加氢尾油处理装置常压塔自动控制系统开题报告.

1、1 课题的目的和意义自中国加入 WTO 后，石化市场日趋受到国外的严重冲击已是不争的事实， 石化工业如何适应未来这种新的生产局面、 参与市场竞争已经成为亟待解决的问 题，降低加工成本、 提高经济效益、 提高产品质量和开发高附加值的精细化工产 品已成为当今中国石化工业面临的紧要工作。塔设备是石油化工行业的重要设 备，所以塔设备的质量至关重要。 如何扩能增效、 节能降耗，例如改善塔的结构， 提高塔效率，提高操作弹性，这些都是塔设计人员所面临的新的研究和开发热点。 塔的设备和控制系统是专业学习的重点内容， 在化工厂的参观学习中也发现塔是 石油化工厂中常见设备， 也是我以后工作中要常接触的设备， 所以

2、对塔设备的掌 握是十分重要的，因此选择此课题为毕业设计题目。2 国内、外现状及发展趋势加氢裂化是重质馏分油深度加工的主要工艺之一， 它不仅是炼油工业生产轻 质油品的重要手段， 而且也已成为石油化工企业的关键技术， 发挥其它工艺不可 代替的作用。加氢裂化在制取不同目的产品时对原料组成或馏分油的要求局限性 不大，通过改变催化剂、调整工艺条件或流程可以大幅度改变产品的产率和性质， 从而最大限度地获取目的产品。 加氢裂化产品的主要特点是饱和度高， 非烃化合 物含量少，安定性好；正构烃含量低，低温流动性好；对添加剂的感受性强。由 于加氢裂化尾油性能好， 因此它具有多种可利用的途径， 在工业上应用较多的有

3、 三个方面，分别是蒸汽裂解制乙烯原料、催化裂化原料和润滑油原料。2.1 国内发展趋势随着我国经济的不断发展和科技水平的不断提高， 国内对高档润滑油的需求 越来越大，目前我国润滑油生产量很大， 居世界前列， 但润滑油质量与国外相比 还基本停留在中低档水平上，中低档油明显过剩，但高档油却又严重不足， 还须 从国外进口。 所以从市场潜力等长远考虑， 作为国内有着举足轻重作用的中石油 润滑油公司，拓宽生产u类和川类润滑油基础油的原料来源， 解决我国基础油质 量和高档油短缺问题， 还是很有必要的。 实际上如果对加氢尾油采用传统的润滑 油工艺就可以生产出润滑油， 这样综合利用加氢尾油将比做加氢裂化装置回炼

4、油 所得的经济效益大得多。 试验表明， 以加氢裂化尾油为原料制得的润滑油基础油 可生产出内燃机油、压缩机油和金属加工油等多种润滑油产品。在国内， 加氢裂 化尾油资源近年来正逐渐受到重视， 许多单位如北京石科院、 镇海石化公司等纷 纷着手以加氢裂化尾油为原料制取润滑油产品及石蜡的研究工作。2.2 国外发展趋势近年来，美国 C hevron 、 Mobil 、 Shell 等公司分别开发了异构脱蜡或加氢 异构化工艺， 以加氢裂化尾油、 糠醛精制油和含蜡较多的馏分油为原料生产超高 粘度指数润滑油基础油，而且基础油收率高，引起了广泛重视。在美国，C onoco 公司和 Pennzoil 公司合资建立了

5、生产能力为 950 万吨/年的基础油厂， 采用 UOP 公司的加氢裂化和 C hevron 公司的异构脱蜡技术，用这种基础油已调制出多级 发动机油15W-40、10W-30和10W-40,燃气轮机油20W-50及高负荷船用发动 机油。加拿大石油公司则采用本公司的加氢裂化和 C hevron 公司的异构脱蜡技 术，专门生产粘度指数大于120的川类基础油，处理量800万吨/年。C hevron公 司对其R ichmond炼油厂应用了自己开发的异构脱蜡技术生产U类和川类基础 油，生产能力 630 万吨/年，提高了基础油的收率，同时改善了基础油的低温性 能。 Mobil 公司在新加坡的 Jurong

6、炼油厂采用 Mobil 公司自己开发的加氢裂化 和异构脱蜡技术，生产U类轻、重中性油。3 课题的主要工作尾油是石油经蒸馏加工后剩余的残尾， 其比率约占石油加工前的 50%，由于 尾油质量差，杂质和非理想组份含量高， 加工难度大， 致使尾油曾作为锅炉燃料 被烧掉，不仅浪费有限资源，而且对环境造成了污染。尾油加工处理简单地说， 就是在高温、高压和催化剂存在的条件下， 使尾油和氢气发生化学反应， 去除尾 油中的硫、氮、重金属等有害杂质，将尾油部分转化为气油和柴油，剩余的部分 可以通过催化、液化进行加工处理， 全部转化为气油和柴油。 加氢处理后的尾油 质量得到明显改善，可直接用催化、 裂化工艺， 将其

7、全部转化成市场急需的气油 和柴油，提高了资源的利用率和经济效益。 经过尾油加氢处理技术装置处理的尾 油，所含的硫、氮、金属及残氮等重要指标，均大幅度降低，可全部做为催化、 裂化等下游工艺的过程的合格进料， 可把利用价值较低， 容易造成环境污染的尾 油，全部转化为附加值高、 质量上乘的氢质油品， 最大限度地提高了氢质油转化 率，从某种意义上说，该技术使原油得到了解100%的转化，实现了石油炼制过程中将原油充分利用的目的。此次设计就是做加氢尾油处理装置常压塔部分的自动控制系统设计。 实现用 DCSg制系统对常压塔各部分设备进行有效的控制，如温度、压力、流量等。保 证最终的产品达到工艺的要求。此次设

8、计的工艺流程图如图 3-1 所示。18R602空冷器A301汽 提 塔回流罐R302冷却器E302400#工段T303E205P303A/BP304A/BP305A/B图3-1加氢尾油处理装置常压塔工艺流程图自E303来的稳定塔底油进入T302进料段，进行闪蒸并汽液分离，汽相沿塔 上升作为精馏段的气相物流。自常压塔T302塔顶蒸出的气体，首先进入塔顶空冷器 A301进行冷凝冷却， 然后流入塔顶回流罐 R302中进行气液分离。分离出的气体自顶部引出送至装置 的低压燃料气缓冲罐 R602分离出的液体由常压塔顶抽出泵 P305A/B抽出，分 两路，一路按一定流量进入 T302塔顶形成T302塔的顶回

9、流，另一路经冷却器 E302冷却，作为轻低芳溶剂油产品送出装置。自进料段闪蒸下来的液体向下流入提馏段塔盘，与塔底设置的汽提蒸汽逆流接触，脱出轻组分后进入塔底。T302塔中部常二线采出口采出的液体进入 T303上部与T303下部的汽提蒸 汽逆流接触，进一步脱出常二线抽出油的轻组分。P304A/B自T303塔底抽出气提后的常二线油，以一定流量去E205P303A/B自T302塔底抽出常压塔底油送入 400#工段。进料段上部馏出的过汽化油经过计量后流入 T302塔底。R302分出的含油污水排入污水系统。3.1常压塔底汽提蒸汽流量控制系统3.1.1被控变量的选择工艺要求汽提蒸汽以一定流量进入常压塔底部

10、与进料段闪蒸下来的液体逆 流接触，所以选择汽提蒸汽的流量作为被控变量。3.1.2操作变量的选择综合分析可知，能够影响汽提蒸汽流量的因素有汽提蒸汽的温度和压力，管道口径以及汽提蒸汽的入口流量，对汽提蒸汽的流量影响最大并且为可控变量的 为入口流量，因此选择入口流量作为操作变量。3.1.3控制方案设计单回路控制系统结构比较简单，所需自动化工具少，投资比较低，操作维护 也比较方便，管道控制系统无滞后，而且在一般情况下都能满足控制质量的要求， 因此在生产过程中通常采用单回路控制系统。控制系统如图 3-2所示。图3-2常压塔底汽提蒸汽单回路流量控制系统图3-3常压塔底汽提蒸汽流量控制系统方块图3.1.4控

11、制方案可行性分析假定在干扰发生之前系统处于稳定状态，流量等于给定值，此时一旦有干扰发生，则会出现两种情况，第一种情况，管道流量突然变大，流量控制器感受到偏差变大，发出将调节阀开度减小的信号，调节阀开度减小，管道流量减小，偏 差变小，重新达到稳定状态。第二种情况，管道流量突然变小，流量控制器感受 到偏差变大，发出将调节阀开度增大的信号，调节阀开度增大，管道流量增大， 偏差变小，重新达到稳定状态。3.2常二线汽提塔塔底汽提蒸汽流量控制系统3.2.1被控变量的选择工艺要求常二线汽提塔塔底的汽提蒸汽以一定流量进入常二线汽提塔下部 与塔上部的液体进行逆流接触，所以选择汽提蒸汽的流量作为被控变量2 03.

12、2.2操作变量的选择对被控变量有影响的因素有汽提蒸汽的温度、气体的压力和入口流量，其中影响最大且未可控变量的是入口流量，因此选择入口流量为操作变量。3.2.3控制方案设计常二线汽提塔塔底汽提蒸汽流量控制系统与3.1的常压塔底汽提蒸汽流量控制系统的工艺原理、工艺要求和工作环境相同，因此也采用单回路控制系统， 控制系统如图3-4所示。T303 XI*图3-4常二线汽提塔塔底汽提蒸汽单回路流量控制系统图3-5常二线汽提塔塔底汽提蒸汽流量控制系统方块图3.2.4控制方案可行性分析因为常二线汽提塔塔底汽提蒸汽流量控制系统与 3.1的常压塔底汽提蒸汽 流量控制系统的工艺原理、工艺要求和工作环境相同，并且选

13、择的控制系统也相 同，所以方案可行性分析具体参考 3.1.4的分析说明，这里不再重复。3.3汽提塔底流量控制系统3.3.1被控变量的选择工艺要求气提后的常二线油由抽出泵自 T303塔底抽出后去E205与混合氢换 热、降温，所以常二线油与混合氢的都应该是一定量的， 因此选择常二线油的流 量作为被控变量。3.3.2操作变量的选择对气提后的常二线油的流量有影响的因素有抽出泵的压力、常二线油的温度和常二线油自身流量，抽出泵的压力是一定的，常二线油的温度变化很小并且不 可控，所以选择对常二线油的流量影响最大且可控的常二线油自身流量为操作变 量。3.3.3控制方案设计根据工艺要求，只需要把气提后的常二线油

14、以一定流量送入E205与混合氢换热、降温即可，所以遵循控制系统结构简单、使用设备投资较低的原则，选用控制系统方块图如图3-7所示图3-7汽提塔底流量控制系统方块图3.3.4控制方案可行性分析在稳定状态下，当常二线油流量突然变大，流量控制器感受到偏差变大，发 出将调节阀开度减小的信号，调节阀开度减小，管道流量减小，偏差变小，控制 系统恢复到稳定状态。当常二线油流量突然变小，流量控制器感受到偏差变大， 发出将调节阀开度增大的信号，调节阀开度增大，管道流量增大，偏差变小，控 制系统恢复到稳定状态3 03.4空冷器温度控制系统 3.4.1被控变量的选择工艺要求经过空冷器冷凝冷却后进入常压塔顶回流罐的气

15、体的温度为48 C,所以选择空冷器的温度为被控变量。3.4.2操作变量的选择能够影响空冷器温度的因素有环境温度、 空冷器内的空气量、还有进入空冷 器的气体流量，其中对空冷器温度影响最大并且为可控变量的是空气流量， 因此 选择空气流量作为操作变量。3.4.3控制方案设计工艺要求经空冷器冷凝冷却后流入常压塔顶回流罐进行气液分离的气体温 度为48C，在测量过程中，温度参数存在测量滞后问题，单回路控制系统控制 不及时，一般都选串级控制系统控制温度， 但是在空冷器温度控制系统中，物料 经过空冷器降温进入回流罐进行气液分离，对温度精度要求不高，可以存在微小误差，选择单回路控制系统就能满足工艺要求，控制系统

16、如图3-8所示。图3-8空冷器单回路温度控制系统控制系统方块图如图3-9所示给定+图3-9空冷器温度控制系统方块图344控制方案可行性分析假定在干扰发生之前控制系统处于稳定状态，温度等于给定值，当干扰出现时会发生两种情况，其一为空气流量突然变大，温度控制器感受到偏差变大，温度小于给定值，控制器发出将调节阀开度减小的信号，调节阀开度减小，空气流量减小，偏差变小，重新达到稳定状态。其二为空气流量突然变小，温度控制器 感受到偏差变大，温度大于给定值， 控制器发出将调节阀开度增大的信号， 调节 阀开度增大，空气流量增大，偏差变小，重新达到稳定状态。3.5常二线汽提塔液位控制系统3.5.1被控变量的选择

17、常二线汽提塔中，来自常压塔中部常二线采出口的液体与进入常二线汽提塔 下部的汽提蒸汽逆流接触脱出常二线抽出油的轻组分，为了两种物料在汽提塔中反应充分，汽提塔内的液位至关重要，因此选择常二线汽提塔液位为被控变量 o3.5.2操作变量的选择在常二线汽提塔中，对液位有影响的因素有塔内压力， 进料流量和塔底抽出 的液体流量，在保证生产安全的情况下塔内压力应该是固定的，通常情况下塔底抽出的液体也是一固定量，所以对塔内液位影响最大且可控的是进料流量，因此选择进料流量为操作变量。3.5.3控制方案设计根据工艺要求和设备工作环境来看，只需控制好进料流量就能控制常二线汽提塔中的液位，基于操作简单方便且投资较少的原

18、则选用单回路控制系统。控制系统如图3-10所示。图3-10常二线汽提塔单回路液位控制系统控制系统方块图如图3-11所示图3-11常二线汽提塔液位控制系统方块图3.5.4控制方案可行性分析系统在稳定状态下，塔内液位突然升高，液位控制器感受到偏差变大，发出将调节阀开度减小的信号，调节阀开度减小，进料流量减少，偏差变小，使控制 系统恢复稳定。反之，塔内液位突然降低，液位控制器感受到偏差变大，发出将 调节阀开度增大的信号，调节阀开度增大，进料流量增加，偏差变小，使控制系 统恢复稳定。3.6回流罐排污系统液位控制3.6.1被控变量的选择回流罐内应保证一定的液位，才能满足工艺要求并且确保生产安全， 所以选

19、 择回流罐液位为被控变量。3.6.2操作变量的选择回流罐出口流量、回流罐内压力、回流罐液位、抽出泵的压力等都对回流罐 液位存在影响，其中回流罐出口流量对其影响最大且为可控变量。因此选择回流罐出口流量为操作变量。3.6.3控制方案设计通过对对操作变量的分析可知，控制好回流罐的出口流量就能够控制回流罐的液位，单回路控制系统能够满足此要求，并且无滞后现象。因此选择单回路控 制系统完成对回流罐液位的控制。控制系统如图3-12所示。图3-12回流罐排污系统单回路液位控制系统控制系统方块图如图3-13所示。图3-13回流罐排污系统液位控制系统方块图364控制方案可行性分析在稳定状态下，回流罐内液位突然升高

20、，液位控制器感受到偏差变大，发出 将调节阀开度增大的信号，调节阀开度增大，回流罐出口流量增大，回流罐内液位降低，偏差变小，重新达到稳定状态。液位突然降低，液位控制器感受到偏差 变大，发出将调节阀开度减小的信号，调节阀开度减小，回流罐出口流量减小， 回流罐内液位回升，偏差变小，重新达到稳定状态。3.7回流罐液位控制系统3.7.1被控变量的选择回流罐内应保证一定的液位，才能满足工艺要求并且确保生产安全， 所以选 择回流罐液位为被控变量。3.7.2操作变量的选择回流罐中排入污水系统的液体流量、回流罐内压力、回流罐液位、抽出泵的压力等都对回流罐液位存在影响，其中回流罐出口流量对其影响最大且为可控变量。

21、因此选择回流罐出口流量为操作变量 3.7.3控制方案设计此控制系统与3.6控制系统的被控变量都为回流罐的液位，并且3.6控制系 统的操作变量为流向污水系统方向的回流罐出口流量，3.7控制系统的操作变量为流向冷却器方向的回流罐出口流量，因为出口物料要经过冷却器冷却再进入下 一装置再加工，所以要求物料出口平稳，因此要用均匀控制系统，简单均匀控制系统结构简单、投运方便、成本低廉，在此采用单回路控制系统的结构模式。控 制系统如图3-14所示。图3-14回流罐单回路液位控制系统控制系统方块图如图3-15所示。图3-15回流罐液位控制系统方块图3.7.4控制方案可行性分析在稳定状态下，若回流罐内液位突然升

22、高，液位控制器感受到偏差变大，发 出将调节阀开度增大的信号，调节阀开度增大，回流罐出口流量增大，送入冷却器的液体增加，回流罐内液位降低，偏差变小，重新达到稳定状态。在稳定状态下，若回流罐内液位突然降低，液位控制器感受到偏差变大， 发 出将调节阀开度减小的信号，调节阀开度减小， 回流罐出口流量减小，送入冷却 器的液体减少，回流罐内液位回升，偏差变小，重新达到稳定状态。3.8常压塔顶温度控制系统 3.8.1被控变量的选择常压塔顶蒸出的气体经过冷却后进入回流罐进行气液分离得到产品， 要确保 产品的质量，就要严格控制出口物料的精度，当出口气体温度为 97 C时能保证 产品质量，在这里，温度为间接控制参

23、数，所以选择温度为被控变量 。进料流量，常压 所以选择回流量3.8.2操作变量的选择能够影响常压塔顶出口气体温度的因素有常压塔进料温度、 塔内压力以及回流量等，回流量是对温度影响最大的可控变量, 为操作变量。3.8.3控制方案设计本着简单、经济的原则，首先设计一个单回路温度控制系统，控制系统和控 制系统方块图如图3-16和3-17所示。图3-16常压塔顶单回路温度控制系统图3-17常压塔顶温度控制系统方块图虽然单回路控制系统结构简单，但并不适用于工艺参数之间关系比较复杂的控制。而温度参数存在测量滞后问题，单回路控制系统控制不及时，对生产过程造成影响。因此单回路控制系统不适用于对常压塔顶温度的控

24、制。否定单回路控制系统，再设计一个串级控制系统，控制系统和控制系统方块 图如图3-18和3-19所示。TC串级控制系统比单回路控制系统多了一个副回路， 形成双闭环。此串级控制 系统的主控制器为温度控制器，主变量为温度， 副控制器为流量控制器，副变量 为流量，主控制器的输出为副控制器的给定，而副控制器的输出直接送往控制阀。 主控制器的给定值是由工艺规定的，是个定值，所以主环是个定值控制系统，而主控制器的输出是副控制器的给定值， 后者随前者变化，所以副回路是个随动系 统。在串级控制系统引入一个副回路，能提早克服进入副回路的扰动，还能改善 过程控制特性。流量调节器具有“粗调”的作用，温度调节器是“细

25、调”的作用， 从而提高控制品质。因此选择串级控制系统对其进行控制 9 03.8.4控制方案可行性分析干扰来自副环，当管道中的物料流量突然增大时，常压塔顶出口温度将降低， 温度控制器输出信号减小，流量控制器设定值减小，控制阀开度减小。干扰来自主环，当常压塔顶出口温度升高，温度控制器输出信号增大，流量控制器设定值增大，控制阀开度增大。主环和副环同时有干扰，副环流量增大，主环温度升高，当流量的增大量正 好等于温度的升高量时，控制阀保持开度不变；当流量增大量小于温度的升高量 时，温度控制器输出信号变大，流量控制器设定值变大，控制阀开度增大。当流 量增大量大于温度的升高量，温度控制器输出信号减小，流量控

26、制器设定值减小， 控制阀开度变小。当流量增大，温度降低的情况下，将主、畐晒路一起考虑，这 时流量控制器的将感受到较大的偏差输入信号，它将大幅度的减小控制阀开度。3.9常压塔底液位控制系统391被控变量的选择在工艺要求中，确保生产安全并且维持常压塔工作稳定，常压塔内的液位必须是一定的，因此选择常压塔底液位为被控变量。3.9.2操作变量的选择对塔底液位有影响因素有塔内压力、塔内温度、塔底抽出泵的压力、塔上部的回流量以及塔底出口流量，其中对塔底液位影响最大并且可控的变量为塔底出 口流量，因此选择常压塔底出口流量为操作变量。3.9.3控制方案设计单回路控制系统和控制系统方块图如图3-20和3-21所示

27、。图3-20常压塔底油单回路液位控制系统图3-21常压塔底油液位控制系统方块图化工工艺要求反应设备中必须进料平稳， 如果选择单回路控制系统控制常压 塔底液位，为了保持塔底液位一定， 塔底物料流量将无法保持平稳输出，因此此处不能用单回路控制系统10 o因为单回路不适用，所以设计一个串级控制系统，控制系统和控制系统方块 图如图3-22和图3-23所示。LC图3-22常压塔底油串级液位控制系统液位图3-23常压塔底油串级液位控制系统此控制系统中，流量控制器的设定值随液位控制器的输出值改变，副回路为 随动控制系统，能够克服进入副回路的干扰，还能改善过程控制特性。因此选择 串级控制系统。394控制方案可行性分析干扰来自副回路，当管道中的物料流量增大时，常压塔中的液位将会降低， 液位控制器输出信号减小，流量控制器设定值变小，控制阀开度减小。干扰来自主环，当常压塔中的液位忽然升高，液位控制器输出信号增大，流 量控制器设定值增大，控制阀开度增大。主环和副环同时有干扰，副环流量增大，主环液位升高，当流量的增大量等 于液位的升高量时，