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1、过程控制与信息管理超级克劳斯硫磺回收装置控制及特点介绍陈国森 陈永 西南油气田分公司重庆天然气净化总厂渠县分厂635200摘要t：渠县净化厂新建超级克劳斯硫磺回收装置是从雅克布斯荷兰公司成套引进的，工艺先进、成熟，操作简便、系统平稳，其装置的控制特点突出，有很高的控制水平，实际运行非常平稳可靠。j关键词t硫磺回收 超级克劳斯 负反馈1、工艺流程简介工艺流程图 图1酸气和空气在主燃烧炉F-101中按约低于酸气总量的三分之一燃烧，以保证三级克劳斯反应器出口过程 气中H。S为045(v)，温度保持1113(950一1400)，燃烧后的过程气经主燃烧室M一101(969) 进入废热锅炉，部分硫冷凝下来
2、，出废热锅炉的过程气(172。C)经一级在线炉F一102力H热至245。C，进入一 级克劳斯反应器R-101，反应后的过程气(319。C)在一级硫冷凝器E一102中冷却，其液硫流至液硫池，过程 气(173)再进入二级在线炉F-103，加热至204，进入二级反应器R一103，反应后出口过程气(225) 进入二级硫冷凝器E-103中，液硫也流至液硫池；出口过程气(163)进入三级在线炉F一104中，加热至186，再进入三级克劳斯反应器R-103中反应，出口过程气(189。C)直接进入超级克劳斯燃烧炉加热至213，在静态混合器中与氧化空气(130)混合，混合后的过程气(210)进入超级克劳斯反应器R
3、一104 反应，其出口过程气(240)经超克冷凝器冷却，液硫至液硫池，出口过程气(125)经硫磺捕集器V一103 进入尾气炉燃烧，经100米烟囟排至大气中。说明：为保证酸气在主炉中能完全燃烧，则要求燃烧温度高于950。C，如果主炉低于此温度，则将部分 酸气绕过主炉直接进入主燃烧室的后部。第四届全国石油和化学工业仪表及自动化技术交流研讨会论文集2、本回收装置工艺特点 (1)前三级为克劳斯反应，第四级为超级克劳斯反应。 (2)此克劳斯反应与常规克劳斯反应不同之处：反应始终在富H。s环境中进行，要求第三级克劳斯反应器出口过程气中H。s维持045(v)；而超级克劳斯反应始终处于富0：环境中，要求超级克
4、劳斯反应器中出口过程气中0。的含量维持在011(v)。(3)为保持各反应器的进口温度，不是用常规的过程气换热器来控制反应器进口温度，而是采用在线 燃烧炉燃烧燃料气来控制反应器进口温度。(4)超克冷凝器采用风冷方式冷却，用控制冷凝器内蒸汽压力来达到控制出口温度的目的，可以将温度稳定地控制在125。C，以保证过程气中硫蒸汽尽量少，提高回收率。 (5)使用多种类型的催化剂，以达到提高回收率的目的。一级反应器 上部：活性催化剂CRS一3S200ram高； 下部：水解催化剂CRS一3 1 600ram高；二、三级反应器：上部：除氧催化剂AM165ram高； 下部：活性氧催化剂CRS一3S 635mm高超
5、克反应器：Hzs选择性氧化催化剂D一1631E1 700mm高(6)部分重要设备组合在同一壳体内废热锅炉、一、二级冷凝器组合在同一壳体内；3个克劳斯反应器和1个超级克劳斯反应器组合在同一壳体内。3、本装置整体控制思路(1)为保证前三级克劳斯在富H。S环境中反应(三级反应器出口过程气Hzs为045)，设计了主燃烧炉 空气先进燃烧控制即ABC控制系统，ABC系统分为前馈和反馈两个控制部分，控制水平非常先进。(2)为保证主燃烧炉温度设计了支路酸气配比控制回路。(3)各在线炉用燃料气燃烧来加热过程气，反应器进口温度作为此燃料气流量控制的串级给定值。 (4)超克冷凝器出口温度的控制是采用控制冷凝器内的蒸
6、汽压力来实现的，此压力回路的输出值作为现场风机转速的给定值。 (5)为保证超级克劳斯在富0z环境中反应(尾气0z含量为05)，设计了氧气空气控制系统(0AC)。 (6)联锁系统 联锁控制系统主要用于重要工艺条件异常时的紧急自动停车控制系统，目的是保护装置和设备，联锁时酸气通过火炬放空。本回收装置有以下几个重要联锁信号：现场和中控手动停车、酸气分离器高液位、废热锅炉低液位、系统回压高、主炉火检、酸气和空气低流量。 (7)风机PLC控制 风机PLC控制包括两部份：一是联锁保护系统，有喘振停车、超负荷停车、轴承(内、外)超温停车保护；二是风机出口压力控制系统。 (8)主炉及各级在线燃烧炉程控点火系统
7、 点火是按程控逻辑一步一步地自动进行。主炉点燃后才能进行各级在线炉点火；在线炉点火无先后顺序，也不影响进酸气。4、重要控制回路介绍(1)先进的燃烧控制即ABC控制系统介绍过程控制与信息管理a、 控制流程图主燃烧炉控制流程图图2HCIOI：空气酸气比率FYl01A：补偿后总酸气量FYl01B：总酸气量与比率的乘积FYIOIB=HC一101FYl01AHC201：空气燃料气比率FR203：补偿后进主炉燃烧气量FY20IB：燃烧器量与比率的乘积FY201B=HC一201FR203FYl06：理论总空气量FYl06=FYIOIB+FY20IBHSl54：选择开关，用于选择AC一150(H。S)或AC-
8、151(H。S-2S0。)的输出FYl50A：实际所需总空气量FYl50A=FYl062HSl54FYl50B：相对负荷FYl50B=FYl062760FYl55：补偿后实际进主炉总空气量FYl50C：自动设定值计算INPUT0000 0440 0552 0664 0720 0776 0832 0888 0916OUTPUT155 155 164 177 188 202 209 229 1 249()INPUT0944 0961 0972 0978 0983 0989 0994 1000OUTPUT282 314 344 364 390 420 461 518()FYl50D：延时器(6分钟)
9、XYl51：主炉空气调节阀特性的线性化第四届全国石油和化学工业仪表及自动化技术交流研讨会论文集、INPUT00 440 552 664 720 776 832 888 916OUTPUT00 228 290 338 365 398 432 482 512()INPUT944 961 972 978 983 989 994 1000OUTPUT547 583 626 660 704 741 818 997()FCl55：支路空气调节器PID控制器反作用XCl51：主路空气调节器PID控制器 正作用ACl50：尾气H。S反馈调节器(正常时输出为50)PID控制器 正作用ACl51：尾气中H。S一2
10、S0：反馈调节器(正常时输出为50)PID控制器正作用 b、控制说明 ABC系统由前馈和后馈两部分控制系统构成，前馈控制主要用于调节酸气负荷变化时空气量的补偿；反馈主要用于调节酸气HzS组份变化时空气量的补偿。酸气负荷变化时，IBC系统的响应(前馈控制)酸气负荷变化必然要求空气量变化，从而保证三级反应器出口过程气中Hzs为045，此部分功能是由 ABC系统的前馈部分来完成空气流量补偿的，以酸气负荷增加为例：酸气负荷FYl01A增加，由于酸气成份未 变一一FYl01B增加，正常生产时无燃料气燃烧，FY20lB=0一一理论空气量FYl06增加，又因酸气Hzs组成未 变，所以AICl50输出不变一一
11、实际空气量FYl50A增加一支路空气调节器FCl55给定值增加，因为FCl55控 制器是反作用一一FCl55输出增加一一FVl55开大一一在6分钟时间内主炉空气调节器xcN量值增加，因 XCl51控制器是正作用一XCl51输出增加一一XVl51开大一一总空气量FYl55增加来实现负荷增加后的快速响 应，此时FV一155不是最佳开度，6分钟后新的相对负荷经FYl50C转换后作为XCl51新的给定值输入Nxcl51， 经XCl51自动调节，使XCl51的测量值也就是FCl55的输出值FVl55慢慢回到一个新的与此相对负荷相对应的 最佳开度值。酸气112S组份变化时，ABC系统的响应(反馈控制) 酸
12、气的H。s组份分析，是每天定时分析，中控人员根据分析结果再通过理论计算重新给定新的HCl01比率。而实际酸气中H。s是随时可能变化的，即使酸气总量不变，只是H。s成份变化，也会引起进主燃烧炉的空 气量不适应，从而改变尾气中H。S含量，这将由ABC系统的反馈部分来进行补偿，以酸气中HzS组份增加为例， ABC系统作如下响应：酸气中HzS组份增加，导致AT一351检测出三级反应器出口过程气Hzs含量增高。 AICl50钡U量值升高，由于AICl50是正作用，所以AICl50输出增大。 AICl50输出增大，由于酸气负荷未变，所以FCl55的设定值增大。 结果支路和主路空气流量都增大。由于酸气负荷未
13、变，所以主路空气调节器XCl51给定值就不变，经过调节器测量值也不会变化，所以支 路空气调节阀的开度会自动回到以前的开度。说明：为保护超克催化剂，设计了H。s高值联锁控制，当三级出OHzs大于2(V)超过2分钟时，超克立 即转入旁路，同时主炉转为2：1控制。待H。s控制平稳后，超克投入正线，并同时控制三级出口HzS为045(V)。相对负荷对反馈调节器Acl50151调节灵敏度的影响207过程控制与信息管理酸气量越大，相对负荷越高，则过程气在系统中停留的时间越短，相应要求ACl50151的调节更加灵敏； 反之，相对负荷越低，要求ACl50151的调节灵敏度低一些。为实现此功能，ABC控制系统采取：将ACl50151 的设定比例带除相对负荷作为ACl50151实际比例带。相对负荷作为ACl50151的输入只是用于修正PID中的 比例带，而不是作为测量值。ACl50的测量值输入为AT351的H2s信号，AICl51的测量值则为AT351的Hzs一2S0。 信号。c、ABC控制系统特点酸气负荷变化而组份不变化时，先由支路空气调节器来快速响应以提供实际需要的空气量，经过6 分钟延时后，再由主路调节器来慢速调节、支路调节阀的开度自动调整到与此相对负荷相对应的最佳开度。 这是ABC控
