洛阳石化焦化大吹汽改造方案.docx
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洛阳石化焦化大吹汽改造方案
中国石油化工股份有限公司洛阳分公司
延迟焦化装置大吹汽
改造方案
上海优华系统集成技术有限公司
二零一二年二月
1.改造内容
1.1设计基础
洛阳石化延迟焦化装置设计加工规模为140×104t/a,采用一炉二塔。
目前焦化装置的主要基础数据和冷焦阶段的参数如表1.1-1和表1.1-2所示。
表1.1-1基础数据表
工艺参数数值
装置处理量140×104t/a
焦炭塔底温度410℃
1.0MPa管网蒸汽温度270℃
蒸汽进焦炭塔温度270℃
表1.1-2焦炭塔冷焦流程
流程时间(h)蒸汽量(t/h)
小吹汽24
大吹汽213
给水冷焦
1.2工艺说明
1.2.1工艺原理及特点
延迟焦化是炼油化工的重要生产流程之一,主要作用是将炼油过程中的渣油,经过加热炉加热,并迅速转移到焦炭塔内,使渣油在焦炭塔内高温裂解,产生轻质油以及石油焦炭的过程。
焦炭塔为延迟焦化的核心工艺设备,其操作特点是冷热交替循环,每周期塔内温度循环过程为:
将经过加热炉加热到495℃以上的渣油,由塔底送入焦炭塔内进行生焦反应,反应完成后,再由冷焦过程将生成的焦炭由410℃冷却至95℃以下,随后打开顶底盖装置用高压水进行水力除焦,除焦结束后经过蒸汽试压、油气预热等过程后,将加热炉出口的495℃高温渣油送入焦炭塔进行焦化反应,完成一个生产周期,循环操作。
其中“冷焦”过程分为小吹汽→大吹汽→小给水→大给水四个步骤,在传统工艺中,小吹汽和大吹汽是利用系统蒸汽作为介质,将焦炭塔内焦炭从410℃左右冷却到320℃左右,其中大吹汽时间为2小时,需要耗用1.0MPa蒸汽,每塔次耗量约26t。
对洛阳石化1炉2塔焦化装置,全年开工200次/塔计(按照生焦周期20小时),2个塔每年消耗蒸汽量约1.04万吨。
并且该操作为间歇操作,对全厂的蒸汽平衡影响较大。
传统工艺“大吹汽”用汽而不用水作冷却介质,主要是用水冷焦要比用蒸汽冷焦降温速度过大,会对塔壁产生较大的热应力冲击,从而影响焦炭塔使用寿命。
近年来,许多炼油厂进行了大吹汽汽改水的尝试,有些厂取得了良好的效果,没有产生炸焦等事故,但是都不同程度的存在塔振动过大的问题。
由于水在进入焦炭塔时,有一个相变膨胀的过程,在较大一股水流进入焦炭塔时,水的膨胀量很大,在焦炭塔入口一段,水汽化的过大体积膨胀很容易引起塔内焦炭塌方,从而堵塞通道,造成事故,另外由于水量控制较为粗放,且经验不足,水进焦炭塔后没有完全汽化,有部分水接触塔壁时汽化,水汽化膨胀使塔壁局部受到冲撞而振动过大。
本方案采用一台气流式雾化器,用1.0MPa蒸汽节流后的高流速作为动力将1.0MPa饱和水撕裂成微小液滴作为大吹汽介质。
微小液滴在进入焦炭塔时虽然其体积仍会有较大的膨胀,但是不会在局部快速膨胀导致炸焦,进而发生堵塔的事故风险或者产生塔振动过大的问题。
加上有一套与之配套的PLC控制系统,自动控制注水量,并且使焦层冷却更均匀,塔壁温度应力影响较小。
雾化机理见下图。
图1.2-1雾化机理图
1.2.2改造方案
本方案中水汽两路分别增加一组调节阀,另外系统高度实现自动化,投资较大,操作工劳动大幅强度降低,实现高度自动化。
1.2.3工艺流程说明
(1)水线
将饱和水或凝水引至焦炭塔吹汽操作平台,经孔板流量计、调节阀组、气动活塞阀,控制饱和水进入雾化器液相入口的流量。
为防止管线在冬季冻凝,在靠近雾化器液相入口处设分支管线,分支管线可接到除氧器进水处或者凝结水回收管线,在冬季可以投用该管线,保持供水管线的流通;为确保管路安全,还可以增加水伴热。
在其他季节可不投用分支管线和水伴热线。
饱和水线关闭后管内积存的冷水量较小,再次投入时不会影响雾化及吹汽效果。
(2)蒸汽线
从原蒸汽管引出1.0MPa蒸汽,经切断阀、调节阀组、气动活塞阀,控制蒸汽进入雾化器汽相入口的流量。
蒸汽进入雾化器后将饱和水雾化成细微液滴,汽液混合物从雾化器出口经出口球阀进入焦炭塔原有大吹汽管线上,经切断阀后进入焦炭塔。
经雾化的饱和水在焦炭塔内迅速升温、汽化后,连同蒸汽及油气一起自焦炭塔顶出来,进入放空系统。
新增饱和水或凝水和蒸汽管线均设有流量计、调节阀,大吹汽时汽水比例随时间的变化通过自控系统PLC系统自行调节和控制。
2.物料及能量平衡
大吹汽蒸汽从1.0MPa蒸汽总管来,到智能喷雾器进口实际压力约0.9MPa,温度约270℃,蒸汽和油气从塔顶出,其出口温度为410℃-380℃,蒸汽用量26t/塔次,则大吹汽带走热量约1560×104kJ,每吨蒸汽带走热量为60×104kJ。
饱和水带走热量分两部分,一部分为汽化潜热,另一部分为升温显热。
汽改水后,大吹汽过程带走热量将比原来要略多,但相对于给水冷焦过程带走的热量要小得多。
基本不影响给水冷焦过程。
物料及能量平衡见下表。
表1.2-1物料及能量平衡表(技术改造前一个生焦周期一个塔数据)
工艺参数入出
蒸汽用量26t
蒸汽压力0.9MPa0.2MPa
蒸汽温度270℃
蒸汽焓7766×104kJ
焦炭量1167t
焦炭温度410℃320℃
焦炭放热量11868×104kJ
表1.2-2物料及能量平衡表(技术改造后一个生焦周期一个塔数据)
工艺参数入出
蒸汽用量8.5t
蒸汽压力0.9MPa0.2MPa
蒸汽温度270℃
蒸汽焓2390×104kJ
饱和水用量10t
饱和水压力1.2MPa0.2MPa
饱和水进雾化器温度120℃
饱和水液体焓384×104kJ
焦炭量1167t
焦炭温度410℃320℃
焦炭放热量11868×104kJ
3.界区条件
1.0MPa蒸汽从1.0MPa蒸汽总管网来,饱和水或凝水从装置内来。
4.水汽操作条件
汽水总用量初步按不大于13t/h(根据调试情况可更改)进行调试。
汽水比例根据工艺方案的不同而不同,集成到PLC系统内。
5.自动控制
5.1自动仪表控制回路
大吹汽系统的控制采用自动/手动,切换灵活、指示、报警和连锁自动化的控制装置。
控制系统采用PLC控制系统。
检测系统采用灵敏可靠的压力变送器、温度变送器。
在控制室内可对大吹汽过程全运行进行操作,并能监测大吹汽过程的蒸汽及给水的状态。
5.2自动控制原理
本项目实施汽改水技术的自动控制原理如下:
1)通过PLC自动控制蒸汽和除氧水的流量,实现安全平稳,减轻操作工劳动强度,节省吹扫蒸汽的目标;
2)通过PLC的检查确认,提醒操作工按照正确的步骤操作,避免误操作,提高装置运行安全性;
3)PLC自动判断对哪个塔进行小大吹汽操作,操作工确认后,提醒操作工改通流程,再开始吹扫操作;
4)蒸汽流量按照预定的轨迹自动进行调整;轨迹根据优化核算后给出;
5)除氧水的流量根据塔压,塔壁温度(塔底部)下降速度等约束条件进行自动调整;其中任意一项约束条件不满足,立即减少甚至停止注水;
6)大吹汽操作结束后,提醒操作工修改流程,开始下一步操作;
7)PLC自动恢复备用状态;
5.3PLC的配置
PLC控制系统分上位和下位2部份。
上位部份——操作站
为一台服务器,安装WinCC操作软件,放置在操作室,是操作员对大吹汽过程进行操作的界面。
操作员通过WinCC,监控焦炭塔的吹扫,冷却过程,读取现场测量值,确认测量值的正确,确认PLC发出指令的正确,按照提示确认现场流程已改好,并且提供:
参数趋势,报警,操作报表等信息。
下位部份——俗称PLC机柜,内部安装下列PLC设备
1)S-300CPU,是PLC进行逻辑分析运算的中央处理器;
2)通讯模块(CPU),CUP与上位机进行通讯的模块,通过网线与上位机的网络接口相连;
3)AI模块(2-3个),读取模拟量信号:
温度,压力,流量,液位的测量值;
4)AO模块(1个),输出模拟量信号:
蒸汽和除氧水流量控制阀开度;
5)DI模块,读取数字量信号(0、1),阀门开关状态,泵启停;(本项目可能无)
6)DO模块,输出数字量信号(0、1),阀门开关和泵启停指令;(本项目可能无)
7)电源模块(1个),为CUP,CP等模块提供24V直流电源;
8)接线端子,所有信号线先接到接线端子上,再接到I/O模块上;
PLC机柜在服务商的工厂内进行安装,并且测试完毕后,再运抵用户现场,放置在用户的DCS机柜间。
接通220电源、地线、信号线和上位机的网线,即完成系统安装,进入运行调试阶段。
5.4PLC与DCS的联接方式
为了不增加DCS的负荷和组态工作,PLC与DCS系统的信号是采用硬接线的方式读取和发送信息。
PLC需要采集的模拟量(AI)信号大部分已在DCS上有显示(14
个),只需要将这些(AI)信号的安全栅由普通的一入一出型换成一入二出型,即可同时满足DCS和PLC的需要。
新增的除氧水流量信号可直接接入PLC中,如果DCS端也需要显示,则再增加一个一入二出安全栅,DCS增加一个测量点显示即可。
PLC的2个AO信号,直接发到现场控制阀即可。
6.主要改造内容
1)新增设备
雾化器1台
阀门若干
新增PLC1套。
2)利旧设施
1、大吹汽蒸汽线
2、大吹汽蒸汽调节阀,流量计
3)其他改造
部分仪表及相应管道
7.卫生、安全、环保说明
本次技术改造不额外产生三废污染,相关卫生、安全、环保规定遵从原设计规定。
8.附录
管道及仪表流程图:
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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