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文檔簡(jiǎn)介
1
ZHSR硫回收技術(shù)是由鎮(zhèn)海石化工程有限責(zé)任公司吸收、消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上,開發(fā)出來的硫回收技術(shù)。該硫回收技術(shù)具有工程設(shè)計(jì)先進(jìn)、裝置能耗低、設(shè)備布置緊湊、占地面積小,裝置規(guī)模大、操作彈性寬、硫化氫濃度適應(yīng)范圍廣、自動(dòng)控制方案設(shè)置合理,達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。一、前言
2
該技術(shù)的主要特點(diǎn)是過程控制自動(dòng)化程度高,裝置運(yùn)行安全可靠。由于硫磺回收裝置在煉油廠總體流程中處于尾部,原料的供給點(diǎn)多,因此它的原料(酸性氣)流量和組成波動(dòng)大,而硫磺的生成全靠硫化氫化學(xué)反應(yīng)生成,為了確保高的硫轉(zhuǎn)化率,必須對(duì)反應(yīng)另一物料(氧氣)按化學(xué)計(jì)量供給,因此裝置的設(shè)計(jì)必須采用先進(jìn)合理的控制方案。另外,其原料、中間產(chǎn)物都含高濃度的硫化氫、二氧化硫、二硫化碳和羰基硫等有毒有害物質(zhì),介質(zhì)一旦泄漏就會(huì)發(fā)生人身傷亡和環(huán)境污染事故;介質(zhì)有燃料氣、硫磺、氫氣等易燃易爆物料,同時(shí)還有多臺(tái)不同壓力等級(jí)的蒸汽鍋爐,裝置運(yùn)行危險(xiǎn)性大。為了保證裝置的安全運(yùn)行,要求其設(shè)計(jì)必須具有可靠的開工程序和完善的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。一、前言
32.1酸性氣的需氧控制1、控制方案的作用該空氣流量的前饋-反饋-再反饋控制方案,是硫磺回收裝置始終保持高的硫轉(zhuǎn)化率和長(zhǎng)周期平穩(wěn)的保證。該控制方案在正常生產(chǎn)時(shí),能適應(yīng)裝置原料酸性氣流量和組成的變化,可自動(dòng)調(diào)節(jié)主空氣和微空氣流量,并能自動(dòng)修正空氣/酸性氣比值誤差。在裝置開停工和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),可確保燃料氣入反應(yīng)爐自動(dòng)配風(fēng),解決硫磺裝置開停工和低負(fù)荷運(yùn)行困難問題。二、先進(jìn)的控制方案42、工藝要求本裝置硫磺生產(chǎn)的原理是使原料氣中硫化氫與空氣中的氧氣反應(yīng)生成元素硫。氧氣過量會(huì)生成二氧化硫,氧氣過量嚴(yán)重時(shí)危及裝置安全;氧氣不足硫化氫反應(yīng)不完全,原料中雜質(zhì)氨和烴燃燒不充分,造成裝置停工和硫磺產(chǎn)品不合格。因此氧氣過多過少都會(huì)對(duì)裝置造成很大的影響,為此必須通過控制空氣/酸性氣比例,嚴(yán)格控制過程氣中H2S/2SO2為一定值。二、先進(jìn)的控制方案53、控制方案說明主燃燒室空氣流量控制采用前饋-反饋-再反饋控制方案。所謂前饋:通過測(cè)量酸性氣和燃料氣流量,計(jì)算出燃燒所需的空氣量,把二物料或多物料需要的空氣量相加作為主調(diào)空氣量的設(shè)定值;所謂反饋:通過測(cè)量過程氣中H2S-2SO2值,作為微調(diào)空氣流量的設(shè)定值;所謂再反饋:把微調(diào)空氣調(diào)節(jié)情況再傳遞給主調(diào)空氣,通過調(diào)節(jié)主調(diào)空氣量確保微調(diào)空氣正常運(yùn)行??諝饬髁康那梆伩刂迫缦拢核嵝詺怏w積流量(FT/A)先進(jìn)行溫壓補(bǔ)償轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量,在主燃燒室的入口燃料氣線上的測(cè)量得到了主燃燒室燃料氣(FT/D1)的質(zhì)量流量。通過測(cè)量燃料氣的分子量,計(jì)算塊(AY/D)計(jì)算出燃燒空氣對(duì)燃料氣的完全燃燒質(zhì)量流量的比值。通過燃料氣質(zhì)量流量與空氣/燃料氣完全燃燒比的相乘(FY/D2),得到完全燃燒測(cè)量燃料氣所需的空氣的計(jì)算質(zhì)量流量,這個(gè)數(shù)值與操作人員設(shè)定的期望燃燒比值(HIC/D)相乘得到期望的燃料氣的所需空氣流量(FY/D3)。同時(shí)酸性氣流量乘以操作人員設(shè)定的空氣/酸性氣燃燒比值(HIC/C),得到期望的燃燒酸性氣效果的空氣流量(FY/A1)。兩者相加(FY/B1),得到期望的燃燒效果的所需空氣總量,空氣總量作為空氣主調(diào)控制器(FIC/B)的設(shè)定值。二、先進(jìn)的控制方案6在上述設(shè)定的作為期望的空氣/酸性氣燃燒比值和實(shí)際存在的空氣/酸性氣比值之間存在偏差,同樣在燃料氣中,計(jì)算得到的完全燃燒空氣/燃料氣比值和實(shí)際存在的完全燃燒空氣/燃料氣比值之間也存在偏差。為了消除這些偏差,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的控制,又引入了反饋控制。將從第三硫冷凝器后管線中過程氣的(H2S-2SO2)測(cè)量值作為被控變量,(H2S-2SO2)質(zhì)量控制器(AIC/C)的輸出值通過調(diào)整微調(diào)空氣流量控制器(FIC/C)設(shè)定值的方式加以反饋控制。當(dāng)實(shí)際H2S-2SO2含量與零之間有偏差時(shí),控制系統(tǒng)會(huì)調(diào)整微調(diào)風(fēng)線的空氣流量控制器(FIC/C)的設(shè)定點(diǎn)使H2S-2SO2含量為零(VOL%)。反饋控制可進(jìn)行正常微調(diào)回路和低負(fù)荷微調(diào)回路的選擇(HS/C)。
在上述空氣前饋和反饋控制時(shí),如果操作人員操作人員設(shè)定的空氣/酸性氣燃燒比值(HIC/C)或燃料氣期望燃燒比值(HIC/D)不當(dāng),微調(diào)空氣流量可能太大或太少,影響前饋和反饋控制的正常運(yùn)行。再反饋的作用是,把微調(diào)空氣調(diào)節(jié)情況再傳遞給主調(diào)空氣,使主調(diào)空氣的設(shè)定發(fā)生改變,從使微調(diào)空氣得到有效調(diào)節(jié)。微調(diào)空氣流量控制器(FIC/C)的輸出通過平衡調(diào)整回路,用特殊的運(yùn)算塊(FY/B2)通過選擇器(HS/B)去修正主空氣量(FY/B1),防止微調(diào)風(fēng)線空氣流量超過大或過小。具體見下圖:二、先進(jìn)的控制方案74、控制回路投用辦法
首先,調(diào)整好主調(diào)空氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/B)、微調(diào)空氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/C)、燃料氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/D)的PID參數(shù),調(diào)節(jié)器投“自動(dòng)”。其次,把空氣/酸性氣燃燒比值(HIC/C)或燃料氣期望燃燒比值(HIC/D)設(shè)定合適的值,調(diào)整主調(diào)空氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/B)的設(shè)定值與計(jì)算值(FY/B1)相近,主調(diào)空氣流量調(diào)節(jié)器投“串級(jí)”,裝置前饋控制投用。接著,微調(diào)空氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/C)的設(shè)定值與計(jì)算值(FY/C1)相近,微調(diào)空氣流量調(diào)節(jié)器投“串級(jí)”,裝置反饋控制投用。最后,如果有必要投用再反饋,則把選擇器(HS/B)切至平衡調(diào)整回路,再反饋系統(tǒng)投用。如果裝置負(fù)荷低,主調(diào)空氣調(diào)整困難,把選擇器(HS/C)切至小流量微調(diào)回路,把前饋和反饋全部引入微調(diào)空氣流量調(diào)節(jié)器。二、先進(jìn)的控制方案8二、先進(jìn)的控制方案9
2.2在線爐交叉限位控制
1、控制方案的作用
該擴(kuò)展雙比率交叉限位控制方案是ZHSR的專利技術(shù),是鎮(zhèn)海石化工程公司采用在線爐工藝流程的保證。該控制方案很好地解決了,由于燃料氣和空氣調(diào)整不同步而發(fā)生的燃燒氣體中過氧和產(chǎn)生碳黑問題。
2、工藝要求
在線爐的作用是通過燃料氣在低于化學(xué)計(jì)量下燃燒,給反應(yīng)器入口過程氣或尾氣提供熱量,使反應(yīng)器獲得最大的硫轉(zhuǎn)化率,同時(shí)為反應(yīng)提供一定量的還原氣體(H2、CO)。重點(diǎn)避免:在燃料氣組份發(fā)生變化、燃料氣和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)生故障、在線爐出口溫度波動(dòng)大等情況時(shí),發(fā)生由于燃料氣和空氣調(diào)整不同步而發(fā)生的燃燒氣體中過氧和產(chǎn)生碳黑。二、先進(jìn)的控制方案103、控制方案說明
為了達(dá)到上述目的,設(shè)計(jì)了一個(gè)擴(kuò)展雙比率交叉限位控制方案,該控制方案完全可滿足工藝的要求。該方案中通過反應(yīng)器入口溫度調(diào)節(jié)器(TIC)來控制空氣流量控制器(FIC/B1)和燃料氣流量控制器(FIC/A4)的設(shè)定值的方法來實(shí)現(xiàn)。
這個(gè)控制方案可以防止燃燒配比低于一個(gè)設(shè)定的低配比限(HC1可能產(chǎn)生碳黑的化學(xué)計(jì)量)以下,或燃燒配比高于一個(gè)設(shè)定的高配比限(HC2可能產(chǎn)生漏氧的化學(xué)計(jì)量)以上。在這個(gè)控制方案中有3個(gè)控制器,每個(gè)都有不同的作用。主控制器是反應(yīng)器入口溫度控制器(TIC),它通過交叉系統(tǒng)給出空氣流量控制器(FIC/B1)和燃料氣控制器(FIC/A4)的設(shè)定值。在交叉限位系統(tǒng)中,將所有控制器的控制運(yùn)算量都轉(zhuǎn)化為“空氣需要量”來參與比較和運(yùn)算,這個(gè)“空氣需要量”表示按完全燃燒配比燒掉燃料氣所需的空氣量。燃料氣控制器(FIC/A4)的測(cè)量值和設(shè)定值也是燃燒燃料氣所需空氣量的公斤數(shù)。交叉限位方案的理想配比(HC3)決定了燃料氣控制器(FIC/A4)與空氣流量控制器(FIC/B1)的設(shè)定值的差。
當(dāng)交叉限位系統(tǒng)(FY/B3、FY/B4、FY/C3、FY/C4)檢測(cè)到設(shè)定配比在最大配比(HC2)和最小配比(HC1)之間移動(dòng)時(shí),燃料氣控制器和空氣流量控制器的設(shè)定值不受交叉限位的制約同時(shí)變化。交叉限位系統(tǒng)通過允許設(shè)定配比在最大配比(HC2)和最小配比(HC1)間變化,可以獲得快速的控制動(dòng)作。
二、先進(jìn)的控制方案11然而,當(dāng)反應(yīng)器入口溫度控制器(空氣需要量)的輸出下降時(shí),交叉控制系統(tǒng)會(huì)限制燃料氣控制器的設(shè)定值,使其不至于太低,以免燃料氣流量設(shè)定值與空氣流量實(shí)測(cè)值之比大于操作人員設(shè)定的最高配比值(HC1),這個(gè)限制動(dòng)作在高選塊(FY/A5)中進(jìn)行。與此同時(shí),當(dāng)反應(yīng)器入口溫度控制器(空氣需要量)的輸出下降時(shí),交叉控制系統(tǒng)會(huì)限制空氣流量控制器的設(shè)定值太低,以免空氣流量設(shè)定值與燃料氣流量實(shí)測(cè)值之比小于操作人員設(shè)定的最低配比值(HC2),這個(gè)限制動(dòng)作在高選塊(FY/B4)中進(jìn)行。
同樣,當(dāng)反應(yīng)器入口溫度控制器(空氣需要量)的輸出上升時(shí),交叉控制系統(tǒng)會(huì)限制燃料氣控制器的設(shè)定值,使其不至于太高,以免燃料氣流量設(shè)定值與空氣流量實(shí)測(cè)值之比小于操作人員設(shè)定的最低配比值(HC2),這個(gè)限制操作在低選塊(FY/A6)中進(jìn)行。與此同時(shí),當(dāng)反應(yīng)器入口溫度控制器(空氣需要量)的輸出上升時(shí),交叉控制系統(tǒng)會(huì)限制空氣流量控制器的設(shè)定值太高,以免空氣流量設(shè)定值與燃料氣流量實(shí)測(cè)值之比大于操作人員設(shè)定的最高配比值(HC1)。這個(gè)限制動(dòng)作在低選塊(FY/B3)中進(jìn)行。
當(dāng)空氣或燃料氣控制器的設(shè)定值被某一個(gè)選擇器限制時(shí),限制值在不斷的變化以適應(yīng)當(dāng)時(shí)實(shí)際測(cè)量的空氣流量值和所需的空氣量。這樣就構(gòu)成一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng),保持設(shè)定配比在操作人員設(shè)定的最大配比值(HC1)和最小配比值(HC2)之間移動(dòng)并穩(wěn)定地向操作人員設(shè)定的理想配比(HC3)靠攏。二、先進(jìn)的控制方案124、控制回路投用辦法
首先,設(shè)定好的最大配比值(HC1)、最小配比值(HC2)和理想配比(HC3)值。其次,調(diào)整好空氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/B1)、燃料氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/A4)的PID參數(shù),調(diào)節(jié)器投“自動(dòng)”,并把二調(diào)節(jié)器的設(shè)定值調(diào)至合適值。接著,把反應(yīng)器入口溫度控制器(TIC)投“手動(dòng)”,調(diào)整調(diào)節(jié)器輸出使該值與空氣流量基本相同,空氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/B1)和燃料氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/A4)直接切至“串級(jí)”。最后,把反應(yīng)器入口溫度控制器(TIC)投“自動(dòng)”,給調(diào)節(jié)器合適的設(shè)定值,控制系統(tǒng)投用完成。二、先進(jìn)的控制方案13二、先進(jìn)的控制方案142.3焚燒爐復(fù)雜控制
1、控制方案的作用和工藝要求
焚燒爐的作用是通過燃料氣在高于化學(xué)計(jì)量下燃燒,給尾氣提供熱量,使尾氣中硫化氫完全燃燒。為達(dá)到上述目標(biāo),要求把尾氣加熱至足夠高溫度、尾氣中有一定的殘余氧。另外還要求煙道氣不產(chǎn)生碳黑,燃料氣燃燒時(shí)產(chǎn)生的NOX盡能低,燃料氣消耗盡可能低。二、先進(jìn)的控制方案152、控制方案說明
為了實(shí)現(xiàn)工藝上述要求,本復(fù)雜控制通過低配比控制器、三段空氣流量、燃料氣流量、氧含量反饋來實(shí)現(xiàn)。
焚燒爐溫度控制器(TIC)的輸出采用分程方案。當(dāng)焚燒爐溫度控制器(TIC)的輸出較大時(shí),通過高分程(A~100%)使輸出值作為燃料氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/A)和一段空氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/B)設(shè)定值,此時(shí)焚燒爐溫度由燃料氣和一段空氣來控制;如果當(dāng)焚燒爐溫度控制器(TIC)的輸出較小時(shí),通過低分程(0~A)使輸出值作為三段空氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/D)設(shè)定值,此時(shí)燃料氣和一段空氣流量控制閥已關(guān)至最小位置。在這種情況下,焚燒爐溫度控制器(TIC)輸出通過分程控制系統(tǒng)進(jìn)入高選器(FY/D),由于它是一個(gè)高選器,通過比較使三段空氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/D)有可能被焚燒爐溫度控制器所控制,結(jié)果三段空氣流量增加,焚燒爐被冷卻下來。另外,如果O2含量控制器(AIC)輸出值比焚燒爐溫度控制器(TIC)的輸出大,則O2含量控制器(AIC)就取得了三段空氣流量控制器(FIC/D)的控制權(quán)。
二、先進(jìn)的控制方案16為了使煙氣NOx的排放最小,低NOx燒嘴的火焰區(qū)分為前區(qū)和后區(qū),前區(qū)燃燒空氣叫一段空氣,后區(qū)的燃燒空氣叫二段空氣,一段空氣流量為總空氣流量的85%,二段空氣流量為總空氣流量的35%,這樣燃料氣燃燒后保證還有20%的殘余量。另外,通過一個(gè)低限位(HC1)控制方案來改變一段空氣流量控制器(FIC/B)和燃料氣流量控制器(FIC/A)的設(shè)定值,防止燃料氣由于空氣不足產(chǎn)生碳黑。
3、控制回路投用辦法
首先,設(shè)定好的總風(fēng)量配比值(HC3)、主風(fēng)量配比值(HC2)和最小值配比(HC1)值。其次,調(diào)整好一段空氣流量調(diào)節(jié)器(FIC/B)、二段空氣流量調(diào)節(jié)
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