差由原来±2%凋整至±0.6%。

④更换南侧滑阀电液伺服阀一台，同时，更换南北侧滑阀油过滤器两组。并清扫油路系统。催化车间向岗位人员认真贯彻正确的操作方式。使滑阀不致因操作输出信号突变而引起跟踪失调或滑阀锁定。至今双动滑阀未出现上述故障。

（3）对于问题3做了以下几项工作：

①将北侧滑阀机械限位进行了适当调整。

②把滑阀全关时两阀板间间隙由7 mm调至3 mm（为防止滑阀由于经常处于全关状态咬合过紧而在事故状态下不能顺利开启泄压，所以不能调整过小）。

③我们也相应地调整了北侧滑阀综合放大板的“2R49”(输入信号量程电位器）及反馈补偿板的“3R47”（阀位反馈量程电位器），使得输入信号和反馈信号与调整后的实际阀位相对应，以保持滑阀控制的线性度与精度。

经过以上几次对双动滑阀电气与机械部分的适当调整校验，在提高滑阀控制准确度，降低再生器至烟机管线压降，减少电机耗能几方面取得了较明显的效果。为便于说明问题，我们摘录了某日14时调整前后部分操作记录数据，列表2。

表2 控制参数与电机功率对照表Table 2 Contrast table of control parameters to the motor power

由上表数据可知，在装置操作条件变化不大的情况下，电机耗电功率在14时调整机械零位与电气零位之前（即 8：00～13：00）的平均值(kW·h)为：而在调整后（即15：00～20：00）其平均值(kW·h)为：因此，耗电功率下降平均值(kW·h)为：

2.2 提高烟机入口蝶阀受控精度，降低烟机入口压力损失

我厂烟机入口蝶阀采用的是兰炼机械厂生产的DG900型气动活塞蝶阀，汽源压力0.5 MPa，最大开度70 ℃，全行程时间30 s，灵敏度达1/200。

高温闸、阀烟机入口蝶阀是与烟机串联操作的，其开度由再生器压力（PIC-101）控制，在额定条件下，该阀压降为10 kPa，在变工况条件下，阀后要受烟机变化性能曲线的控制。通过在工况调整操作的不同时期，且烟机入口压力与温度相对变化不大的情况下，采集现场操作数据，记录典型参数，得到下表3所示数据。

表3 调整前蝶阀控制参数与电机功率对照表Table 3 Contrast table before adjusting butterfly valve control parameters to motor power

从表中可以看出，烟机入口蝶阀开度越大，且蝶阀压降越小，则电机耗能最少。烟机效率越高，如何从仪表控制角度，减少烟机入口压力损失，提高烟机功率呢？从三旋出口到烟机入口的压力损失点主要有两个，即高温闸阀和烟机入口蝶阀。而且烟机入口蝶阀在输入控制信号为20 mA（即全开）时，实际上不能开到70°转角，只能开到66°左右。所以我们应从以下两个方面着手解决问题：

(1)提高烟机入口蝶阀受控精度，增加全开角度。

(2)除去高温闸阀，并建议选用高效蝶阀（可全开至90°）取代气动蝶阀。

在当年的装置联合检修中，我们采取了以下措施：

(1)拆除了高温闸阀。

(2)重新调校烟机入口蝶阀转换器，量程上调6.25%，使入口蝶阀全开至68°，提高2°。

(3)更换QFD-2气动阀门定位器和气动指挥阀一台。

(4)检查整个气路易漏点，减少气动信号传递压力损失。

通过以上调整，开汽后投用烟机，我们又对入口蝶阀进行动态测试记录，数据如下表4所示。

表4 调整后蝶阀控制参数与电机功率对照表Table 4 Contrast table after adjusting butterfly valve control parameters to motor power

由以上调整前后数据可见，在操作条件变化不大，输出信号不变的前提下，蝶阀压降(kPa)平均减少：而烟机耗电量(kW·h)平均减少：

3 应用效果

能量回收机组作为催化裂化装置的心脏设备，保证其长周期连续运转，具有重要意义。催化剂在烧焦过程中，产生大量烟气，充分回收这部分能量，不仅有益于提高机组效率，保证加工量，而且会产生可观的经济效益[6]。在多年的研究与实践中，我们对烟机入口蝶阀和双动滑阀进行技术改进，提高了仪表控制质量，取得了良好效果。如果按全年开工330 d，电价0.50元/(kW·h)人民币计算，则每年可获得经济效益约：静止型的机泵冷却水流道好于旋转型，可以一定程度上延缓水结垢问题。

图3 旋转型密封图Fig.3 Rotary seal chart

图4 静止型密封图Fig.4 Static seal chart

第三种方案：对温度较高的机泵在有条件的情况下均改为蒸汽冷却，解决水结垢问题，但改为蒸汽冷却后，应将原有机械密封的水封环改为汽封环，否则蒸汽的泄漏量会稍大，同时将水冷方案改为蒸汽后可以大大降低波纹管结垢速率，同时对机械密封的微小泄露可以起到消防蒸汽的作用。

通过试验，由表2得出：当泵机械密封采用B型，格兰水冷改为蒸汽冷却，大大降低波纹管结垢速率，延长了机械密封的使用寿命。

表2 两种密封结果对比Table 2 Comparison of two seal results

4 结 论

在泵选型过程中不但要考虑泵的流量、扬程、效率等主要因素，更要考虑泵采用的机械密封冲洗方案是否适合该泵在这种工况下的运行。当选型成功后，泵才能长周期平稳的运行，为厂创造出经济效益，同时也为装置的安全生产奠定了坚实的基础。

［1］舒永泉．机械密封实用技术[M]. 北京：化学工业出版社，2002.

［2］ 沈庆根．化工机器故障诊断技术[M]. 杭州：浙江大学出版社，1994．

［3］温传舟．工业常用设备故障判断与排除[M]. 北京：化学工业出版社，2008．

［4］中国石油化工总公司石油化工设备维护修理规程[M]. 北京：中国石化出版社，1992.

［5］周本省．工业水处理技术M]. 北京：化学工业出版社，1999.

［6］宋天民．炼油厂动设备[M]. 北京：中国石化出版社，2009.

Improving Pressure Instrument Control of the Catalytic Regenerator to Enhance the Generating Capacity of Energy Recovery Unit

DUAN Guo-wang,ZHANG Hong-feng，BI Qiu-Ge，WANG Yong-xiang
( PetroChina Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 113000, China )

In the split control of the pressure in the regenerator of catalytic cracking unit, flue gas turbine inlet butterfly valve and double acting spool valve are two important execution machines directly involved in the control. In this paper, by adjusting linearity, control accuracy and sensitivity of the butterfly valve and double acting spool valve, the control effect of instruments in the energy recovery unit (flue gas turbine—fan—motor/generator) was improved to recycle most energy in flue gas, reduce unit power consumption and improve recycling performance.

Energy recovery unit; Regenerator; Butterfly valve; Double-acting slide valve; Split control

TP 273 文献识别码： A

1671-0460（2012）05-0468-03

2012-04-27

段国旺（1972-），男，河北保定人，工程师，2000年毕业于抚顺石油学院计算机及应用专业，研究方向：主要从事于石油化工仪表自控化控制。E-mail：dgw2008@126.com。