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1、延迟焦化控制系统设计摘 要延迟焦化是一种石油二次加工技术，以渣油为原料，在高温(约500)条件下进行深度的热裂化和缩合反应，生产汽油、柴油、蜡油和焦炭等。延迟焦化装置一直是加工劣质渣油的首选工艺装置。本论文主要完成延迟焦化装置控制系统的整体设计。在焦化反应机理的基础上，分析生产过程中各个变量的性质及其相互关系以及被控对象的特性，根据工艺的要求，选择被控变量、操纵变量，合理选择控制系统中的测量变送单元、调节器和执行器，建立了一个较为合理的控制系统，能够实现生产过程的自动化。本次设计主要包括：延迟焦化装置加热炉出口温度、分馏塔底液位、塔底温度、塔顶温度、焦炭塔顶出口温度、换塔操作控制以及延迟焦化反
2、应温度、压力、原料循环比等控制方案。根据工况条件及工艺数据，正确地进行仪表选型，在DCS操作平台上实施常规控制（如PID控制），了解整个延迟焦化的工艺运行状态，掌握延迟焦化相关的自动控制过程。本文针对延迟焦化装置的实际情况，设计了合理的控制系统。理论研究表明该系统能有效提高延迟焦化生产过程的平稳性，统一了操作人员的操作方法，提高了装置的自动化水平，达到了预期的目标。关键词：延迟焦化；控制方案；仪表选型；The Design of Control System for Delayed Coking UnitAbstractDelayed coking is a secondary oil pro
3、cessing technology, making the residue as raw material, which dose deep thermal cracking and condensation reaction under the condition of high temperature (about 500 ) to produce gasoline, diesel, gas oil and coke.This paper is to complete the overall design of control system for delayed coking unit
4、. At first, we should analyze all variables in the production process and the characteristics of the object; then according to the request of production, choose the controlled variables, manipulation of variables, and a reasonable measurement transmission unit of control system, regulators and actua
5、tors; finally achieve the process of automated production. This paper is mainly including such control schemes as : delayed coking unit furnace outlet temperature control, fractionation bottom level control, the bottom temperature ,top temperature, coking tower outlet temperature control, change tow
6、er operation control, and delayed coking reaction temperature, pressure and raw materials cycle ratio and so on. Moreover, it chooses a correct measurement method based on conditions and data of technics used here.At last, we should become familiar with the DCS platform on the implementation of conv
7、entional control (such as PID control) and some advanced control. The paper will benefits us not only to understand the overall operating situation of control system for delayed coking unit, but also to master automated control process related to control system for delayed coking unit. This paper de
8、signs a reasonable control system based on the actual situation of delayed coking unit. Theoretical study shows that the system can effectively improve the delayed coking of a smooth production process, the unified method of operation of the operator to raise the level of automation devices to achie
9、ve the desired goal. Key words: delayed coking; Control scheme; Instrument selection ; 目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 延迟焦化装置概况11.2 延迟焦化控制技术的研究现状11.3 延迟焦化控制技术展望3第二章 延迟焦化工艺62.1 延迟焦化工艺概述62.1.1工艺流程62.1.2 工艺特点72.2 延迟焦化操作参数及其优化82.2.1操作温度82.2.2操作压力92.2.3 循环比102.2.4 参数优化112.3延迟焦化环保技术122.4其他焦化工艺13第三章 控制方案设计153
10、.1焦化部分控制方案设计153.1.1 加热炉控制方案153.1.2 焦炭塔控制方案183.2 分馏部分的基本控制方案213.2.1分馏塔塔压控制223.2.2 分馏塔回流罐液位控制223.2.3分馏塔塔顶温度控制243.2.4分馏塔塔底温度控制243.2.5分馏塔塔底液位控制253.2.6循环比的控制及其优化263.3 自动除焦273.3.1自动除焦控制系统的特点283.3.2总体控制技术方案283.4 换热器的控制283.5泵的控制方案设计29第四章 仪表选型3141 检测单元选型314.1.1 压力测量仪表314.1.2 物位测量仪表334.1.3 流量检测仪表354.1.4 温度检测仪
11、表364.1.5 变送器选型384.2 控制执行器选型394.3 DCS控制器系统414.3.1 概述414.3.2 友力-2000控制系统简介414.3.3 冗余设计434.3.4 系统的安全性434.3.5 友力-2000系统配置444.4 仪表清单与资金概算45第五章 结束语46参考文献49谢辞50I第1章 绪 论1.1 延迟焦化装置概况延迟焦化是一项用于加工渣油，特别是劣质减压渣油的成熟的炼油工艺技术。延迟焦化装置的投资低，能加工各种高硫、高沥青质的减压渣油，其原料范围甚至可以包括沥青和油砂。焦化汽油经过加氢后，是较好的制乙烯原料，焦化柴油具有较高的十六烷值，焦化干气和富气是制氢的好原
12、料。延迟焦化装置一直是加工劣质渣油的首选工艺装置1。由于延迟焦化装置具有工艺成熟，原料灵活性大和投资成本低等特点，对许多炼油厂来说是优选的渣油加工方案。据美国EIA统计，延迟焦化在世界渣油改制工艺中约占1/3。据美国SRI报告，世界焦化能力在过去的15年内增长了70%以上5。我国从20世纪60年代开始建设延迟焦化装置以来，延迟焦化的工艺技术和装置建设取得了较快的发展。特别是9O年代以来，随着我国含硫原油加工量的迅速增加和对制乙烯原料需求量的增大，焦化装置在我国重油加工中的地位越显突出。特别是近年来，由于环境保护的要求、催化裂化汽油烯烃含量的限制和催化裂化装置再生烟气硫化物排放量的限制，使催化裂
13、化装置的渣油掺炼量受到一定的制约。相对于渣油加氢处理工艺而言，由于延迟焦化装置的投资低，在生产清洁燃料需要大幅增加投入的情况下，采用延迟焦化显然具有一定的优势17。1.2 延迟焦化控制技术的研究现状从2O世纪6O年代开始建设延迟焦化装置以来，我国延迟焦化技术和装置建设得到了较快的发展，成为了世界上延迟焦化能力占第二位的国家。特别是90年代以来，延迟焦化更是得到了飞速的发展，在1996年到2004年的8年问，延迟焦化能力净增了1747 Mta，使我国延迟焦化能力占原油加工能力的比例达到了10 以上。国内最大的16 Mta延迟焦化装置最近在中国石化扬子石油化工股份有限公司(扬子石化)投产，表明我国
14、延迟焦化技术已经取得了长足的进步。近几年国内投产的延迟焦化装置，技术水平已经接近国外的先进水平，装置在大型化、自动控制水平、环境污染控制、降低操作消耗、提高经济效益等方面取得了长足的发展。但是，早期投产的延迟焦化装置受当时的技术水平的限制，还存在着诸多不足之处。从2O世纪6O年代开始至今，我国建设了一大批延迟焦化装置，这些装置大多数规模较小，能耗较高，除焦技术落后，污染比较严重，应该尽快在这些装置上推广近年来已经取得进展的技术，如自动切换除焦器、水力除焦程序控制系统、冷焦水密闭循环、塔顶盖自动装卸机等。推广利用已经取得进展的技术，对老装置实行改造，投资少，经济效益好，不仅可以改变这些老装置的面
15、貌，还可以在较少的投资下，较大幅度地提高这些装置的加工能力、自动化水平和安全性能2。近年来随着原油重质化趋势的与日俱增，以及重油轻质化的需求，发展重油加工技术是目前炼油工业的突出任务之一。延迟焦化技术具有流程简单、原料适应性强、技术成熟可靠、投资和操作费用较低等优势，成为最主要的重油加工工艺之一。一方面，由于延迟焦化是一个包含多塔串联和物料循环的复杂工业生产过程，原料来源复杂，单元之间以及各个单元变量之间的关联性强，过程控制的难度大。特别是延迟焦化过程的半连续特性，使延迟焦化装置成为最难操作和控制的炼油装置之一 。另外一方面，由于延迟焦化装置加工硫、重金属和沥青质含量高的渣油，而带来的产品质量、设备腐蚀、环境污染等方面的问题日益严重，对延迟焦化的操作也相应地提出了更高的要求。为此，延迟焦化装置应在现有DCS的基础上，应用先进控制技术，进一步平稳操作，实现优化生产。国外较早就有先进控制技术在延迟焦化装置应用的报道。国内在这几年中也有几套延迟焦化装置采用了先进控制技术，取得了不错的控制效果3 。尽管延迟焦化是目前最广泛采用的一种焦化流程，但是它还有不少不足之处。例如，此过程还处于半连续状态，周期性的除焦操作仍需花费较多的劳动力，除焦的劳动条件尚未能彻底改善；由于考虑到加热炉的开工周期，加热炉出口温度的提高受到限制
