郭 猛

(中国石油大连石化公司，辽宁 大连 116031)

重整装置反应压力控制方案分析与投用

郭 猛

(中国石油大连石化公司，辽宁 大连 116031)

通过对连续重整装置的反应原理和工艺流程的简单介绍，说明了反应压力与目标产品的关联性以及压力控制的必要性和重要性。设计上反应压力控制采用压力-转速串级分程控制方案，通过压缩机的转速实时调节反应压力。由于认知不足，此控制方案自开工以来一直没有投用，反应压力采用压缩机定转速控制，且压缩机防喘阀一直保持一定的开度，导致反应压力波动大、影响产品质量且压缩机能耗大，因此优化反应压力的控制效果显得异常重要。通过论证、解析该控制方案，优化了PID控制参数和投用方法，成功地将控制方案投入实际生产，投用后重整反应压力非常稳定，提高了产品的收率和质量；同时由于防喘阀的关闭降低了压缩机能耗，提高了压缩机的工作效率，为企业带来了较高的经济效益。

压力-转速串级分程控制 连续重整装置 PID参数优化

中国石油大连石化公司年产220万吨重整装置采用美国环球油品公司超低压连续重整工艺技术，可得到高的液体产率、高的芳烃产率和氢气产率。装置原料来源于上游年产380万吨石脑油预加氢装置，主要产品是把低辛烷值的直馏石脑油转化为富含芳烃的高辛烷值汽油组分、C6/C7馏分、不稳定液化气和含氢气体，从重整生成油中分离出混合二甲苯和高辛烷值汽油调合组分。重整反应过程生成的焦炭由催化剂带入再生系统进行连续再生，恢复活性的催化剂再经循环系统回到反应器床层中，继续重整反应。如此循环往复，实现过程的连续性。

自装置建成投运以来，由于认知不足，设计上通过调节压缩机转速和分程保护来控制反应压力的控制方案一直未投用。反应压力采用压缩机定转速控制，导致反应压力波动大，影响产品质量；且压缩机防喘阀一直保持一定的开度，导致压缩机能耗也大[1]。为了提高产品收率和质量，降低能耗，公司组织技术人员对压力-转速串级分程控制方案[2]进行分析和论证，成功将该方案在生产实际中加以投用，提高了企业的经济效益。

1 重整工艺简介①

重整工艺是在一定的操作条件和催化剂作用下，使烃类分子重新排列，将烷烃和环烷烃转化为芳烃或异构烃。重整反应的深度取决于原料油性质、催化剂性能和操作条件的苛刻程度。降低反应压力有利于芳构化而抑制裂化反应；相反，提高反应压力将增加加氢裂化反应而减低芳构化作用。为了获得更多的目的产物，降低反应压力是条很好的途径。但是，重整催化剂在低压操作条件下，催化剂的结炭速率会迅速增加，将严重影响催化剂的使用周期。为此，重整装置必须保持一个适宜的反应压力，避免过高的结炭速率。因此，控制重整反应压力至关重要，实际生产中通过控制产品分离器的压力来稳定反应压力。

2 压力控制方案解析

中国石油大连石化公司年产220万吨重整装置的反应压力是以反应产物分离器压力PI4008为控制基准点，与重整氢增压机入口分液罐压力PI4012组成串级调节控制系统。PI4012的控制器PIC4012为三分程控制，一路控制放空阀，一路与重整氢增压机转速控制器组成串级调节控制系统，另一路参与压缩机防喘振控制。

图1中的反应产物分离器压力PI4008和重整氢增压机K1402入口分液罐V1402的压力PI4012是一个串级控制，PI4008的控制器PIC4008的输出作为PIC4012的给定。PIC4012输出的0%～33%参与防喘振控制，33%～66%调节压缩机转速，66%～100%给系统放空阀PV4012。正常操作时，PIC4012通过调整增压机K1402的转速来维持系统压力。两段防喘阀XV4004、XV4006和系统放空阀PV4012都是关闭的。当V1402压力降低时，PIC4012将降低K1402的转速直到最小运行转速，若压力继续降低，PIC4012的0%～33%输出将给K1402一段防喘阀XV4004一个开的信号来维持V1402的压力。当V1402压力增加时，PIC4012将增加K1402的转速直到最大运行转速,若压力继续增加，PIC4012的66%～100%输出将打开PV4012放空阀来维持V1402的压力。在正常调速模式下，PIC4012的33%～66%输出对应压缩机的调速范围是6 751～8 751r/min，调节器为正作用[3]。

图1 重整流程简图

PI4008为重整循环氢压缩机K1401的入口压力，而PI4012是K1401机出口、K1402机的入口压力，所以K1401机的转速影响着K1402机的入口压力和流量。反应压力控制组态如图2所示，可以看出，当K1401机入口压力PI4008发生变化时，在保持K1401机转速不变的情况下，可通过调节其出口压力PI4012进行调节修正。即当PI4008升高时，通过降低压缩机出口压力使得压缩机入口流量增加而降低入口压力；当PI4008降低时，通过增加压缩机出口压力使得流量减少而增加入口压力。控制器PIC4008的控制方式为反作用。通过PI4008与PI4012的串级控制就能实现反应压力的稳定调节。所以，将PIC4008作为此控制回路的主控制器，PIC4012为副控制器，同时作为下游三分程控制的主控制器来调节转速、防喘振阀和放空阀[4]。

3 压力控制方案投用前的运行状态和影响

该装置的压力控制方案(压力-转速串级分程控制)自2008年开工以来，由于各种原因一直没有投入自动控制，而是采用定速控制(手动调节转速)，高低压两段防喘阀都保持12%左右的开度，这样K1402机虽然转速恒定，且工作点远离喘振线，但是不能有效及时地调节反应压力；反应压力波动较大，影响反应器内的氢油比；脱戊烷塔压力不稳定，液化气质量波动大；另外，由于防喘阀的开度大，导致压缩机效率低下且蒸汽能耗大，给企业带来较大的经济损失。因此，该控制方案投用与否，将对装置的生产优化和蒸汽能耗产生较大影响。

4 压力控制方案的实施

2013年初公司组织技术人员对国内相关炼厂的重整装置反应压力的控制情况进行调研，了解相关的控制方案和技术参数，确定相关控制器PID参数的大致范围。为此后进行压力控制方案试投用奠定基础。

4.1控制方案的整定与投用

为了防止分液罐V1401～V1403的液位在投用过程中出现波动，导致带液联锁停机，重新整定了液面控制PID参数，加强控制作用，使调节更加及时有效。然后将高、低压两段的防喘振控制器都打在半自动位置，保持两个防喘阀现有开度不变，避免出现喘振。

将各主要控制对象的PID参数按照经验值和调研的数据写入：反应产物分离器压力控制器PIC4008的控制参数设置为P=80%、I=25s、D=0s。分液罐压力控制器PIC4012的控制参数设置为P=100%、I=0s、D=0s(先采用纯比例控制)。调速器的控制参数设置为P=150%、I=15s[5]。

各项准备工作就绪后，观察转速控制器的运行情况，发现当前的PI参数不能满足控制要求，偏差过大，最高时达到30r/min，于是逐渐将转速控制器的PI参数改为P=20%、I=2s，调整后转速偏差不超过3r/min，效果明显改善。

图2 反应压力控制组态

观察当前转速与K1402机入口分液罐压力控制器PIC4012的输出是否一致，如果二者偏差超过5r/min，则不允许投入串级，微调PIC4012的输出值等于转速设置值时将转速控制器打到串级模式，再将PIC4012由手动位打到串级位，将主回路控制器PIC4008投入自动。观察整个回路的运行情况，发现PIC4012的控制效果明显偏弱，偏差过大，不能及时有效地调节PI4008的压力。针对此问题，重新调整PID参数，首先把PIC4012控制器改为自动方式，观察它与转速的响应关系，判断出该变量的波动周期为30s左右。以此为基础重新设置，将PIC4012控制器的控制参数修改为P=100%、I=60s、D=0s。PIC4008控制器的控制参数修改为P=80%、I=60s、D=0s。然后再将此回路投入串级。经过长时间观察， PIC4012反应迅速、跟踪及时，控制效果良好，PIC4008明显趋于稳定，波动很小，标准偏差由原来的8.2减少为0.4左右，投入自动控制的效果非常明显，PI4008和PI4012的压力曲线如图3所示。

图3 调整参数后的压力曲线

最后，观察K1402机当前的运行工况，逐渐将一段、二段防喘阀关闭，一段的防喘振阀开度为2%，二段的防喘振阀全关，K1402机的一段、二段工作点均在喘振控制线附近。此时，蒸汽耗量减少8t/h，如图4所示。

图4 蒸汽流量曲线

4.2投用过程中出现的问题与对策

方案投用后出现了转速差超限5r/min(转速差为压力控制器要求的转速与调速器设定值之差)的情况，导致转速控制器与压力串级控制切为手动，由于没有及时发现，压力系统出现波动。经认真研究调速逻辑，将此偏差限值改为200r/min，同时在操作画面上加设声光报警功能，一旦出现偏差报警和手自动切换现象，就发出声光报警提醒操作员及时对转速控制做出调整[6]。

由于防喘阀的关闭，工作点移至喘振控制线附近，随后由于外部工艺条件波动，工作点进一步左移，防喘振控制器迅速将一、二段防喘振阀打开，给K1402机出入口压力带来冲击，造成生产波动。针对当前工况和生产负荷，将一、二段防喘振阀开度分别设在4%和8%，使压缩机工作点右移，远离喘振线，避免一有波动就打开防喘阀的现象发生。同时，观察生产负荷情况，如果产氢量增加，即压缩机入口流量增加，工作点进一步远离喘振线，则可关闭防喘阀，降低能耗。

5 压力控制方案的影响因素

中国石油大连石化公司年产220万吨重整装置的压力控制方案为三重串级-分层控制，由于有循环氢压缩机K1401的引入，增加了干扰对象，给此压力控制增加难度，所以要尽量保证K1401的运行稳定和转速恒定。

重视防喘振控制器的影响，工作点尽可能远离喘振线。投用前保证压缩机组后路畅通，不憋压。将一、二段出入口压力控制器和放空阀控制投入自动控制，将后路进入管网的氢气压力设定好，然后根据工艺允许的最大压比逐级设定好一、二段出入口压力控制器的设定值，以保证PIC4012至防喘振控制器的输出值为0%(这样做可以留有一定的余量调节，防止防喘阀频繁开关)。可将防喘振控制器打在半自动模式或自动模式下。

K1402机自身状态良好，调速机构稳定可靠，响应迅速，保证压力调节的及时有效。

逻辑中转速差超限切为手动的功能没有实际意义，建议此功能只做报警提示，不更改控制模式，避免出现压力波动。

工况稳定，避免开停工期间或生产负荷过低时投用。

6 结束语

中国石油大连石化公司年产220万吨重整装置的压力-转速串级分程控制方案投用后，控制效果突出，反应压力稳定，提高了重整单元的运行稳定性，也保证了目标产品的生产效率。同时，大幅提高了装置的自控率水平。更重要的是节能效果非常突出，仅蒸汽消耗量每小时节省近8t，而且还有很大潜力可挖，随着工况的稳定和负荷的调整还可进一步节省蒸汽量，提高压缩机的效能，给企业带来更大的经济效益。

[1] 王骥程,祝和云.化工过程控制工程[M].北京:化学工业出版社,2000:174～184.

[2] 姚春东.离心式压缩机调速运行的节能率计算及优化[J].压缩机技术,2003,(6):4～7.

[3] 胡海军.催化重整装置反应压力控制方案讨论[J].石油化工自动化,2013,49(1):6～10.

[4] 黄凡峻.天津石化100万吨/年重整抽提装置反应压力控制[J].中国仪器仪表,2010,(8):29～31.

[5] 粟雪云.重整装置反应及油气再接触系统压力平衡控制分析[J].炼油技术与工程,2002,32(10):1～3.

[6] 赖文川.催化重整装置典型控制方案分析[J].石油化工自动化,2004,40(3):18～20.

PressureControlSchemeAnalysisandApplicationinContinuousCatalyticReformingUnit

GUO Meng

(CNPCDalianPetrochemicalCorporation,Dalian116031,China)

Through briefly introducing both reaction principle and process of the continuous reforming unit , the relevance between reaction pressure and target product and both necessity and importance of the pressure control were illustrated. In original design, the reaction pressure control adopts pressure-rotational speed cascade-split control scheme and having the reaction pressure adjusted at real time through controlling the compressor’s working speed; the reaction pressure employing a constant speed control scheme and the compressor’s anti-surge valve keeping a certain opening can result in obvious reaction pressure fluctuation, poor product quality and large energy consumption. Applying the cascade-split control scheme with improved PID control parameters to the production shows that, this scheme can improve stability of reforming unit’s pressure system and the compressor’s work efficiency along with great economic benefits for the company.

reaction pressure-cascade-split control, continuous catalytic reforming unit, PID parameter optimization

TH862

B

1000-3932(2016)12-1253-05

2016-11-08(修改稿)