工藝簡介

催化裂化是最復雜的煉油工藝過程之一。催化裂化裝置的構成一般包括：反應-再生器部分、主風機部分、分餾部分、氣壓機部分、吸收穩(wěn)定部分、余熱鍋爐部分和低溫熱利用部分。有的裝置還包括汽油脫硫醇等產品精制部分。

反應-再生部分是裝置的核心部分。原料油的裂化和催化劑的再生均在此部分完成。各產品的產率和催化劑的再生效果均由反應再生部分決定。反應-再生部分包括反應沉降器、提升管反應器、再生器、內外取熱器、催化劑罐、助燃劑和鈍化劑加入設施及反再系統(tǒng)特殊閥門等。

主風機部分負責為再生器提供燒焦用空氣，是裝置的核心部分。對于大型化催化裂化裝置，設置煙氣能量回收系統(tǒng)可以大幅度降低能量消耗和操作費用，因此機組配置比較復雜。一般來說，主風機部分包括主風機-煙氣輪機機組、備用主風機機組、增壓機機組、三級旋風分離器、催化劑儲罐、四級施分分離器和臨界流速噴嘴、水封罐和空氣-煙氣系統(tǒng)的控制閥門等。

分餾和吸收穩(wěn)定部分的任務是分離和回收反應所產生的各種產品。產品收率的高低由該部分決定。分餾系統(tǒng)的產品是輕柴油和油漿。分餾部分由分餾塔、輕柴油汽提塔、重柴油汽提塔、油漿汽提塔、原料儲罐和回煉油罐、換熱系統(tǒng)設備、加熱爐、油氣分離器、工藝機泵以及控制系統(tǒng)等組成。分餾系統(tǒng)的工藝流程比較復雜，各裝置之間的主要區(qū)別一般體現在換熱流程的不同上。

富氣壓縮機（氣壓機）系統(tǒng)連接分餾和吸收穩(wěn)定兩大部分。該部分由氣壓機組和入口分液罐以及控制系統(tǒng)組成。采用汽輪機驅動的氣壓機組可以變轉速運轉，因而可以最大限度地調節(jié)氣壓機的負荷，操作費用較低。

吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的產品是干氣、液化石油氣和穩(wěn)定汽油。吸收穩(wěn)定部分包括吸收塔、解吸塔、再吸收塔、穩(wěn)定塔、冷換設備和工藝機泵等。

余熱鍋爐是回收再生煙氣余熱的專用設備。該部分包括余熱鍋爐或CO鍋爐、CO焚燒爐本體、水封罐、煙道閥門和煙囪等。

產品精制部分一般包括干氣脫硫、液化石油氣脫硫脫硫醇、汽油脫硫和脫硫醇以及輕柴油精制。

主風機組作用簡述

催化裝置催化劑表面因結焦而失去活性，如果要恢復其活性，需要通入空氣燒焦，經燒焦后的催化劑可再生，再與催化原料油反應。燒焦過程中產生之煙氣，經除塵后由再生器頂部排出。由此可知，再生器底部需要提供充足的空氣（即主風），由主風機（軸流壓縮機）承擔，它是催化裂化裝置的核心設備,主風機須連續(xù)運轉,如果該設備停止運轉，催化裂化裝置也就停產，所以，除了主風機，還有備用風機。

再生高溫煙氣所帶走的能量約占全裝置能耗的26%，裝置利用煙氣輪機來回收此部分能量，煙氣的能量除了滿足主風機動力需要外，還能給全廠輸出電力，煙氣輪機的成功使用為石化企業(yè)的節(jié)能降耗可做出巨大的貢獻。

因此，主風機組又稱能量回收機組，其結構通常由三機（軸流壓縮機+煙機+電機/發(fā)電機）構成主風機三機組或由四機（軸流壓縮機+煙機+汽輪機+電機/發(fā)電機）構成主風機四機組。

 

催化裂化主風機四機組的工藝流程圖

富氣壓縮機作用簡述

由分餾塔頂油氣分離器來的富氣，經富氣壓縮機（“氣壓機”習慣叫法）入口前的文丘利管及入口閘閥進入氣壓機的第一段壓縮，壓縮后的氣體進入中間氣體冷卻器，富氣經冷卻器冷至40度后，進入氣壓機的氣液分離器進行氣液分離。分液后的氣體進入氣壓機二段壓縮，然后出口進入吸收穩(wěn)定部分。氣壓機中間分液罐分離出的凝縮液則由凝縮液泵送入吸收穩(wěn)定部分，小型裝置可返回分餾部分。有的裝置在壓縮機入口設有氣液分離罐，并配有相應的凝液排出系統(tǒng)。考慮到緊急狀態(tài)，設有富氣放火炬系統(tǒng)，由放火炬線上風動蝶閥或風動閘閥控制。為在機組事故緊急停機時能及時將入口卸壓，在停機信號發(fā)出時，入口放火炬閥連鎖自動打開。為了防止機組喘振，采用二段防喘振回路控制，來控制防喘振調節(jié)閥開度，以保證操作點不進入喘振區(qū)，保持壓縮機運行的穩(wěn)定。

富氣壓縮機組工藝流程圖

主風機的控制

1. 流量控制

主風機的流量控制是由主風機的進口調門根據再生器所需空氣量的大小而進行導葉調節(jié)。

2. 防喘振控制

當主風機的實際工作流量低于某一數值時，控制系統(tǒng)根據測量的參數及預先編制的專用的喘振控制應用程序進行判斷、計算、輸出，打開防喘振放空閥，增加風機的流量，防止喘振的發(fā)生。

3. 防逆流保護

逆流保護是繼主風機防喘振控制保護系統(tǒng)之后的第二道保護性措施，系統(tǒng)按照預先設定的邏輯判斷是否發(fā)生逆流，如果發(fā)生持續(xù)逆流，系統(tǒng)將采取保護措施，進入機組安全運行模式或聯鎖停機。

4. 安全運行模式控制

當機組有在正常運行中因裝置操作需要或機組本身的原因，暫時切斷向再生器供風，且不停主風機時的一種“自保運行”狀態(tài)的需要時，系統(tǒng)控制機組在正常操作轉速下運行（靜葉角度保持在22度），但不向再生器送風。

煙機的控制

1. 煙機輪盤溫度控制

煙氣輪機設有輪盤冷卻蒸汽系統(tǒng)，正常操作條件下，由輪盤溫度自動控制冷卻蒸汽流量。

2. 煙氣控制

在機組正常運轉時，應全關雙動滑閥，所有煙氣通過煙氣輪機做功后再去余熱鍋爐回收余熱。當煙氣中催化劑含量過高、顆粒度超標或煙氣輪機故障時，煙氣輪機應解列，此時應全關煙氣輪機入口高溫蝶閥及入口高溫閘閥，煙氣通過雙動滑閥、孔板降壓器后去余熱鍋爐。

3. 煙機自動升溫及升降速控制

煙機自動升溫及升降速控制，完全解決了人為升溫控制精度不夠及影響再生器壓力等問題。

富氣壓縮機的控制

1. 防喘振控制

富氣壓縮機為單缸兩段，兩段葉輪采用背靠背的設計，兩端之間有冷卻器和分離，防喘振控制按兩段分別計算進行高選。

2. 性能控制

根據工藝要求，富氣壓縮機通常有出口保持恒壓的要求，正常運轉時，通過升高或降低汽輪機的轉速從而保持壓力的穩(wěn)定。在機組有喘振發(fā)生時，性能控制于喘振控制需要采取聯偶的方式控制運行。

節(jié)能優(yōu)化控制案例：150萬噸催化主風機組控制節(jié)能優(yōu)化改造升級

項目背景

某公司150萬噸催化裂解裝置中的核心設備主風機組(含備機和增壓機)中的主風機組為電機-軸流主風機-煙氣輪機組。采用北京康吉森自動化渦輪機組控制（TMC）解決方案，控制系統(tǒng)的核心為三冗余（TMR）故障安全型系統(tǒng)。

優(yōu)化方案

通過主風機組出口壓力及出口流量自動控制靜葉及防喘振閥的控制方案，實現兩個控制回路之間的解耦。在此項目之前國內沒有項目成功投用主風量與壓力全自動控制軸流式主風機組靜葉和防喘閥。可以選擇流量優(yōu)先或壓力優(yōu)先兩種自動控制模式，實現了主風機的最佳工作工況和穩(wěn)定運行。

具體工作原理概述如下：

1) 需要升高出口壓力及出口流量時，控制系統(tǒng)會首先關閉防喘振閥，而后再開靜葉。

2) 需要降低出口壓力及出口流量時，首先關小靜葉，而后再開防喘振閥。

優(yōu)化效果

主風機組出口流量及壓力實現優(yōu)化控制，根據工藝需求自動調節(jié)主風機組靜葉及防喘振閥，真正實現了軸流主風機自動匹配裝置工藝運行的目的，裝置運行更加平穩(wěn)，主風機運行在了最佳效率區(qū)間。由于主風機組效率受到環(huán)境溫度的變化，增加優(yōu)化控制后機組控制自動跟蹤環(huán)境溫度的變化，保持高效運行。同時增加了煙機自動升溫及升降速控制，完全替代了人為升溫控制精度不夠，影響再生器壓力的問題。

編者按

催化裂化技術是石油化工生產過程中最為重要的一項有效生產工藝技術，要想保障該項工藝的穩(wěn)定進行，生產過程中會消耗大量的能源，這對我國石化企業(yè)穩(wěn)定生產造成了一定的影響。對催化裂化裝置進行有效的節(jié)能優(yōu)化改造已經成為了相關行業(yè)工作人員需要重點考量的問題。康吉森催化裂化機組節(jié)能優(yōu)化控制解決方案，為催化裂化裝置節(jié)能降耗保駕護航。

《康吉森“雙碳”專欄》簡介

“雙碳”目標下，工業(yè)節(jié)能是當前的首要任務。作為流程工業(yè)安全及關鍵控制系統(tǒng)的行業(yè)領軍企業(yè)，康吉森自動化幫助更多工業(yè)企業(yè)節(jié)能增效責無旁貸。為響應國家政策號召，順應新的發(fā)展趨勢，為工業(yè)企業(yè)節(jié)能增效保駕護航，康吉森自動化特推出《康吉森“雙碳”專欄》系列報道，借助自身經驗積累和技術優(yōu)勢，向廣大工業(yè)企業(yè)提供節(jié)能優(yōu)化控制解決方案。