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1、降低 SO2 排放硫磺回收装置 H2S/SO2比值控制系统简介北京华创睿控科技有限公司2013 年 10 月1目 录一、华创睿控公司简介 .2二、硫磺回收装置 H2S/SO2 比值控制技术简介 .42.1 硫磺回收装置工艺简介 .42.2 存在主要问题 .52.3 系统主要目标 .62.4 硫磺回收装置 H2S/SO2 比值控制系统 .62.4.1 HCHSmartCS 控制软件平台简介 .62.4.2 系统实现的典型形式 .72.4.3 硫磺回收装置 H2S/SO2 比值控制系统方案 .92.5 实际应用案例简介 .112.5.1 大庆石化公司 1800 吨/年装置应用情况 .112.5.2
2、 大庆石化公司 5000 吨/年装置应用情况 .132.5.3 庆阳石化公司装置应用情况 .162.5.4 大港石化公司装置应用情况 .172一、华创睿控公司简介北京华创睿控科技有限公司是大庆开发区华创电子有限公司的全资子公司，从事先进控制技术研究及应用、控制系统设计和实施业务。公司根据自身条件和优势，对先进控制理论和技术进行了深入研究，在理论上取得了重要成果，在技术上研制出了承载该理论成果的软件应用平台，并付诸实际应用，得到了满意的实际应用效果。公司先进控制技术的主要思路是，一，深入研究工业过程控制中的对象特性，分析其难控的主要原因；二，对现有的经典的或现代的各种控制理论做深入研究，弄清每种
3、理论的应用背景，并对一些理论或方法做出修正或改进；三，对工业过程控制中的典型的包含一个或多个难控对象的复杂系统，从系统的全面的角度，对系统中各环节的性能有所取舍，着眼于系统的总体性能，综合运用各种控制理论和方法，作出相对固定的整体控制方案。按照上述技术思想，我们研制出了“华创 HCHSmartCS 复杂系统控制软件平台”，应用这个软件平台，可以方便地实现我公司的先进控制思想。公司先进控制的具体实现过程是：针对遇到的新的控制对象类型，集中核心技术力量，按照公司的先进控制技术思想，做出整体控制方案，应用“软件平台”，对系统具体实施。项目完成后，对方案进行总结、定型，一般技术人员按照相对固定的模式，
4、实施类似系统。在工程实践中，我公司成功解决了“硫磺回收装置 H2S/SO2 比值控制”这个典型控制难题，目前已在国内 4 套装置成功运用，节能减排效果显著。该项目 2009 年被工信部列入第一批工业领域节能减排电子信息应用技术导向目录 ，2010 年科技部列为国家火炬计划项目，获得工信部颁发的 2011 年度中国软件与信息服务产业优秀项目实施奖。3公司近年设计实施的部分控制类工程项目如下：大庆石化公司 1800 吨/年硫磺回收装置先进控制系统；大庆石化公司 5000 吨/年硫磺回收装置先进控制系统；大港石化公司硫磺回收装置先进控制系统；庆阳石化公司硫磺回收装置先进控制系统；大庆石化公司酸性水汽
5、提装置先进控制系统；大庆石化公司胺液再生装置先进控制系统；大庆石化公司一重催吸收稳定装置先进控制系统大庆石化公司二气分精馏装置先进控制系统；大庆石化公司加氢装置分馏炉先进控制系统；大庆石化公司制氢装置先进控制系统；大庆石化公司化肥厂合成氨装置氢氮比先进控制系统；大庆石化公司酮苯装置先进控制系统；大庆石化公司罐区事故应急控制系统；大庆石油管理局热力站自动监控系统。4二、硫磺回收装置 H2S/SO2 比值控制技术简介2.1 硫磺回收装置工艺简介硫磺回收装置是炼油企业污水处理流程中的一个环节，典型工艺流程如图 1 所示：F I C ? ? ?F I ? ? ?鼓风机 B鼓风机 A制硫燃烧炉一级冷凝器
6、及转化器 二级冷凝器及转化器 三级冷凝器F I C ? ? ? A I C ? ? ?F F ? ? ?硫封罐 尾气分液罐去尾气处理部分自酸性水汽提装置自醇胺液再生装置图 1、硫磺回收装置工 艺流程示意 图炼油过程中各种脱硫装置产生酸性气，其主要成分是硫化氢(H 2S)、氨(NH 3)、氮气 (N2)等。硫磺回收装置的作用是尽可能多地将酸性气中的硫成分转化为硫磺，尽量降低排入大气的排硫量。硫磺回收装置的工艺流程简介如下：硫化氢和空气进入制硫燃烧炉，主要进行如下 3 个式子所示的化学反应：2H2S+O22H 2O+2S （式 1）2H2S+3O22SO 2+2H2O （式 2）2H2SSO 23
7、S 2H 2O （式 3）约三分之二的硫化氢与氧气发生（式 1）所示反应，生成硫蒸汽(S)和水(H 2O) ；约 10的硫化氢与氧气发生（式 2）所示反应，生成二氧化硫(SO 2)和水(H 2O) ；约 20的硫化氢与二氧化硫发生（式3）所示反应，生成硫蒸汽(S)和水(H 2O)。5制硫燃烧炉反应过后的过程气，再相继进入反应转化炉和冷凝器。在反应转化炉中，大部分硫化氢(H 2S)和二氧化硫(SO 2)发生（式3）所示反应，生成硫蒸汽(S)和水蒸汽(H 2O)。经冷凝器后，硫蒸汽(S)冷凝为液态，进入硫封罐。提取的硫成分占酸性气含硫总量的比例称为转化率。正常情况下，转化率高于95%。含小量硫成分
8、的脱硫过程气进入加氢部分。加氢装置将脱硫过程气中的绝大多数硫成分还原为硫化氢(H 2S)并分离，硫化氢返回制硫装置，含微量硫成分的过程气燃烧后排入大气。排空烟气中二氧化硫(SO 2)含量越少，对环境污染越轻，国家标准是不大于 960mg/Nm3。2.2 存在主要问题在上面介绍的工艺过程中，希望制硫装置尽可能多地提取酸性气中的硫成分，即希望转化率尽可能高，以尽量降低排入大气的排硫量。提高转化率的主要条件是，保证制硫燃烧炉和反应转化炉中硫化氢和二氧化硫的比值(H 2S/SO2)稳定在最佳值。由（式 3）可见，理论上，此最佳值为 2。要保持 H2S/SO2 比值稳定，关键是保证进入制硫燃烧炉的空气量
9、恰为所需量。空气多了， （式 2）所示反应多， SO2 偏多，H 2S/SO2 比值偏低；空气少了， （式 2）所示反应少， SO2 偏少， H2S/SO2 比值偏高；这两种情况都不利于（式 3）所示反应。但是，在实际操作中，所加空气量很难保持合适，主要有如下几方面原因：（1） 酸性气流量波动。随着原油中含硫量波动，加工量的波动，以及上游装置的其它波动，不可避免引起酸性气流量波动；（2） 酸性气中硫化氢（H 2S）含量波动。由于上述同样原因，酸性气中硫化氢含量波动；6（3） 酸性气中烃类杂质含量变化；或对于酸性气中 H2S 含量低，需额外添加燃料以维持炉温的装置，燃料量的变化；（4） 对于烧氨
10、工艺的装置，氨含量的变化。上述几种变化，都需要所加空气量随之改变，其中（2） 、 （3 ） 、（4 ）类原因无从预测，常规控制手段难以控制，大部分装置虽然在配风环节设有自动控制手段，但实际运行中大部分处于手动或部分手动状态， H2S/SO2 比值大范围波动。H2S/SO2 比值偏离理想值 2，即 H2S 偏少或 SO2 偏少，实际运行中甚至经常出现末级冷凝器出口 H2S 或 SO2 含量为零的情况（见图6） ，这意味着制硫燃烧炉、一级转化反应器、二级转化反应器中（式 3）所示反应不能正常进行，极端情况下一级转化反应器、二级转化反应器根本不起作用，从而降低了转化率，加大了排入大气的二氧化硫(SO
11、 2)排放量。2.3 系统主要目标系统的主要目标是实现气风比自动控制，大幅度提高 H2S/SO2 比值的平稳率，为制硫燃烧炉、反应转化炉提供最佳反应条件，提高转化率，降低尾气中的硫含量，降低尾气加氢部分的负荷，降低吸收塔出口净化尾气中的硫含量，从而降低装置排入大气中的总排硫量。应用本系统，会带来极大的社会效益。另外，也可以延长装置安全运行周期及催化剂的使用寿命，提高硫磺产量和质量，节能降耗，提高装置经济效益。2.4 硫磺回收装置 H2S/SO2 比值控制系统2.4.1 HCHSmartCS 控制软件平台简介HCHSmartCS 是我公司自主开发的控制软件平台，采用了我公司7的专有技术，并充分吸
12、收了国内外各种控制软件的优点，由HCHSmartCS-Arch、HCHSmartCS-Core、HCHSmartCS-HMI、HCHSmartCS-Sim4 部分组成：HCHSmartCS-Arch 是软件平台的组态工具和运行主程序；HCHSmartCS-Core 是软件平台的核心，由各种运算模块组成；HCHSmartCS-HMI 是软件平台的人机界面；HCHSmartCS-Sim 是软件平台的仿真包，用于仿真各种控制对象。2.4.2 系统实现的典型形式（1） 系统典型硬件形式系统典型硬件形式如图 2 所示。i M a c操作站数据通讯网D C S控制站 控制站先进控制器装置图 2、 HCHS
13、martCS 先进控制系统典型硬件形式HCHSmartCS 安装运行在独立的工控机上，形成先进控制器，工控机通过网络与 DCS 连接。从整个控制系统的结构上看，先进控制器只相当于 DCS 系统的一个或数个控制模块，操作人员通过 DCS 的操作站操作整个装置。操作站的操作画面作少量修改，增加所涉及回路的切换开关。供操作人员在 DCS 和先进控制器间切换。先进控制器与 DCS 的切换原理如图 3 所示。8H C H A C S先进控制器O P = O P + D O PO P。 。 。 。D C S。 。 。 。D C SD C S - O PA P C - O PO PA P C - D O PA P C / D C S。 。 。 。图 3、先进控制器与 DCS 切换原理示意图切换信号传送给先进控制器，供先进控制器无扰切换用。先进控制器正常运行时，发送给 DCS 一看门狗信号，供 DCS 判断先进控制器的死机、掉电等意外情况。如果出现此类情况
