畢業(yè)論文----乙烯裂解裝置自控系統(tǒng)的設計

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計</p><p>　　題目：乙烯裂解裝置自控系統(tǒng)的設計</p><p>　　專 業(yè)：計算機控制技術</p><p>　　班 級： 計控0821 </p><p>　　學 號： </p><p>　　姓 名： XXX

2、 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　時 間：二零一si年三月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在石油的化工生產過程生產中，裂解過程是一個重要的工藝生產環(huán)節(jié)，常常對裂解過程的自動控制的要求比較高。其目的是將混合物中各組分裂

3、解分離，達到規(guī)定的程度。裂解過程實質就是利用氣壓溫度等條件使原料裂解，從而實現分離的目的。因此選擇烯烴裂解塔單元作為工藝裝置來進行自控工程設計具有實際應用和代表意義。</p><p>　　近年來，智能儀表，在化工生產過程中的應用已經的比較成熟的技術，而DCS控制系統(tǒng)應用于化工生產過程控制的自動報警及連鎖保護系統(tǒng)是較新的技術，本設計試圖通過常規(guī)儀表與DCS控制系統(tǒng)結合的工程設計和新型智能化自動化裝置的應用，從而既能

4、掌握在哦懂控制工程設計的基礎程序和方法，又能對新型智能化自動化裝置在化工生產過程中的應用技術有一定的了解，從而得到一次解決實際工程技術問題的基本訓練。</p><p>　　由于原料中的二烯烴易產生結焦，因此應預先將其選擇性加氫轉化成烯烴。由于使用的催化劑壽命較短，因此通常選用有利于催化劑再生的FCC型反應器。最近報道了可采用通過與蒸汽共存延長催化劑壽命的固定床反應器的新工藝。目前自動化專業(yè)日新月異，信息技術在自動

5、控制中得到了充分的利用，智能儀表控制系統(tǒng)中集散控制系統(tǒng)（DCS）等控制系統(tǒng)已經成為如今工業(yè)生產過程不可缺少的一部分。為此我們決定用DCS控制系統(tǒng)來實現該項目的過程控制。</p><p>　　采用DCS控制系統(tǒng)，能夠降低烯烴在裂解過程中的損失，增加產量，降低裝置的能耗，使其處于最佳的工作狀態(tài)。</p><p>　　關鍵字：DCS ， 烯烴裂解裝置 ，組態(tài) ， 自動控制系統(tǒng)</p>

6、;<p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題來源</b></p><p>　　本設計是基于烯烴車間裂解工藝流程為對象而進行的。烯烴裂解技術是將較高級烯烴轉化為乙烯、丙烯等較低級烯烴的烯烴轉換技術。其工藝以烯烴的熱力學平衡為基礎，采用一種合適的催化劑（如改性的ZSM-5或其它類型的沸石），把C4和C5

7、等高碳烯烴轉換為低碳烯烴（主要為乙烯、丙烯和丁烯）。低碳烯烴具體組成與原料烯烴的碳數無關，由反應條件和催化劑決定。通常使用的原料為蒸汽裂解裝置的C4和C5餾分、FCC裝置的C4餾分和汽油中的C5餾分。石腦油經急冷水及裂解爐F101煙道氣預熱，注入稀釋蒸汽后，進入裂解爐裂解。來自裂解爐TLE的裂解氣經急冷后送至油冷塔T101進一步冷卻。裂解燃料油(PFO)和裂解柴油(PGO)從T101中抽出，汽油和較輕的組份作為塔頂氣體。急冷油循環(huán)實現裂

8、解氣中熱量的脫除回收，同時產生低壓蒸汽。水冷塔T103中冷凝的汽油作為T101的回流液。裂解燃料油被送到裂解燃料油汽提塔 T102，裂解柴油被送至T102的下部汽提段，以控制閃點。塔底的燃料油通過燃料油泵送入燃料油罐。T101頂的裂解氣，通過T103部分冷凝,塔頂裂解氣被送到下一工段。T103中冷凝的汽油，與循環(huán)急冷水和塔底冷凝的稀釋蒸</p><p>　　由于原料中的二烯烴易產生結焦，因此應預先將其選擇性加氫轉

9、化成烯烴。由于使用的催化劑壽命較短，因此通常選用有利于催化劑再生的FCC型反應器。最近報道了可采用通過與蒸汽共存延長催化劑壽命的固定床反應器的新工藝。目前自動化專業(yè)日新月異，信息技術在自動控制中得到了充分的利用，智能儀表控制系統(tǒng)中集散控制系統(tǒng)（DCS）等控制系統(tǒng)已經成為如今工業(yè)生產過程不可缺少的一部分。為此我們決定用DCS控制系統(tǒng)來實現該項目的過程控制。</p><p><b>　　1.2 選題依據&l

10、t;/b></p><p>　　低碳烯烴在石化工業(yè)中起著舉足輕重的作用。目前，其仍以高能耗、高二氧化二碳排放的熱裂解生產過程為主，熱裂解的強吸熱特性使其進一步發(fā)展的空間變小。 本論文以正己烷、環(huán)己烷、異辛烷和正癸烷為模型化合物，對高碳烷烴經氧化裂解過程制低碳烯烴進行了研究。側重對不同烷烴經氣相氧化裂解(GOC)制低碳烯烴并聯產一氧化碳過程及鉑基催化劑催化的正己烷臨氫氧化裂解催化過程進行了研究。論文的主要目的

11、是，通過將氧氣、氫氣(或合成氣)引入低碳烯烴生產過程，實現低碳烯烴生產的低能耗、低排放和高碳資源利用率；并試圖為共同加工天然氣和重質原料烴過程尋找結合點?！?lt;/p><p>　　對于國內遼陽石化所用乙烯原料，主要有石腦油、輕石腦油、芳烴抽余油，應遵循"易烯則烯，易芳則芳" 和"分儲分煉" 的原則，就是說，有利于兩烯收率的原料做裂解原料，有利于芳烴收率的原料做芳烴原料；對于不

12、同組成的裂解原料，要進行分開儲存、分開裂解。</p><p>　　石腦油是目前我公司最主要的乙烯裂解原料，裂解石腦油優(yōu)化的核心是選用烷烴含量高的餾分作乙烯原料，石腦油所含芳烴和環(huán)烷經脫氫反應可生成苯類產品，這部分烴類應考慮作為芳烴的原料。我們充分發(fā)揮煉油化工一體化的優(yōu)勢，實行原料和產品互供，以實現乙烯原料優(yōu)質化和整體效益最佳化。煉油廠550萬噸/年常減壓裝置投產以來，石腦油產量大幅度提高，在140萬噸/年重整裝置

13、尚未建成投產之前，重整石腦油處于過剩狀態(tài)，裂解裝置原料油目前供量不足，這樣就造成遼化內部石腦油物料處于不平衡狀態(tài)。550萬噸/年常減壓裝置原設計初、常頂及常一線石腦油出裝置是以三合流方式進石腦油罐區(qū)的，該公司把這部分過剩石腦油作為裂解原料，但這些石腦油并不適宜做裂解原料，根據對煉制俄油石腦油產品的質量分析，可將其中的初頂油作為裂解裝置的原料油，如果將其分儲分運，可增加裂解原料80t/h，把初頂油作為裂解料，常頂及常一線的餾分作為重整料，

14、實現宜烯則烯、宜芳則芳，又滿足乙烯擴能改造后裂解料的需求。 </p><p>　　不同原料烴的氣相氧化裂解實驗表明，與熱裂解相比，氣相氧化裂解在較低溫度下就具有很高的烷烴轉化率和高的烯烴收率；對難開環(huán)熱裂解的環(huán)烷烴仍具有優(yōu)良的裂解性能，所以適合加工富環(huán)烷烴的重烴組分。氣相氧化裂解是一個高碳資源利用率的生產過程，除低碳烯烴外，其產物中的產物主要為一氧化碳，而二氧化碳的選擇性低于1％。熱力學計算結果表明，氣相氧化裂解

15、過程可在自熱條件下進行，這將大大降低因燃料燃燒而向大氣排放出的二氧化碳量。由于產物中相當量一氧化碳的存在，氣相氧化裂解過程不適合生產純的低碳烯烴，更適合為諸如加氫甲酰化等同時需要一氧化碳和低碳烯烴的過程提供原料。 典型催化劑催化下的正己烷催化氧化裂解實驗表明，碳氧化合物的選擇性很難控制，且烷烴轉化率和烯烴選擇性與氣相氧化裂解相比不具競爭性。鉑基催化劑存在條件下，向原料中添加氫氣可大大降低產物中碳氧化合物的選擇性，進而提高烯烴選擇性。合成

16、氣可代替純氫作為氫源，這不但解決了氫源問題，而且還便于調節(jié)產物中氫氣、一氧化碳和烯烴的比例，為天然氣和重質原料的共同加工提供結合點。</p><p>　　1.3 DCS國內外發(fā)展情況</p><p>　　化學工業(yè)生產流程從儀表控制到數字控制，再到分布數字控制，發(fā)展到今天，DCS技術已十分成熟，但仍在不斷探索發(fā)展中。一方面DCS把數字處理技術向現場延伸，另一反面針對生產的調度管理和企業(yè)管理也

17、開發(fā)了相應的接口?？梢哉fDCS發(fā)展趨勢是將現場過程控制和信息處理技術緊密的結合。DCS產品是在不斷滿足用戶需求基礎上發(fā)展的，因此要不斷提升其功能、實時性、可靠性與安全性。DCS將數字處理技術向現場層（包括傳感器、變送器、執(zhí)行器等）延伸，現場儀表控制裝置的數字化與智能化是DCS發(fā)展的大趨勢。除了對現場的控制外，對上一層傳輸信息，實現控制與管理功能的集成也是DCS努力的方向，要保證傳輸信息的全面、準確而及時，為MES的發(fā)展奠定了基礎。從目前

18、的趨勢來看，DCS系統(tǒng)發(fā)展的很重要的一點就是系統(tǒng)的開放性。與DCS系統(tǒng)能夠相連的不僅僅是一些儀表，甚至還有可能包括電機、變頻器等電器產品。過程控制的發(fā)展方向即無論是輸配電管理，還是配電自動化，系統(tǒng)全程工藝的自動化最終將實現用一個控制系統(tǒng)，也就是DCS系統(tǒng)實現終端控制，這很需要過程控制系統(tǒng)的開放性，將DCS與現場總線，工業(yè)以太網、故障安全總線等系統(tǒng)相連，實現一個過程控制系</p><p>　　同時我們也應看到，DC

19、S系統(tǒng)發(fā)展也近30年，在火電廠的應用如此廣泛。它的設計思想、組態(tài)配置、功能匹配等已達十分完善的程度（當然，DCS也存在進一步發(fā)展的需求，例如高級軟件開發(fā)，以滿足信息集成的要求），已滲透到火電廠控制系統(tǒng)的各個領域，并且在FCS系統(tǒng)中也有些體現。從這個角度來看，DCS系統(tǒng)似乎不能說從此消亡。再則，從前面的章節(jié)敘述中已經談到，對那些FCS系統(tǒng)不能充分發(fā)揮其特點及優(yōu)越性的領域，DCS系統(tǒng)仍有用武之地。亞洲的DCS市場將繼續(xù)推動世界戰(zhàn)略問題向前發(fā)

20、展</p><p>　　中國、印度和其他東南亞新興的經濟發(fā)展中國家正在推動亞洲的經濟向著更大的高度發(fā)展，而亞洲經濟的發(fā)展則受到重新振興的日本市場的支持。</p><p>　　大量的需求、大規(guī)模的投資和不斷增加的影響力導致新一輪財富的創(chuàng)造，而亞洲正經歷著這樣的一個巨大轉變。由于制造工業(yè)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?，因此這個地區(qū)的分布式控制系統(tǒng)（DCS）市場正在茁壯地成長。</p>&l

21、t;p>　　低廉的勞務成本、易于獲得的技術人力資源和這個地區(qū)不同國家之間的經濟合作關系是促進其經濟發(fā)展的一些重要因素。中國呈現了一幅以投資促進發(fā)展的美麗圖景，而印度則是一個以需求促進經濟發(fā)展的國家。東南亞國家的興旺發(fā)達則依賴于中國和日本所提供的貿易和投資機會。亞洲市場DCS不斷增長的需求使該地區(qū)不但成為全球引人注目的市場，而且也使其成為地區(qū)性DCS供貨商的市場。</p><p>　　關于亞洲DCS市場的研究

22、對全系列的問題進行了鑒別和分析，其中包括亞洲DCS市場與眾不同的特點、市場的規(guī)模、市場的劃分、供貨商的市場份額和市場定位。它也探討了市場的主要推動力以及在亞洲DCS市場獲得成功所需要采用的適當戰(zhàn)略。</p><p>　　為了更好地了解亞洲的DCS市場，凡是想要增加他們市場份額的供貨商們需要開發(fā)和應用適當的戰(zhàn)略。亞洲DCS市場研究就是通過分析各種關鍵的問題，以提供必要的輸入數據，其中包括：主要自動化承包商的作用就是

23、為供貨商提供擴大和創(chuàng)業(yè)機會；亞洲是大型基層現場總線項目的展示場地；大型燃煤火力發(fā)電廠面臨著巨大的挑戰(zhàn)；老的工廠也存在著急速增長的翻新改造機會。</p><p>　　2 裂解裝置工藝要求與控制方案</p><p><b>　　2.1生產原理</b></p><p>　　原料烴在裂解過程中發(fā)生反應甚為復雜，一種烴可以平行地發(fā)生很多種反應（一次反應）

24、，又可以連串地發(fā)生許多后繼反應(二次反應),下面以輕柴油為例，來解釋裂解反應的機理。</p><p>　　2.2裂解工序工藝流程說明</p><p>　　本裝置共包括A、B、C、D、E、F六臺裂解爐，正常情況下，五臺爐裂解輕柴油或腦油，D爐或E爐裂解乙烷（乙烷+丙烷）。具體工況的改變可根據生產調度指令來調整，下面分三個系統(tǒng)簡述工藝流程：</p><p>　　2.2.

25、1.原料預熱與裂解</p><p>　　界區(qū)送來的輕柴油、石腦油分別進入輕柴油貯藏罐117—F/FA、石腦油貯罐118—F。輕柴油由123—J/JA增壓后經預過濾器、聚結器，除去焦物、水分進入換熱器135—C、136—C分別與裂解重柴油和中壓蒸汽換熱，使輕柴油溫度達到185℃；石腦油經124—J/JA增壓后進入換熱器133—C/CA與裂解重柴油換熱，使石腦油溫度達到107℃；來自分離崗位的乙烷（或含丙烷）進入換熱

26、器137—C、138—C與急冷水、中壓蒸汽換熱，使乙烷溫度達到177℃。</p><p>　　換熱后的物料在爐前分成相等的兩股物流（流量控制為：FRC—104、105；乙烷爐：FRC—1104，1105）進入裂解爐對流段的冷進料預熱盤管，在這組盤管中，石腦油約有70~85%汽化，輕柴油基本不汽化。冷進料預熱盤管中出來的物流配入一定比例的過熱水蒸氣（流量控制為FRC—108、109），這時物料完全汽化，進入熱進料預

27、熱盤管繼續(xù)預熱，乙烷分兩股（流量控制為FRC—106、107）在熱進料預熱盤管出口處注入到石腦油氣相物流管線中。從熱進料預熱盤管出來的混合原料起進入混合進料預熱盤管，做最后一步預熱，使輕柴油的溫度達到593℃，石腦油與乙烷的溫度達到607℃，完成原料預熱的全過程。</p><p>　　預熱后的原料氣由豬尾管均勻分配到72根爐管中，在高溫、短停留時間和低分壓的條件下迅速裂解，生成富含烯烴的高溫裂解氣。</p&

28、gt;<p>　　2.2.2.急冷系統(tǒng)</p><p>　　急冷系統(tǒng)的作用是回收利用高溫裂解氣的熱量，迅速終止裂解反應，給初分餾崗位提位較低溫度的裂解氣。高溫裂解氣從輻射管出口進入第一急冷器（PQE），與鍋爐給水換熱，裂解氣溫度由近880℃降到534℃以下，裂解反應終止，從裂解氣中回收熱量發(fā)生高壓蒸汽。從PQE出來的裂解氣進入第二急冷器（SQE）,繼續(xù)與鍋爐給水換熱，回收熱量，發(fā)生高壓蒸汽。SQE出

29、來的裂解氣（石腦油爐425℃，輕柴油爐427℃）噴入急冷油后，溫度降到212℃左右，送往初分餾崗位。</p><p>　　急冷器用的鍋爐給水來自112—L，經125—J/JT增壓到13.90MPa，（溫度132℃左右），送往鍋爐給水預熱盤管，經過盤管預熱后進入高壓汽包，再利用熱虹吸原理，經汽包降管充入PQE，SQE，循環(huán)產生高壓飽和蒸汽（10.50MPa），在高壓汽包內氣液分離后進入到高壓蒸汽過熱盤管過熱到512

30、℃，送人高壓蒸汽管網去壓縮崗位。</p><p>　　2.2.3.供熱系統(tǒng)</p><p>　　燃料氣從分離崗位來，進入138—F派去凝液，引到各爐的燃料氣燒嘴，提供熱量。開車期間燃料氣不足的時候可由加壓火炬氣或天然補充燃料。助燃空氣由鼓風機輸送，經低壓或次高壓蒸汽預熱器預熱到110℃（正常生產時次高壓蒸汽預熱器可以不啟用，當爐子達到最大投油量時，啟用次高壓蒸汽空氣預熱器，柴油爐的空氣預熱

31、溫度為282℃，石腦油爐空氣預熱溫度為204℃）。燃燒器產生的高溫煙氣對爐管輻射傳熱，提供裂解反應所需要的熱量，然后經對對流段的混合進料預熱盤管、高壓蒸汽、稀釋蒸汽、熱進料、冷進料、鍋爐給水等盤管冷卻到143℃左右，由引風機抽出排大氣。</p><p>　　2.3 主要工藝條件</p><p>　　2.3.1主要工藝控制指標</p><p><b>　　表

32、1</b></p><p>　　2.3.2正常投油時，對六段各盤管的設計溫度</p><p><b>　　表2</b></p><p>　　2.3.3停車連鎖的位號和報警值</p><p><b>　　表3</b></p><p>　　2.3.4連鎖動作時有關閥門

33、的狀態(tài)</p><p><b>　　表4</b></p><p>　　2.3.5原料油泵的自啟動值</p><p><b>　　表5</b></p><p>　　3 DCS控制系統(tǒng)設備選擇</p><p><b>　　3.1 儀表的選表</b><

34、/p><p>　　3.2 控制站I/O部件</p><p>　　過程控制和數據采集子系統(tǒng)配置方案</p><p>　　1．機籠（XP211）</p><p>　　用于安裝系統(tǒng)卡件與各類I/O卡件的載體。它的機械結構設計，符合硬件模塊化的總線結構要求，采用插拔卡件方便，容易擴散的帶導軌的機籠框架結構。同一控制站的各個機籠通過雙重化串行通信總線SBU

35、S-S2相連。I/O機籠可與主控制機籠放置在一個機柜中，也可放在不同機柜中。</p><p>　　2．電源（XP251）</p><p>　　系統(tǒng)的要求冗余配置。一般配置為：每個卡件機柜應配置5V和24V電源各一對。 </p><p>　　3．主控卡（XP243）</p><p>　　控制站的軟硬件核心，負責協調控制站內所有的軟硬件關系和各項

36、控制任務，如完成控制站中的I/O信號處理、控制計算、與上下網絡通信處理、冗余診斷等功能，采用雙微處理器結構，主CPU和從CPU；支持冗余和非冗余配置，榮譽方式為1：1熱備用。一塊主控卡最大可帶128塊I/O卡，是每個控制站必備卡件。</p><p>　　4．數據轉發(fā)卡（XP233）</p><p>　　負責主機和I/O卡件之間數據交換，是每個機籠的必備卡件，可對本機籠的供電狀況實行自檢，可

37、采集冷端溫度并檢測環(huán)境溫度；支持冗余結構，可單卡工作。</p><p><b>　　5 .I/O卡件</b></p><p>　　I/O卡件包括：電壓信號輸入卡（XP3141）；6路電流信號輸入卡（XP313（I））；4路模擬信號輸出卡（XP322）；熱電阻型號輸入卡（XP316）；晶體管開關量輸出卡（XP362）；干觸電開關量輸入卡(XP363)；I/O端子板（XP

38、520）；16路機械繼電器輸出端子板（XP562-GPR）；AC配電箱（XP256）等。</p><p><b>　　6.端子板</b></p><p>　　系統(tǒng)信號配線必須采用端子板轉接形式，端子板通過系統(tǒng)內部電纜與相關的I/O卡件相連接。</p><p><b>　　3.3 系統(tǒng)的配置</b></p>&

39、lt;p>　　1.通信接口卡（XP244）</p><p>　　通信接口單元的核心，是ScnetII網絡節(jié)點之一，解決了ECS-100系統(tǒng)與其他廠家測控系統(tǒng)和智能設備的互聯問題。可以通過軟件編程完成其他通信總線與ScnetII之間的物理層連接、通信協議的轉換、流量控制、信息緩沖等功能。</p><p><b>　　2. HUB</b></p>&l

40、t;p>　　中繼器或集線器，配置基本原則：在JX-300XP系統(tǒng)中，主控制站上必須采用架裝的方式固定兩個互為冗余的HUB。</p><p>　　3. SCnetII網卡（XP023）</p><p>　　操作站采用10Base T網卡，它既是Scnet II通訊網與上位操作站的通訊接口，又是SCnet II網的節(jié)點。</p><p>　　I/O卡件，端子板類型

41、及數量</p><p>　　為保證烯烴裝置DCS系統(tǒng)的安全可靠的運行，系統(tǒng)必須考慮各重要部件冗余要求，如下：</p><p>　?。?）CPU:1:1冗余配置。</p><p>　　（2）AO卡：1：1的冗余配置。</p><p>　　（3）通訊接口模件：榮譽配置。</p><p>　　根據以上分析，DCS烯烴具體配置

42、表如下：</p><p>　　電源分配柜包括：雙回路交流電源自動切換裝置、UPS、24VDC直流電源機電源分配開關等。</p><p>　?。?）220VAC雙回路電源自動切換裝置選用ASCO或施耐德的產品，配兩個施耐德空氣開關。</p><p>　?。?）UPS為單相輸入單相輸出，10KVA，在滿負荷情況下后備時間不小于30分鐘。</p><p

43、>　　(3)24VDC電源采用冗余配置，容量20A*2。</p><p>　　(4)電源分配開關包括：24DC 2A 10路;220vAC 1A 10路。</p><p>　　4 裂解裝置DCS系統(tǒng)的組態(tài)</p><p>　　4.1 烯烴裂解簡易流程圖</p><p>　　4.2 DCS系統(tǒng)組態(tài)</p><p>

44、;<b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1].李廣弟.過程控制系統(tǒng)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001 </p><p>　　[2].馬長芳.自動檢測與控制裝置[M].北京：科學出版社，2002 </p><p>　　[3].鮑宏亞.集散控制系統(tǒng) [M].北京：中國宇航出版社，2005</p><p&

45、gt;　　[4].杜江.蘭州石化烯烴車間生產控制[M].北京：清華大學出版社，2005</p><p>　　[5].陳煒鐘實，洪明，隋元.精選家用電子制作電路300例[M].北京：人民郵電出版社，1998 </p><p>　　[6].李全利，遲榮強.組態(tài)軟件控制技術[M].北京：北京高等教育出版社 2004 </p><p>　　[7].谷樹忠，閆勝利.Prote

46、l 2004實用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[8].劉建中，石化技術與應用[M].山東：化學工業(yè)出版社，2005</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在畢業(yè)論文撰寫的過程中，我得到了XX老師的悉心指導和諄諄教誨，受益匪淺，在這里我對xx老師表示衷心的感謝！</p>&l

47、t;p>　　同時，對于幾年來給與我關心和幫助的其他老師和同學表示感謝，是他們在我的成長過程中給予默默的支持和幫助，讓我學會了很多寶貴的文化財富、精神力量和科學知識。</p><p>　　在論文完成過程中非常感謝同組同學在完成畢業(yè)論文期間給予我的幫助與支持，和他們在一起我感到非常幸運和愉快，同時也希望在以后會有機會再次合作。</p><p>　　此外也對所用參考文獻的作者表示衷心的感謝