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1、华东理工大学 自动化工程设计报告自动化工程设计报告 学院 信息科学与工程学院 系别 自 动 化 专业 自 动 化 班级 姓名 学 号 导师 日 期： 2013年12月9日 至 2013年12月20日一、设计依据1.1概况本次的设计是上海金山石化的吸收装置，这部分为吸收，主要产品是石脑油，在临氢条件下，加氢精制是在一定的温度、压力、空速、氢油比,及在加氢催化剂的作用下去除原料油中的硫化物、氧化物、氮化物、不饱和烯烃和金属,以制得安定性好,燃烧性能好得优质燃料油，或为下游装置提供优质进料。上海石化吸收装置设计规模为390万吨/年，采用中国石化工程建设公司开发的固定床渣油加氢技术，催化剂采用中国石油
2、化工科学研究院（RIPP）的RHT系列渣油加氢催化剂，总催化剂空速为0.20h-1,反应器入口氢分压为15.0MPa, 催化剂床层平均温度初期为378，末期为405，氢油比为750Nm3/m3 。1.2 加氢裂化装置简介加氢裂化装置是一个集催化反应技术、炼油技术和高压技术于一体的工艺装置。其工艺流程的选择和催化剂性能、原料油性质、产品品种、产品质量、装置规模、设备供应条件及装置生产灵活性等因素有关。加氢装置按加工目的可分为：加氢精制、加氢裂化、渣油加氢处理等类型。加氢裂化按操作压力可分为：高压加氢裂化和中压加氢裂化，高压加氢裂化分离器的操作压力一般为16MPa左右，中压加氢裂化分离器的操作压力
3、一般为9OMPa左右。加氢裂化按工艺流程可分为：一段加氢裂化流程、二段加氢裂化流程、串联加氢裂化流程。一段加氢裂化流程是指只有一个加氢反应器，原料的加氢精制和加氢裂化在一个反应器内进行。该流程的特点是：工艺流程简单，但对原料的适应性及产品的分布有一定限制。二段加氢裂化流程是指有两个加氢反应器，第一个加氢反应器装加氢精制催化剂，第二个加氢反应器装加氢裂化催化剂，两段加氢形成两个独立的加氢体系，该流程的特点是：对原料的适应性强，操作灵活性较大，产品分布可调节性较大，但是，该工艺的流程复杂，投资及操作费用较高。串联加氢裂化流程也是分为加氢精制和加氢裂化两个反应器，但两个反应器串联连接，为一套加氢系统
4、。串联加氢裂化流程既具有二段加氢裂化流程比较灵活的特点，又具有一段加氢裂化流程比较简单的特点，该流程具有明显优势，如今新建的加氢裂化装置多为此种流程。1.3反应器主要技术参数表1 加氢反应器主要技术参数设计压力5.750.1MPa设计温度375177最高工作压力4.88MPa最高工作温度343容器类别三类容器容积78.2立方米腐蚀裕量0水压试验立式7.47卧式7.55MPa盛装介质石脑油、油气、氢气、硫化氢主体材质15CrMoR1.4原料指标表2 汽油加氢装置原料指标原 料产 品项 目厂控质量指标焦化汽油含水(%)0.2汽油石脑油（Q/SY 26-2002）原料干点()185汽油裂解原料油（H
5、G/FSH 05-2001）原料干点()2001.5 石脑油的特征石脑油是一种轻质油品，由原油蒸馏或石油二次加工切取相应馏分而得。其沸点范围依需要而定，通常为较宽的馏程，如30-220。石脑油是管式炉裂解制取乙烯，丙烯，催化重整制取苯，甲苯，二甲苯的重要原料。作为裂解原料，要求石脑油组成中烷烃和环烷烃的含量不低于70%（体积）；作为催化重整原料用于生产高辛烷值汽油组分时，进料为宽馏分，沸点范围一般为80-180，用于生产芳烃时，进料为窄馏分，沸点范围为60-165。国外常用的轻质直馏石脑油沸程为0-100，重质直馏石脑油沸程为100-200；催化裂化石脑油有105，105-160及 160-2
6、00的轻、中、重质三种。实际关联：由于石脑油市场价格远低于车用无铅汽油（吨价差达600-1200元），使用石脑油和石化助剂调配车用无铅汽油已成为民营石化企业增加成品油利润的重要方式。我国原油较重，石脑油供应非常紧张，乙烯装置、重整装置、石脑油制氢装置争原料。二、设计指导思想和设计原则2.1项目建造意义加氢反应装置是有机化学实验室和实际生产过程中一件非常重要的设备，不仅可以用作加氢反应的容器，而且也可用于液体和气体需要充分混合的场合。在化学制药方面有着广泛的用途，可作为产品开发、有机化学制品和医药品研究的基础设备，还可用于定量分析工业过程中催化剂的活性。常用的加氢反应装置主要分为两类：一类用于高
7、沸点液体或固体（固体需先溶于溶剂或加热熔融）原料的液相加氢过程，如油脂加氢、重质油品的加氢裂解等。液相加氢常在加压下进行，过程可以是间歇式的，也可以是连续的。间歇液相加氢常采用具有搅拌装置的压力釜或鼓泡反应器。连续液相加氢可采用涓流床反应器或气、液、固三相同向连续流动的管式反应器。另一类反应器用于气相连续加氢过程，如苯常压气相加氢制环己烷、一氧化碳高压气相加氢合成甲醇等，反应器的类型可以是列管式或塔式。加氢过程在石油炼制工业中，除用于加氢裂化外,还广泛用于加氢精制,以脱除油品中存在的含氧、硫、氮等杂质，并使烯烃全部饱和、芳烃部分饱和，以提高油品的质量。在煤化工中用于煤加氢液化制取液体燃料。在有
8、机化工中则用于制备各种有机产品，例如一氧化碳加氢合成甲醇、苯加氢制环己烷、苯酚加氢制环己醇、醛加氢制醇、萘加氢制四氢萘和十氢萘（用作溶剂）、硝基苯加氢还原制苯胺等。此外，加氢过程还作为化学工业的一种精制手段，用于除去有机原料或产品中所含少量有害而不易分离的杂质，例如乙烯精制时使其中杂质乙炔加氢而成乙烯；丙烯精制时使其中杂质丙炔和丙二烯加氢而成丙烯；以及利用一氧化碳加氢转化为甲烷的反应，以除去氢气中少量的一氧化碳等。该项目前景可观，优势明显，符合国家产业政策发展的方向，有良好的经济效益和社会效益，产品起点高，技术设备先进，为国内行业先进水平。该项目的上马及投产一定能有力地推动我国加氢脱氧纯化装臵
9、项目相关产品的供应能力，推动行业进一步发展，提升行业产品质量和市场竞争力。项目可以提供9个新增就业岗位，可以有效缓解地区就业压力，同时，项目建成后可以实现大幅度的盈利，也能够积极促进项目属地经济的增长。 综合而言，本项目对地区经济及下游行业发展都具有明显的积极作用，社会效益明显。2.2经济效益 加氢裂化在炼油中是能耗较大的装置，尤其是随着炼油厂加工原油的劣质化，原料蜡油密度变重，硫氮含量增加，使得反应温度越来越高，循环氢量增加，燃料气中压蒸汽的消耗也随之增大。对加氢裂化装置能源消耗情况进行深入分析，找出节约能源消耗的措施，合理利用加氢裂化产品，装置将发挥更好的经济效益，同时对加氢裂化技术的发展
10、也具有促进意义。 加氢裂化装置经济效益主要表现为对电、蒸汽燃料、氢气的节约、热量交换、操作优化。产品综合利用加氢裂化装置节能的重点。加氢裂化装置是生产优质产品的重要石油炼制工艺，其进料范围很宽，操作模式多，氮该工艺需要消耗大量的氢气，加氢裂化装置根据不同原料及转化深度，以及产品方案不同，氢耗量为320380Nm3 。新氢化进料。据经济核算可知，氢气成本约占装置生产总成本的8%，仅次于原料蜡油。故欲提高加氢裂化的效益，关键之一是降低氢气成本。对氢耗进行分析，有助于更好的降低成本，同时利于石化装置优化配置，特别是对制氢装置开车负荷优化。提高经济效益具有重要意义。2.3.设计规则 在接到一个工程项目
11、后，对其进行自控工程设计时应该按照以下方法来完成（1）熟悉工艺流程（2）确定自控方案，完成工艺控制流程图（PCD）（3）仪表选型，编制有关仪表选型的设计文件（4）控制室设计（5）调节阀和孔板节流计算（6）仪表供电供气系统设计（7）根据现场条件，完成现场与控制室之间联系的相关设计文件（8）根据自动化专业控制相关的其他设备材料选用情况，完成有关的设计文件（9）设计工作基本完成之后，编写设计文件目录等文件 上述设计方法及顺序，仅仅是原则性的，在实际工程设计中，还应该按照实际需要进行。2.4建厂地的可行性描述 建厂地选择即新建项目具体位置的选择。是工业布局的最终环节和工业基本建设的前期工作，也是工业项
12、目可行性研究的组成部分。它根据工业地区布局和新建项目设计任务书的各项要求，由规划与设计部门共同承担，在实地踏勘及区域性技术经济调查的基础上，对各地建设条件分析评价，并选择若干个能基本满足建厂要求的厂址方案作定性与定量相结合的技术经济综合论证，从而确定最优的建设地点和具体厂址。建厂地选择通常分为两个阶段：确定选址范围和建厂地点。侧重考虑厂址的外部区域经济技术条件，包括：距离原材料、燃料动力基地和消费地的远近；与各地联系的交通运输条件；当地的厂际生产协作条件；供水、排水及电源的保证程度；原有城镇基础和职工生活条件；有否可供工业进一步发展、工业成组布局和城镇发展的场地；是否与城镇规划及区域规划相协调
13、；土地使用费用、建筑材料来源及施工力量等。确定厂址最后具体位置。主要考虑项目设计任务书和厂区总平面布置的有关要求及投资约束条件。包括：厂址场地条件，如建设用地的面积与外形、地势坡度、工程地质与水文地质状况、地震裂度、灾害性威胁（如洪水、泥石流等），土地征用的数量、质量及处理难度，厂址下有无矿藏等；距水源地的远近和给排水的扬程；修建铁路专用线与厂外公路等交通设施的工程量与投资；供电、供热设施的工程量及投资；距已有城镇生活区与公共服务设施的远近；“三废”排放对城镇和周围环境的影响及环保费用等。厂址一经选定，不仅对所在地区的经济发展、城镇建设和环境质量产生重要影响，而且直接关系到新建项目的基本建设投
14、资和建厂速度，并长期影响企业的经营、管理等经济效果。加氢装置所在的金山石化炼油厂位于上海市金山区。金山区地处上海市西南，杭州湾北岸，处在沪、杭、甬及舟山群岛经济区域中心和长三角都市圈枢纽地带。西连浙江省平湖市、嘉善县，东邻上海市奉贤区，北接松江区和青浦区。全区陆地总面积586平方公里，辖9个镇、1个街道以及具有行政管理职能的金山工业区，现有人口55万。金山区境内有沪杭高速、同三高速、莘奉金高速等高速公路网络。沪杭铁路金山支线直达金山城区。南部沿海申甬车客渡码头开辟了舟山、宁波等地海运航线。黄浦江支流贯穿全区各镇，成为内河运输主动脉。金山已形成“三纵两横”五条高速公路和“六纵六横”区域干线公路网
15、架。杭州湾跨海大桥建成后，金山将成为浙江快速进入上海的桥头堡。嘉金高速建成通车后，金山北出上海的时间将大大缩短。金山区境内有23.3公里的海岸线，其中可综合开发的公共岸线12.5公里。金山石化交通便捷，沪杭铁路、金山区铁路支线和亭卫公路、新卫公路横贯南北，320国道穿越东西。上海金山区车客渡码头的建立，开辟了上海至宁波等地的海上蓝色通道（已经停运，估计改为金山三岛旅游码头）。随着上海市高速公路建设步伐的加快，至2005年，金山区境内形成“两横三纵”高速公路网架（“两横”指莘奉金高速公路和亭枫高速公路，“三纵”指沪杭高速公路、同三国道和嘉金高速公路），金山区的交通条件产生质的飞跃。所以，金山石化
16、交通发达，运输方便，原材料供应充足，劳动力充足。上海金山石化是中国石油化工股份有限公司的控股子公司，位于上海市金山区，是中国最大的炼油化工一体化综合性石油化工企业之一，也是目前中国最大的乙烯和腈纶生产商，同时还是中国重要的成品油、中间石化产品，有雄厚的实力以及良好的信誉，其资金筹措非常容易。金山石化有完善的培训体系以及研发中心，有强大的技术人员队伍，拥有健全的科技开发、知识产权管理组织体系和雄厚的科技开发实力。公司科技开发部主管公司科技开发与推广应用、知识产权、技术许可、对外技术交流与合作、新产品开发、三剂、标准化、质量、计量管理等。它在技术基础以及技术支持方面的实力毋庸置疑。2.5 整体自动
17、化控制水平本次工艺设计用到的自控仪表有：用于调节及监测压力的压力变送器、压力调节器/阀，用于调节、记录流量的气-电转换器、流量记录仪、流量调节器/阀、用于记录、调节温度的电子电位差计、温度调节器。三、生产方法和工艺流程3.1 设计工艺流程叙述加氢裂化指在加氢反应过程中，原料油的分子有 10% 以上变小的那些加氢技术。烷烃（烯烃）在加氢裂化过程中主要进行裂化、异构化和少量环化的反应。烷烃在高压下加氢反应而生成低分子烷烃，包括原料分子某一处CC键的断裂，以及生成不饱和分子碎片的加氢。烯烃加氢裂化反应生成相应的烷烃，或进一步发生环化、裂化、异构化等反应。气脱硫脱硝工艺NO+O3 NO2+O22 NO
18、2+O3 N2O5 + O2N2O5+H2O 2HNO3 HNO3 + NaOH NaNO3 + H2OSO2+NaOH Na2SO3 + H2O双脱原理1、干气和液化气脱硫化氢原理R2RN H2S R2RNH+HS（快速反应）R2RNCO2H2O R2RNH+HCO3（慢速反应）2、液化气脱硫醇原理RSH + NaOHRSNa + H2O H2S + 2NaOHNa2S + 2H2O 2Na2S + H2O+2O2Na2S2 O3+2NaOH RSNa+ H2O+1/2O2 RSSR+2NaOH 脱硫醇总反应式4RSHO2催化剂2RSSR2H2O3.2反应系统自装置外来的原料油进入原料缓冲罐
19、（D-3101），由原料油泵（P-3101）送至原料油/柴油换热器（E-3212）、原料油/尾油换热器（E-3100）加热后，再经过自动反冲洗过滤器（SR-3101）过滤，进入滤后原料油缓冲罐（D-3102）。滤后原料油经反应进料泵（P-3102）升压后与氢气混合，在混氢油/反应产物换热器（E-3101）与反应产物换热后，通过反应进料加热炉（F-3101）加热到反应所需温度（344），先后进入加氢精制反应器（R-3101）和加氢裂化反应器（R-3102），混氢油在反应器中催化剂的作用下，进行加氢精制和加氢裂化反应，在催化剂床层间设有控制反应温度的急冷氢（循环氢供给）。反应产物经混氢油/反应产物
20、换热器（E-3101）换热后进入热高压分离器（D-3103），热高分油经液力透平（HT-3101）减压回收能量后，进入热低压分离器（D-3104）。热高分气经过氢气/热高分气换热器（E-3102）与氢气换热、热高分气空冷器（A-3101）冷却，进入冷高压分离器（D-3105）进行气、油、水三相分离。为防止低温下铵盐结晶堵塞高压空冷器，用高压注水泵（P-3103）将注水罐（D-3108）中除盐水分两路分别注入氢气/热高分气换热器（E-3102）前和高压空冷器（A-3101）前作反应注水。3.3反应器部分1）新鲜进料流程从油罐来的新鲜进料经过滤器K101除去固体和沉降脱水后，进入缓冲罐D101，再
21、由P101A、B送到换热器E104和E104A、B，同反应器流出物换热，然后，与热循环氢混合一起进入R101. 2）当进料及循环氢通过精制催化剂时，脱硫、脱氧、脱氮和烯烃炮和反应开始发生，并在反应器底部订层完成，这些是放热反应，反应物温度升高。通过控制反应器入口温度及调节急冷氢量，使温度上升受到抑制，以延长催化剂的寿命，同时防止发生飞温。在R101反应产物流出线上，要设置一个采样阀，以测定氮的转化。在生产期间，要控制流出油的总氮含量在50ppm（wt.）内，就要调节R101的平均床层温度。如果反应器内的温度超商，用降低第二反应炉F102温度和加大急冷氢仍不能控制裂化反应速度，则器内温度急升会严
22、重地使催化剂结焦，甚至破坏设备结构，使反应器壁过热。如果最大的冷却反应器仍不能控制催化剂床层温度，则反应器和关联设备必须降压。当R102A和B中的任一个反应器温度超过它的正常值28时，应立即启动7bar/min泄压系统降压。要严格控制R102A、B的温度，以保证新鲜进料100地转化成所需要产品。在操作中，新鲜进料和循环油比例要保持不变。3)反应产物换热器的流程从Rl028出来的反应产物通过一组换热器(E101E105)回收热量，最后用空气冷器A101冷却到49度后进入高压分离器Dl02。空冷器进口注入冲洗水以除氨和防止氨盐沉积注入处将允许大部分水汽化。注水泵Pll4B注水注入西面四组空冷，Pl
23、l4C注水注入东面四组空冷，Pll4A_互为Pll4B、C备用。4)气液分离 经冷却的反应产物进入Dl02，在其中进行油、水、气三相分离。烃类产品通过Dl02液位控制调节阀Ll03A、B进入低压分离器Dl03。为了节能，正常情况下，液体全部经过Ll03A阀到能量回收透平HTl01进Dl03。自D102底排出的水进入炼厂酸性水处理系统。D103得到的物料大约在196MPa下操作，其闪蒸气送到酸性气处理部分，液相烃经与柴油和尾油换热后送分馏部分。生产过程中主要有以下反应：（1）脱硫反应在加氢条件下，含硫化合物转化为相应的烃和H2S，从而脱除硫。如脱硫醇，反应式如下： RSH H2 RH H2S 硫
24、化物 氢气 烃 硫化氢（2） 脱氮反应在加氢过程中，氮化物在氢气作用下转化为NH3和相应的烃。加氢脱氮反应比脱硫反应进行要困难得多.为了使脱氮比较完全，往往需要采用比脱硫更苛刻的条件。如：CH CHCH CH + 4H2 C4H10 + NH3 NH 吡咯 氢气 丁烷 氨 （3） 脱氧反应二次加工装置馏分油中含氧化合物含量很少，主要是环烷酸及酚类。一般含氧化合物很容易进行加氢而生成水和烃。如： OH H C C C C HC CH C C + H2 HC CH + H2O C CH 苯酚 氢气 苯 水（4）烯烃饱和反应烯烃的加氢速度很快，常温下即可进行，二烯烃加氢速度比单烯烃快，如：H3CCH
25、2CH2CH=CHCH3 + H2 H3CCH2CH2CH2CH2CH3（5）芳烃和稠环芳烃的加氢反应 CH CH2 HC CH H2C CH2 HC CH + 3H2 H2C CH2 CH CH2 苯 氢气 环已烷（6）脱金属反应 含砷、铅、铜等金属的有机物在加氢条件下首先分解出金属，然后金属由于吸附或化学反应滞留在催化剂表面上。（7）脱卤素反应含氯等有机卤化物在加氢条件下几乎全部分解，生成无机态的卤化物。3.4吸收设备的选择a.当气液反应速度很快，可优先选喷淋塔、填料塔等；b.若反应速度极快，热效应大时，也可以采用筛板塔；c.如果反应物浓度高，可选用文丘里或空塔；d.当气液传质速度慢时，需
26、要提供大量的液体，此时 采用鼓泡塔；或增大液气比；e.在吸收容易产生固体时，宜选用内部构件少、阻力 小、压降小的设备，如泼水轮吸收室等；f.在达到吸收要求的前提下，尽可能选用结构简单、 造价低廉、容易操作的设备。3.5吸收设备的运行管理a.选择和掌握适当的空塔气速 填料塔:1.52m/s，板式塔、空塔：2m/s以上，湍球塔：4m/s左右。填料塔操作时不能产生“液泛”；板式塔不能产生“喷塔”；湍球塔不能产生“短路”等。 空塔气速越高，处理能力越大，但塔高也必须越高，要考虑气液接触时间。 高的空塔气速会造成严重的雾沫夹带，这将给除雾器增加负担。示意图如下： b。控制好液气比液气比是指处理1m3气体
27、所需吸收剂的体积（L）。 液气比增大，气液传质速率增大，从而增大污染物的去除率。在工程中，允许最小的液气比（L/G）min由吸收塔的运行特性决定，可根据吸收塔的物料衡算和操作线方程计算。 实际L/G要比（L/G）min大。可根据以下原则考虑： 文丘里或喷淋塔，气-液接触面积与L/G成正比，因此L/G与污染物去除率有直接的正比关系，而与废气的浓度无关。 c.控制和调整吸收液浓度（pH值） d.注意系统的防垢和堵塞e.其它 温度、压力、密封、泄露等主反应C2H2+H2C2H4H=-1757 kJ/mol (1)副反应C2H4+H2C2H6H=-1381 kJ/mol (2)C2H2+2H2C2H6
28、钯/二氧化钛催化剂在C2馏份选择加氢反应中的催化作用,发现二氧化钛载体在一定条件下能被氢还原并能与金属强烈相互作用,钯/二氧化钛催化剂在250下还原,乙烯选择性最高,约达91%,其催化性能明显优于钯/氧化铝催化剂。氢化物Mg2CoH5用于乙炔加氢反应,乙烯的选择性为100%;而氢化物Mg3CoH5和Mg2FeH6的乙烯选择性相应为82%和85%;氢化物Mg2NiH4则使乙炔加氢为乙烷混合相乙炔加氢反应器操作条件:温度040;压力1636 MPa;催化剂01%(质量分数)钯/氧化铝。混合相反应器出口物流冷却后进入分离塔,塔釜富含C3组份液体引入高压脱丙烷塔顶作为回流液,分离塔顶气相物流经蒸汽加热
29、后进入气相加氢反应器。任何乙炔选择加氢催化剂都可用在此种气相加氢反应器中,目前最普遍使用的是钯催化剂,而且其性能也较好。气相加氢反应器出口物流通过冷箱,用C3冷却剂进行冷却和部分冷凝后,进入分离塔分离成一种气相物流和一种液相物流。富含乙烯、甲烷和氢气等轻组份的气相从塔顶送往下游的脱甲烷塔和/或脱乙烷塔及其它进一步分离各组份的分离设备。富含丙烯和丙烷的液体从塔釜引出,用泵输送,一部分与分离塔塔釜液合并作为前脱丙烷塔顶回流液,另一部分作为混合相加氢反应器进料。36裂解气混合相选择加氢工艺Cosyns等23提出裂解气混合相选择加氢工艺(图5)。该工艺将裂解气干燥器出口气相(裂解气)和液相(已加氢的裂
30、解汽油)混合进入列管式混合相加氢反应器(开车时液相进料改用甲苯),反应器出口物流冷却后送入有10块塔盘的蒸馏塔,塔顶气相物流含有氢气、甲烷、C2馏份、C3馏份和C4馏份,送往下游分离装置;塔釜液相物流含有C5C9裂解汽油和少量C4,一部分用泵循环与气相裂解气混合,其余作为汽油出售或送往芳烃装置。裂解气混合相选择加氢反应条件:气相空速2500h-1(标准状况);压力20MPa;温度40;液相空速10 h-1(标准状况);催化剂005%(质量分数)钯/氧化铝。裂解气混合相选择加氢反应结果:C2馏份中乙炔摩尔分数510-6;裂解汽油中顺丁烯二酸酐值3;辛烷值约98;双烯烃摩尔分数03%;烯烃摩尔分数
31、约10%。运行2个月的反应结果见表1。工业上乙炔选择加氢一般采用绝热式固定床反应器,碳二原料经过换热和预热,反应器入口温度在25100,当温度较高时有利于副反应的发生,特别是乙炔直接加氢生成乙烷伴随着大量的反应热生成,使物料温度继续升高,这样整个反应过程会进入恶性循环,最后催化剂床层有可能会出现飞温现象。所以碳二加氢反应对催化剂的选择性要求很高,另外实际操作过程中对工艺参数的控制也很重要,应控制较低的入口温度和合适的氢气量主反应C2H2+H2-C2H4(1)副反应C2H4+H2C2H6(2)C2H2+2H2C2H6(3)剩余乙炔被加氢至小于 5ppm 以下在初始反应稳定后，反应器入口条件为温度
32、 2534 压力 2.0MPa物料流量 1200014000m3/hr氢气流量 90140 m3/hr乙炔浓度 1.21.5mol%利用这些数据对反应器模拟计算，计算结果如表 7.2从表中模拟计算结果看，反应出口温度和乙炔浓度计算结果和实际相差不大。由于工业操作参数的变化，有时反应器出口温度和乙炔浓度的相应变化会有一些滞后，所以有个别数据偏差较大。一般来说在稳定操作条件下，模拟结果能很好地和实际运行结果吻合。由于初期催化剂活性和选择性好，与小试得出动力学方程的条件相似。在这种条件下利用动力学方程模拟计算结果与实际相差较小。但是当催化剂运行一段时间后，由于副反应的增加，加上反应生成的低聚物覆盖在
33、催化剂表面，此时的反应过程与小试条件相差大，在这种条件下模拟计算结果误差较大。为了保证 C2加氢等温反应器及绝热反应器的反应效果, 要求 C2加氢的进料流量与氢气的流量按着一定的比值进行调节, 氢气量随着进料量的变化而变化。氢气 /进料流量比值要根据氢气 /乙炔比计算得出, 首先根据进料中炔烃的摩尔含量( 由在线分析仪测量) 计算出加氢所需的氢气的摩尔量, 再换算成重量, 进而得出氢气 / 进料流量比值。因此, 氢气 / 乙炔进料流量比值控制又可称为氢气 /乙炔进料流量变比值控制。氢炔比控制，要求根据乙炔动恋数泣，及时调节各床氢加入量，蔚足规定的氢炔比条件，保证各床转化率和产品中乙炔合格。四、
34、仪表自控设计方案 4.1罐体控制罐体控制工作原理是: 原料在煅烧时由于某种原因出现偏差e 时, 控制器便按设置的控制温度对偏差进行运算, 然后再输出一个控制量v u到执行机构以减少偏差, 直到满足控制要求为止, 此时控制器输出u便维持在一定的值上不再改变。整个系统采用闭环控制, 能有效的消除给定值与被控参数的偏差, 以及与煅 （7）罐体单回路控制烧温度和时间的跟踪。模块输出4 20mA 信号, 控制执行机构动作, 改变煤气流量, 达到控制温度的目的,同时, 为保证燃烧的经济性, 煤气与空气必须按一定比例混合, 本系统采用比值与反馈控制系统, 通过控制煤气空气的流量, 使温度保持在一定范围内。4
35、.2加氢裂化加热炉的串级控制（8）加氢裂化工艺流程简图 加热炉的主要作用是把待加热的物料加热到规定的温度后送出，因此要求自动控制系统能快速、准确地克服扰动对加热炉物料出口温度的影响。对自动控制系统的要求主要体现在快速性和准确性两个方面。而影响加热炉出口物料温度的因素有以下几个方面：燃料的流量（压力）、燃料的质量、物料的流量，即负荷、物料的温度、环境的温度以及加热炉的结构。主要任务是把原制油或重油加热到一定温度，以保证下一道工序（分馏或裂解）的顺利进行。加热炉的工艺流程图如图2.1所示。燃料油经过蒸汽雾化后在炉膛中燃烧，被加热油料流过炉膛四周的排管中，就被加热到出口温度1。在燃料油管道上装设一个
36、调节阀，用它来控制燃油量以达到调节温度1的目的。4.3 （1）主、副操纵变量的选择 主操纵变量：应选择具有较快动态响应的操纵变量 副操纵变量：应选择较好静态性能的操纵变量主、副控制器的选择 双重控制系统的主、副控制器均起定值控制作用，为了消除余差，主、副调节器均应选择PI控制的控制器，通常不加微分控制作用，当被控对象的时间常数较大时，为加速主对象的响应，可适当加入微分。对于副控制，由于起缓慢调节作用，因此，也可以选用纯积分的控制器。（2）主、副控制器正、反作用的选择 先确定控制阀的气开、气关形式，然后根据动态响应被控对象的特性确定主控制器的正、反作用形式，最后根据慢响应被控对象的特性确定副控制
37、器的正、反作用方式。（3）双重控制系统的投运和参数整定 与简单控制系统投运相同。在手、自动切换时，应该无扰动切换；投运方式是先主后副，即先使快响应对象切入自动，然后再切入慢响应控制回路。 主控制器参数整定要求：具有快的动态响应。 副控制器参数整定以缓慢变化、不造成对系统的扰动为目标，可采用宽比例度和大积分时间、甚至可采用纯积分作用。五、仪表计算和选型5.1 检测仪表（元件）选型1)工艺过程的条件工艺过程的温度、压力、流量、粘度、腐蚀性、毒性、脉动等因素是决定仪表选型的主要条件，它关系到仪表选用的合理性、仪表的使用寿命及车间的防火、防爆、保安等问题。2)操作上的重要性各检测点的参数在操作上的重要
38、性是仪表的指示、记录、积算、报警、控制、遥控等功能选定依据。一般来说，对工艺过程影响不大，但需经常监视的变量，可选指示型；对需要经常了解变化趋势的重要变量，应选记录式；而一些对工艺过程影响较大的，又需随时监控的变量，应设控制；对关系到物料衡算和动力消耗而要求计量或经济核算的变量，宜设积算；一些可能影响生产或安全的变量，宜设报警。3)经济性和统一性仪表的选型也决定于投资的规模，应在满足工艺和自控的要求前提下，进行必要的经济核算，取得适宜的性能价格比。为便于仪表的维修和管理，在选型时也要注意到仪表的统一性。尽量选用同一系列、同一规格型号及同一生产厂家的产品。4)仪表的使用和供应情况 选用的仪表应是
39、较为成熟的产品，经现场使用证明性能可靠的；同时要注意到选用的仪表应当是货源供应充沛，不会影响工程的施工进度。5.2. 检测仪表（元件）及控制阀选型检测仪表（元件）及控制阀选型的一般原则如下：（1）工艺过程的条件 工艺过程的温度、压力、流量、粘度、腐蚀性、毒性、脉动等因素是决定仪表选型的主要条件，它关系到仪表选用的合理性、仪表的使用寿命及车间的防火、防爆、保安等问题。 （2）操作上的重要性 各检测点的参数在操作上的重要性是仪表的指示、记录、积算、报警、控制、遥控等功能选定依据。一般来说，对工艺过程影响不大，但需监视的变量，可选指示型；对需要经常了解变化趋势的重要变量，应选记录式；而一些对工艺过程
40、影响较大的，又需随时监控的变量，应设控制；对关系到物料衡算和动力消耗而要求计量或经济核算的变量，宜设积算；上些可能影响生产或安全的变量，宜设报警。 （3）经济性和统一性 仪表的选型也决定于投资的规模，应在满足工艺和自控的要求前提下，进行必要的经济核算，取得适宜的性能/价格比。为便于仪表的维修和管理，在选型时也要注意到仪表的统一性。尽量选用同一系列、同一规格型号及同一生产厂家的产品。 （4）仪表的使用和供应情况 选用的仪表应是较为成熟的产品，经现场使用证明性能可靠的；同时要注意到选用的仪表应当是货源供应充沛，不会影响工程的施工进度。5.3温度仪表的选型5.31一般原则（1）单位及标度（刻度）温度
41、仪表的标度（刻度）单位，统一采用摄氏温度（）。（2）检出（测）元件插入长度 1）插入长度的选择应以检出（测）元件插至被测介质温度变化灵敏具有代表性的位置为原则。但在一般情况下，为了便于互换，往往整个装置统一选择一至二挡长度。 2）在烟道、炉膛及带绝热材料砌体设备上安装时，应按实际需要选用。（3）检出（测）元件保护套材质不应低于设备或管道材质。如定型产品保护套太薄或不耐腐蚀（如铠装热电偶），应另加保护套管。（4）安装在易燃易爆场所的就地带电接点的温度仪表、温度开关、温度检出（测）元件和变送器等，应选用防爆型。5.3.2集中温度仪表的选型（1）检出（测）元件 1）根据温度测量范围，选用相应分度号的
42、热电偶、热电阻或热敏电阻。 2）热电偶适用于一般场合。热电阻适用于无振动场合。热敏电阻适用于要求测量反应速度快的场合。 3）根据测量对象对响应速度的要求，可选用下列时间常数的检出（测）元件： 热电偶：600s、100s和20s三级； 热电阻：90180s、3090s、1030s和10s四级； 热敏电阻：1s。 4）根据使用环境条件，按下列原则选用接线盒： 普通式：条件较好的场所； 防溅式、防水式：潮湿或露天的场所； 隔爆式：易燃、易爆的场所； 插座式：仅适用于特殊场合。 5）一般情况可选用螺纹连接方式，对下列场合应选用法兰连接方式： 在设备、衬里管道和有色金属管道上安装； 结晶、结疤、堵塞和强
43、腐蚀性介质： 易燃、易爆和剧毒介质。 6）在特殊场合下使用的热电偶、热电阻： 温度高于870、氢含量大于5的还原性气体、惰性气体及真空场合，选用钨铼热电偶或吹气热电偶； 设备、管道外壁和转体表面温度，选用表面或铠装热电偶、热电阻； 含坚硬固体颗粒介质，选用耐磨热电偶； 在同一个检出（测）元件保护套管中，要求多点测温时，选用多点（支）热电偶； 为了节省特殊保护管材料（如钽），提高响应速度或要求检出（测）元件弯曲安装时，可选用铠装热电偶。（2）变送器 1）与接受标准信号显示仪表配套的测量或控制系统，选用变送器。 2）在满足设计要求的情况下，推荐选用测量和变送一体化的变送器。（3）显示仪表 1）单点
44、显示选用一般指示仪，多点显示宜选用数字式指示仪，要求查阅历史数据的，宜选用一般记录仪。 2）信号报警系统，宜选用带接点讯号输出的指示仪或记录仪。3）多点记录宜选用中型记录仪（如30点记录仪）。5.3.3附属设备的选型（1）当多点共用一台显示仪表时，应选用质量可靠的切换开关。（2）采用热电偶测量1600以下的温度，当冷端温度变化使测量系统不能满足精确度要求，而配套显示仪表又无冷端温度自动补偿功能时，应选用冷端温度自动补偿器。（3）补偿导线 1）根据热电偶的支数、分度号和使用环境条件，应选用符合要求的补偿导线或补偿电缆。 2）按使用环境温度选用不同级别补偿导线或补偿电缆：20100选用普通级； 40250选用耐热级。 3）有间断电加热或强电、磁场的场所，应选用屏蔽补偿导线或屏蔽补偿电缆。补偿导线的截面积，应按其敷设长度的往复电阻值，以及配套显示仪表、变送器或计算机接口允许输入外部
