永坪煉油廠作為原油一次加工能力3．6×106t，二次加工能力1．4×106t的國(guó)有中型煉油廠，非常注重節(jié)能，注重水資源的反復(fù)利用。永坪煉油廠含硫污水汽提裝置由洛陽(yáng)設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)并制造，加工能力為60 t／h。汽提塔將上游裝置來(lái)的含硫污水通過(guò)單塔加壓側(cè)線抽出汽提后，側(cè)線抽出的富氨氣經(jīng)三級(jí)分 凝后得到的粗氨氣送到焚燒爐焚燒，也可配成氨水供其他裝置使用；塔頂酸性氣經(jīng)冷凝冷卻分液后送到焚燒爐焚燒；汽提后的凈化水供一常壓、二常壓裝置電脫鹽崗位回收利用。
1 三級(jí)冷凝在整個(gè)污水汽提塔中的作用
污水汽提塔，塔底用1．0 MPa蒸汽通過(guò)重沸器(E3401) 間接加熱汽提，側(cè)線氣由主汽提塔17、l9、21層塔盤(pán)抽出，經(jīng)過(guò)三級(jí)冷凝分凝后，得到濃度(cp)高于97％ 的粗氨氣送至焚燒爐焚燒后通過(guò)煙囪($3401)高空排放，也可配置成氨水供其 他裝置使用；一、二級(jí)分凝液經(jīng)一、二級(jí)分凝液冷卻器 (E3408A＼B)與循環(huán)水冷卻、E3413原料水冷卻后，與三級(jí)分凝液合并返回原料水罐(V3402A)；汽提塔底凈化水與原料水換熱后，經(jīng)過(guò)凈化水空氣冷卻器(E3412A＼B＼c)和凈化水 冷卻器(E3414、E3409A＼B)冷卻至40℃ ，進(jìn)入凈化水罐 (V3416)，經(jīng)凈化水泵(P3403A＼B)加壓，送至常壓蒸餾裝置電脫鹽系統(tǒng)回用；汽提塔頂酸性氣經(jīng)分液后送至焚燒爐焚燒，焚燒煙氣經(jīng)空氣匯兌降溫后，通過(guò)煙囪($3401)高空排放。
2 三級(jí)冷凝器原來(lái)的儀表情況及故障后果
V3412的溫度指示112—145℃，而工藝規(guī)定參數(shù)波動(dòng)120 — 140℃；V3413的溫度指示105～135℃ ，而T藝規(guī)定參數(shù)波 動(dòng)110～130℃ ；V3414的溫度指示90～125℃ ，而工藝規(guī)定參數(shù)波動(dòng)100～120℃。V3412、V3413、V3414只有機(jī)械壓力， 而機(jī)械壓力表取樣口氨結(jié)晶堵塞，沒(méi)有壓力指示。V3412、 V3413、V3414只有玻璃液位計(jì)，而玻璃板液位計(jì)取樣口氨結(jié)晶堵塞，沒(méi)有液位指示。
三級(jí)冷凝器系統(tǒng)僅僅只有溫度能提供確切的參數(shù)，而壓力、液位就沒(méi)有確切的數(shù)據(jù)給操作工提供參考，操作工在這樣的狀態(tài)下只能手動(dòng)操作，很容易出現(xiàn)失誤。如果三級(jí)冷凝器溫度高、壓力高很過(guò)了工藝指標(biāo)上限，那么大量水汽進(jìn)入到焚燒爐，一是浪費(fèi)瓦斯燃料氣，二是浪費(fèi)水資源，三是對(duì)焚燒爐等 后續(xù)設(shè)備造成腐蝕等不良后果。如果三級(jí)冷凝器溫度低、壓力低很過(guò)了工藝指標(biāo)下限，那么大量氨氣、HS2 又溶解到水里， 經(jīng)原料水罐(V3402A)重新進(jìn)入到汽提塔，起不到汽提凈化的效果，并且溫度低，氨容易結(jié)晶，嚴(yán)重時(shí)氨的結(jié)晶物能堵塞管線。原來(lái)精制車(chē)間采用的辦法是每個(gè)季度都要進(jìn)行側(cè)線氣蒸汽吹掃，而裝置吹掃氣體中含有毒氣體氨和氮化合物，容易使人中毒。創(chuàng)建三級(jí)冷凝器自動(dòng)控制系統(tǒng)能解決生產(chǎn)安全隱患， 延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，還能起到節(jié)能減排的作用。
3 控制回路方案確定
3．1 冷凝水出裝置控制回路
V3412、V3413、V3414冷凝水出裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我們針對(duì)冷凝水出裝置設(shè)計(jì)了液位控制回路和流量控制回路，再用排除法，確定較佳控制回路。一是液位控制：液位高，調(diào)節(jié)閥開(kāi)大；液位低，調(diào)節(jié)閥關(guān)小。二是流量控制：流量小，調(diào)節(jié)閥開(kāi)大；流量大，調(diào)節(jié)閥關(guān)小。
如果V3412液位高，冷凝水出裝置流量大；如果采用流量控制，流量大應(yīng)該關(guān)小調(diào)節(jié)閥，而調(diào)節(jié)閥關(guān)小就會(huì)讓V3412的 液位繼續(xù)升高；這時(shí)就只能手動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，不能實(shí)現(xiàn)冷凝水出裝置自動(dòng)控制。因此針對(duì)冷凝水出裝置，我們排除流量控制，采用液位控制。
3．2 氨氣出裝置控制回路
V3412、V3413、V3414氨氣出裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 我們針對(duì)氨氣出裝置設(shè)計(jì)了液位控制回路和流量控制回路，再用排除法，確定較佳控制回路。一是流量控制：流量小，調(diào)節(jié)閥開(kāi)大；流量大，調(diào)節(jié)閥關(guān)小。二是壓力控制：壓力高，調(diào)節(jié)閥開(kāi)大；壓力低，調(diào)節(jié)閥關(guān)小。
如果V3412壓力高，氨氣出裝置流量大；如果采用流量控制，流量大應(yīng)該關(guān)小調(diào)節(jié)閥，而調(diào)節(jié)閥關(guān)小就會(huì)讓V3412的壓力繼續(xù)升高；這時(shí)就只能手動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，不能實(shí)現(xiàn)氨氣出裝置自動(dòng)控制。因此針對(duì)氨氣出裝置，我們排除流量控制，采用液位控制。
三級(jí)冷凝器自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1。
4 建立自動(dòng)控制系統(tǒng)
4．1 建立液位顯示
我們采用雙法蘭液位變送器，它有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一是接觸面寬，不容易結(jié)晶；二是合金的法蘭面抗腐蝕能力強(qiáng)。
我們?cè)诓ＡЧ芤何挥?jì)使用過(guò)程中測(cè)量了取樣短節(jié)閘閥后端 的溫度是60℃，而氨在此溫度已經(jīng)開(kāi)始結(jié)晶。因此我們?cè)诎惭b雙法蘭時(shí)沒(méi)有采用容器一短節(jié)法蘭球閥一平面雙法蘭液位變送器的安裝方法，而是采用深入式雙法蘭，雙法蘭與短節(jié)之間沒(méi)有接球閥，雙法蘭長(zhǎng)度為150mm，而短節(jié)的長(zhǎng)度為100 mm， 測(cè)量面深入到容器內(nèi)部 。
更換為雙法蘭液位變送器后需要需要重新計(jì)算零位、量程。雙法蘭液位變送器是通過(guò)測(cè)量液位產(chǎn)生的壓強(qiáng)，通過(guò)公式 h=P／ρg計(jì)算出液位高度h。雙法蘭安裝后，產(chǎn)生的靜壓差 一29．6 kPa，兩個(gè)取壓點(diǎn)海拔高度差2．8 m，當(dāng)堿液升到上取壓 口時(shí)，我們?cè)O(shè)定此時(shí)液位為100％ ，此時(shí)雙法蘭變送器正壓測(cè) 量的值為較大；當(dāng)堿液降到下取壓口時(shí)，設(shè)定為液位0％ ，此 時(shí)雙法蘭變送器正壓測(cè)量的值為較小；然后將計(jì)算好的值輸入到變送器內(nèi) 。
計(jì)算公式如下：
Pl00％ =p堿液×h×g+P靜壓差
=1．1×2．8×9．8+(一29．6)
= 30．2—29．6
=0．6(kPa)
P0％ =P汽油×h×g+P靜壓差
=0．72×2．8×9．8+(一29．6)
=19．8—29．6
=一9．8(kPa)
4．2 建立流量顯示
我們流量變送器引壓線原來(lái)是從管線引到地面的儀表箱內(nèi)，在儀表想內(nèi)安裝變送器，為防止結(jié)晶增加蒸汽伴熱管線。 雖然有蒸汽伴熱管線但是還是有少量結(jié)晶，使用大概2個(gè)月后，結(jié)晶物慢慢向下累積到引壓線根部，堵塞引壓線。因此我 們改變引壓線的走向，使得引壓線上行，去掉儀表箱，將變送器附在DN50的管線上，而管線的溫度約有110℃ ，等于伴熱 管線從DN14增加到DN50，這使得儀表引壓線的溫度在90℃ 以上，氨不會(huì)結(jié)晶，即使有少量結(jié)晶，也會(huì)下行到DN50的主管線內(nèi)，不會(huì)堵塞引壓線。
4．3 建立壓力顯示
原來(lái)壓力變送器的DN10引壓線為水平安裝，使用大概 4個(gè)月后，結(jié)晶物慢慢累積到變送器測(cè)量面，經(jīng)過(guò)測(cè)量，變送 器測(cè)量部分只有60℃ 。受到液位測(cè)量系統(tǒng)的啟發(fā)，我們決定 采用規(guī)格為DN50的深入式單法蘭壓力變送器，將變送器的測(cè)量面深入到冷凝器內(nèi)。首先巨大的冷凝器溫度較少有l(wèi)10℃ ， 這使得儀表的測(cè)量面的溫度在90℃ 以上，減少了結(jié)晶物的產(chǎn) 生；其次測(cè)量面從原來(lái)的DN10增大到DN50，即使有少量結(jié)晶物，也不會(huì)影響整個(gè)測(cè)量面；較后，冷凝器內(nèi)有冷凝水沖刷測(cè)量面，能消除結(jié)晶物。
4．4 選擇調(diào)節(jié)閥
HVPS系列單座調(diào)節(jié)閥是CV3000系列產(chǎn)品之一。HVPS系 列單座調(diào)節(jié)閥閥芯采用上導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，閥結(jié)構(gòu)緊湊，有呈S流線 性的通道，流量大、壓降損失小、可調(diào)范圍廣，流量特性精度高。更重要的是：?jiǎn)巫y的單座與閥體之間形成凸字形與凹字形；這樣，即使閥體內(nèi)有結(jié)垢也不會(huì)使閥卡死。因此，我們采用單座閥 。
4．5 創(chuàng)建液位一冷凝水出裝置控制回路
我們?cè)赩3412、V3413、V3414冷凝水出裝置設(shè)一調(diào)節(jié)閻， 并且分別用它們各自的液位來(lái)控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。
PID參數(shù)確定：
我們先在純比例作用下，將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間Ti 放到較 大，微分時(shí)間Td置零，逐步減少比例度σ，直至系統(tǒng)出現(xiàn)等幅震蕩為止，記下此時(shí)比例度和震蕩周期，分別稱(chēng)為臨界比例度 σk和臨界震蕩周期Tk (如表1)，σk 和Tk就是調(diào)節(jié)器整定的依 據(jù)調(diào)試 ，以V3412為例，進(jìn)行P1D參數(shù)調(diào)試(如表2)。
4．6 創(chuàng)建壓力一氨氣出裝置控制回路
我們?cè)赩3412、V3413、V3414氨氣出裝置設(shè)一調(diào)節(jié)閥，并 且分別用它們各自的壓力來(lái)控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。
PID參數(shù)確定：
我們計(jì)算比例度和積分時(shí)間，計(jì)算PID參數(shù)(如表1)，并 且(V3412為例)對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)試(如表3)。
5 三級(jí)冷凝器自動(dòng)控制系統(tǒng)改造后的結(jié)論
三級(jí)冷凝器的測(cè)量?jī)x表通過(guò)技術(shù)改造，液位采用雙法蘭變送器，壓力采用深人式單法蘭變送器，流量采用自伴熱式，使 得各參數(shù)克服堿結(jié)晶、腐蝕等惡劣狀況，顯示正常；創(chuàng)建了液 位一冷凝水出裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)；壓力一氨氣出裝置自動(dòng)控制 系統(tǒng)，并對(duì)控制PID參數(shù)進(jìn)行計(jì)算調(diào)試。自2010年6月實(shí)施 后，到現(xiàn)在運(yùn)行良好。
