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1、1 1 课题的目的和意义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，所以对塔设备的
2、掌握是十分重要的，因此选择此课题为毕业设计题目。2 2 国内、外现状及发展趋势国内、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三个方面，分
3、别是蒸汽裂解制乙烯原料、催化裂化原料和润滑油原料。2.12.1 国内发展趋势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，拓宽生产类和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油所得的经济效益大得多。试验表明
4、，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1工作。2.22.2 国外发展趋势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 公司合资建立了生产能力为 950 万吨/年的基础油厂，采
5、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类和类基础油，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 炼油厂采用 Mobil 公司自己开发的加
6、氢裂化和异构脱蜡技术，生产类轻、重中性油。3 3 课题的主要工作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
7、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 DCS 控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。此次设计的工艺流程图如图 3-1 所示。2空冷器 A301R602冷却器E302E
8、303400#工段E205P303A/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
9、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。常压塔 T302回流罐 R302汽提塔 T3033P304A/B 自 T303 塔底抽出气提后的常二线油，以一定流量去 E205。P303A/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。3.13.1 常压塔底汽提蒸汽流量控制系统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
10、要求汽提蒸汽以一定流量进入常压塔底部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1。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控制系统方块图
11、如图 3-3 所示。干扰给定 +偏差流量-测量流量控制 器控制阀流量控制对象变送器FCT3024图 3-3 常压塔底汽提蒸汽流量控制系统方块图3.1.4 控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。3.23.2 常二线汽提塔塔底汽提蒸汽流量控制系统常二
12、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。3.2.2 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。图 3-4 常二线汽提塔塔底汽提蒸汽单回路流量控制系统控制系统方块
13、图如图 3-5 所示。干扰T303FC C控制阀流量控制器变送器管道5给定 +偏差流量-测量图 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。3.33.3 汽提塔底流量控制系统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
14、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，选用单回路控制系统。控制系统如图 3-6 所示。E205FC6图 3-6 汽提塔底单回路流量控制系统控制系统方块图如图 3-7 所示。给定 +偏差流量-测量图 3-7 汽
15、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。3.43.4 空冷器温度控制系统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体的温度为 48，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
16、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4。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 48，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，控制系统如图 3-8 所示。流量控制器控制阀管道变送器R302TC7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 +偏差温度-测量图 3-9 空冷器温度控制系统方块图3.4.4 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，
