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（供稿：江蘇分析儀器  王新軍     固定流化床FCC試驗(yàn)裝置詳情請?jiān)? ）

*章　設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

2.1設(shè)計(jì)依據(jù)

本設(shè)計(jì)是根據(jù)海南省  xx大學(xué)XX學(xué)院提供的試驗(yàn)裝置技術(shù)指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，提出的正式設(shè)計(jì)方案。

2.2裝置性質(zhì)

本裝置是用來評價(jià)催化裂化催化劑性能，以高水平的自動(dòng)化和多通道的反應(yīng)模式來提高研究開發(fā)催化劑新產(chǎn)品的效率，同時(shí)能高質(zhì)量地滿足工業(yè)試驗(yàn)以及催化劑市場服務(wù)的更高要求。

反應(yīng)裝置催化劑裝量為150-250克，反應(yīng)溫度為350-670℃，再生溫度為600-720℃，劑油比為1.5-10，重時(shí)空速為1-30，反應(yīng)壓力為常壓，原料油為汽油、柴油、蠟油、摻渣油等。

裝置反應(yīng)系統(tǒng)都可以自動(dòng)進(jìn)行催化裂化反應(yīng)、汽提、吹掃、催化劑再生及產(chǎn)品收集，進(jìn)而進(jìn)行物料平衡計(jì)算。

整套裝置關(guān)鍵設(shè)備材質(zhì)采用316SS不銹鋼，反應(yīng)器采用耐高溫的0520SS不銹鋼（性能優(yōu)于316SSS不銹鋼），其他采用321SS不銹鋼。裝置采用計(jì)算機(jī)實(shí)行自控、監(jiān)控操作，裝置儀表控制系統(tǒng)采用DCS集散控制系統(tǒng)，主要機(jī)泵、儀表及管閥件均采用進(jìn)口品牌產(chǎn)品。

裝置要求達(dá)到以下主要目標(biāo)：

2 能夠高度自動(dòng)化地完成準(zhǔn)備、吹掃、反應(yīng)、汽提、再生等五個(gè)工藝階段的操作

3 能在線完成催化劑的再生全過程

4 能分別自動(dòng)收集重組份油和輕組份油

5 裂化氣收集計(jì)量，滿足真空操作條件要求

6 配置計(jì)算機(jī)失效CFR自動(dòng)連鎖保護(hù)邏輯，達(dá)到無人值守的要求

7 所有溫度控制點(diǎn)均配有獨(dú)立于計(jì)算機(jī)之外的TSS超溫報(bào)警，自動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)

8 尾氣氣量和水蒸汽量自動(dòng)計(jì)量

9 能進(jìn)行物料衡算

10 自動(dòng)控制采用高可靠性DCS系統(tǒng)，保證控制精度和操作平穩(wěn)

第二章 工藝流程概述

工藝流程控制圖詳見附圖：固定流化床FCC試驗(yàn)裝置PID流程圖。

整個(gè)裝置分五個(gè)階段操作：準(zhǔn)備階段、吹掃階段、反應(yīng)階段、汽提階段和再生階段。

準(zhǔn)備階段主要操作是將裝置系統(tǒng)復(fù)位到初始狀態(tài)，裂化氣收集氣袋抽真空，氮?dú)獯祾?，預(yù)熱器和反應(yīng)器升溫，原料油罐和其進(jìn)料管線升溫，轉(zhuǎn)換爐和初產(chǎn)品接收器升溫等。

吹掃階段主要操作是氮?dú)獯祾哳A(yù)熱器和反應(yīng)器，原料油打循環(huán)等。

反應(yīng)階段主要操作是控制原料油和水蒸氣進(jìn)反應(yīng)器，調(diào)節(jié)流化氮?dú)饬浚涗浽嫌椭亓亢蜌獗淼某跏贾档取?/span>

汽提階段主要操作是調(diào)節(jié)氮?dú)夂退魵庵疗崃魉伲涗浽嫌椭亓亢蜌獗淼慕Y(jié)束值等。

再生階段主要操作是反應(yīng)器升溫，調(diào)節(jié)空氣至再生流速等。

2.1準(zhǔn)備2.2階段

首先，裝好一定量的催化劑，原料是臘油或摻渣油時(shí)，原油罐V-51，進(jìn)料計(jì)量泵P-51及氣管線都升至一定的溫度，其他溫度控制點(diǎn)都切換至手動(dòng)，輸出為零；所有泵都關(guān)閉；所有質(zhì)量流量計(jì)輸出為零；進(jìn)油流路通過三通閥HV-51三通閥打至回流循環(huán)狀態(tài)，進(jìn)油泵P-51泵量輸出為零；通過三通閥HV-81將反應(yīng)器及產(chǎn)品收集器切至大氣。然后，啟動(dòng)P-81真空泵將裂解氣收集氣袋抽真空，連續(xù)三分鐘后停泵。按一定的進(jìn)氣速率控制氮?dú)赓|(zhì)量流量計(jì)FT/FV-31通氮?dú)?。啟?dòng)水泵P-41，控制進(jìn)水泵量。設(shè)定預(yù)熱爐FRN-121、反應(yīng)爐FRN-101的目標(biāo)值，切換至自動(dòng)控制狀態(tài)。原料為重油時(shí)，還需要將原料罐溫控回路TIC-51、泵頭溫控回路TIC-52、進(jìn)油管線溫控回路TIC-53切換至自動(dòng)控制狀態(tài)升溫。等待反應(yīng)器下端的溫度穩(wěn)定。

2.3吹掃階段

啟動(dòng)進(jìn)油泵P-51，通過HV-51閥將原料油打循環(huán)，用氮?dú)獯祾哳A(yù)熱器R-121和反應(yīng)器R-101一定的時(shí)間，并等待反應(yīng)爐各段穩(wěn)定達(dá)到設(shè)定目標(biāo)值。 

2.4反應(yīng)階段

設(shè)置進(jìn)油泵P-51的進(jìn)油速率SC-51，自動(dòng)記錄電子天平WT-51的平均讀數(shù)。調(diào)節(jié)流化氮?dú)饬?，通入反?yīng)器。自動(dòng)記錄尾氣表WTM-81的讀數(shù)，通過HV-81三通閥將裂解氣通入氣袋。通過HV-41和HV-51三通閥將水蒸氣和原料油打入反應(yīng)器。等待反應(yīng)結(jié)束時(shí)間，再將原料油切換至循環(huán)狀態(tài)。 

2.5汽提階段

將質(zhì)量流量計(jì)FT/FV-31設(shè)置到相應(yīng)的流化進(jìn)氣量。設(shè)置進(jìn)水泵P-41泵量至汽提蒸汽量，等待汽提結(jié)束。自動(dòng)記錄電子天平WT-51的平均讀數(shù)，減去原先記錄的讀數(shù)，自動(dòng)計(jì)算出進(jìn)油量，之后調(diào)節(jié)進(jìn)油泵量為零、停泵；自動(dòng)記錄尾氣表WTM-81的讀數(shù)，同樣減去原先記錄的讀數(shù)，自動(dòng)計(jì)算出產(chǎn)氣量（體積）。將HV-81三通閥打至放空，保持氣袋的氣量不變。調(diào)節(jié)進(jìn)水泵量為零、停水泵。

2.6再生階段

按恒定的升溫速率將反應(yīng)器至再生溫度。等待反應(yīng)器溫度穩(wěn)定以后，將FT/FV-21質(zhì)量流量計(jì)調(diào)至再生氣量。待再生結(jié)束后，通過HV-81三通閥將再生氣通入氣袋，送進(jìn)一步分析。

第三章　主要設(shè)備設(shè)計(jì)

3.1 主要設(shè)備設(shè)計(jì)

本裝置所有設(shè)備一覽表的設(shè)計(jì)描述詳見“附表1  設(shè)備匯總表”和“附表2  器件匯總表”。裝置設(shè)備組裝圖詳見“裝置布局圖”章節(jié)內(nèi)容。下面對一些主要設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)描述如下：

1、反應(yīng)器R-101 

R-101為固定流化床反應(yīng)器，上部98mm×220mm×4 mm,下部為錐體長320mm，錐形底。有1/4"進(jìn)油管和1/8"測溫套管插入考近底部，上側(cè)部有1/4"加劑口，出口配有3/8"管線，并加裝陶瓷過濾器，法郎連接。

2、反應(yīng)爐FRN-101 

FRN-101為三段桶式反應(yīng)爐，*段爐瓦長200 mm，第二、三段爐瓦長均為150 mm，溫度控制誤差小于±1.0℃，反應(yīng)爐總長為800mm，功率5KW。配有三個(gè)獨(dú)立于計(jì)算機(jī)之外的TSS安全保護(hù)邏輯作為超溫保護(hù)。

3、預(yù)熱器R-121

60mm×300mm，裝不銹鋼填料。

4、預(yù)熱爐FRN-121 

FRN-121為單段管式反應(yīng)爐，爐瓦長300 mm，溫度控制誤差小于±1℃，反應(yīng)爐總長為400mm。配有獨(dú)立于計(jì)算機(jī)之外的TSS安全保護(hù)邏輯作為超溫保護(hù)。

5、真空泵P-81

真空度450mmHg，流量100NL/min，zui大入口溫度70℃，220VAC,50 HZ。

附表1 設(shè)備匯總表

附表2 器件匯總表

第四章　技術(shù)指標(biāo)要求

1、催化劑裝填量：150 – 300 g

2、流  量： 

原料油：10 – 120 g 

水 量：0 – 40 ml / min

氮 氣：0 – 8 NL / min

再生空氣：0 – 8 NL / min

3、壓 力：

反應(yīng)壓力：常壓 

汽提壓力：常壓

再生壓力：常壓 – 2 Kg / cm2

吹掃壓力：常壓

4、溫  度：

原料罐及管線：zui大70℃ ±1℃

反應(yīng)溫度：350 – 670℃ ±0.5℃

再生溫度：600 – 720℃ ±1℃

一級冷卻溫度：120℃

二級冷卻溫度：60℃

三級冷卻溫度：30℃

5、容  積：

原料油罐：5L

水    罐：10L

重組份接收罐：1L

輕組份接收罐：3L

6、物料平衡：100 ± 2%

7、循環(huán)時(shí)間：

催化裂化反應(yīng)時(shí)間：20 – 600 秒 ± 0.1秒

汽提時(shí)間：20 – 50 分鐘

再生時(shí)間：5 – 30 分鐘

吹掃時(shí)間：1 – 10 分鐘

再生冷卻到再次反應(yīng)時(shí)間：大于60 分鐘

5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1控制系統(tǒng)概述

采用的控制系統(tǒng)是美國OPTO公司的DCS控制系統(tǒng)，其控制硬件支持現(xiàn)場信號與邏輯之間、通道與通道之間4000V光電隔離，I/O硬件模塊全部采用陶瓷封裝，可靠性高?，F(xiàn)場一次儀表采用進(jìn)口的測量、控制精度高的品牌產(chǎn)品。主機(jī)采用DELL計(jì)算機(jī)，并配19”液晶顯示器和激光打印機(jī)。

主要一次儀表采用進(jìn)口品牌配置：質(zhì)量流量計(jì)采用BROOKS，調(diào)節(jié)閥采用BADGER，精密計(jì)量泵采用SSI，壓力傳感器采用SAILSOR，電子天平采用SARITORIUS，固態(tài)繼電器采用OPTO。

本套裝置共有檢、測控點(diǎn)253個(gè)，其中 106個(gè)檢測點(diǎn)，147 個(gè)控制點(diǎn)，包括：

溫度檢測點(diǎn)：21個(gè)

壓力檢測點(diǎn)：1個(gè)

流量檢測點(diǎn)：2個(gè)

電子天平檢測點(diǎn)：1個(gè)

脈沖計(jì)數(shù)點(diǎn)：1 個(gè)

電源檢測點(diǎn)：1 個(gè)

溫度控制回路：17 個(gè) 

TSS溫度保護(hù)控制回路：6個(gè)

流量控制點(diǎn)：2 個(gè)

泵啟?？刂疲? 個(gè)

泵流量計(jì)控制點(diǎn)：1 個(gè)

兩通電磁閥控制點(diǎn)：4 個(gè)

計(jì)算機(jī)失效（CFR）控制： 1個(gè)

總報(bào)警（ALM）控制：1 個(gè)

總電源控制：1 個(gè)

在設(shè)計(jì)控制點(diǎn)、檢測點(diǎn)時(shí)還在上述基礎(chǔ)上留有5 ％余量，具體描述參見本章附表：裝置控制點(diǎn)、檢測點(diǎn)數(shù)據(jù)表。

5.2軟件配置組態(tài)

采用美國INLUTION的DMACS-FIX 7.0或 iFIX 3.5標(biāo)準(zhǔn)軟件包，實(shí)際上是增加了軟件的可靠性，符合同類裝置的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)操作培訓(xùn)也較為簡便。它功能齊全，適用于各類試驗(yàn)裝置過程控制，目前國內(nèi)引進(jìn)的小型試驗(yàn)裝置配置的軟件都是DMACS-FIX標(biāo)準(zhǔn)軟件包。計(jì)算機(jī)操作畫面包括：總目錄畫面，報(bào)警畫面，流程控制畫面，壓力、液位控制畫面，溫度、壓力、液位PID調(diào)節(jié)畫面，數(shù)字量總覽畫面，模擬量總覽畫面，聯(lián)鎖控制畫面，實(shí)時(shí)曲線畫面，歷史曲線畫面，門限設(shè)置畫面等。能很好實(shí)現(xiàn)：

   ·過程監(jiān)視控制。

    ·數(shù)據(jù)的采集、處理、分析。

    ·報(bào)表提供周期工況記錄、指令記錄、報(bào)警記錄，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

     ·CRT實(shí)時(shí)顯示：工藝流程及工藝參數(shù)及反應(yīng)器床層的軸向溫度分布。

    ·歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和歷史趨勢顯示。

    ·當(dāng)溫度或壓力超過預(yù)定上限，及時(shí)發(fā)生聲光報(bào)警信號。

        ·用戶能編制和修改多段自動(dòng)升溫程序、開車程序、停車程序、緊急關(guān)斷程序。

        ·用戶可方便設(shè)置和修改設(shè)定和修改工藝參數(shù)及報(bào)警限。

5.3聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)*采用國外設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)系統(tǒng)有多達(dá)五級的安全保護(hù)設(shè)計(jì)和配置，*達(dá)到引進(jìn)水平。

由于系統(tǒng)在高溫，以及易燃易爆氣體條件下工作，其安全可靠性要求*。自控系統(tǒng)采用上通行的多重嚴(yán)格安全控制邏輯：反應(yīng)爐的每一個(gè)溫控點(diǎn)都配有獨(dú)立于計(jì)算機(jī)之外的TSS安全溫度保護(hù)，確保系統(tǒng)超溫情況下的自動(dòng)關(guān)斷；IBX不間斷地接受來自計(jì)算機(jī)的心跳脈沖，如果由于任何原因?qū)е掠?jì)算機(jī)故障而心跳停止，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)計(jì)算機(jī)失效信號（CFR）自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)邏輯；當(dāng)溫度或壓力達(dá)到高高限（HiHi）時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)發(fā)出指令，自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)保護(hù)邏輯；主要?dú)怏w進(jìn)料模塊和每一個(gè)反應(yīng)單元都配有安全泄壓閥，以防系統(tǒng)超壓；精密進(jìn)料泵配有安全泄壓閥，以防泵憋壓損壞；對工藝過程動(dòng)態(tài)監(jiān)視，在相關(guān)工藝參數(shù)達(dá)到低限（Lo）或高限（Hi）時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生聲光報(bào)警，提醒操作員提前處理。

6 裝置工藝自控特點(diǎn)

北京拓川石化技術(shù)公司承建本裝置的總目標(biāo)是要為石化研究院煉所按引進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)和水平設(shè)計(jì)建造一套具有*的、自動(dòng)控制水平高的多通道固定流化床FCC試驗(yàn)裝置。

（1）工藝裝置部分，（2）IBX控制箱柜部分，（3）控制軟件部分按國外引進(jìn)標(biāo)（4）準(zhǔn)和水平設(shè)計(jì)建造，（5）確保整個(gè)系統(tǒng)的高質(zhì)量、次。

（6）所有關(guān)鍵設(shè)備（7）器件采用國外品牌產(chǎn)品，（8）詳細(xì)內(nèi)容參見“主要設(shè)備（9）設(shè)計(jì)”章節(jié)的“表1 設(shè)備（10）匯總表”和“表2 器件匯總表”。

（11）確保器件數(shù)量符合標(biāo)（12）準(zhǔn)規(guī)范的P&ID工藝流程圖，而（13）不（14）簡化流程，（15）這些是決定系統(tǒng)價(jià)格的主要因素。詳細(xì)內(nèi)容參見 “附圖　固定流化床FCC試驗(yàn)裝置PID流程圖”。

（16）系統(tǒng)緊急關(guān)斷時(shí)，（17）自動(dòng)切（18）斷各進(jìn)料氣體，（19）并自動(dòng)啟動(dòng)氮?dú)獯祾咧脫Q管路和反應(yīng)系統(tǒng)。

（20）自動(dòng)控制采用美國OPTO公司的DCS 集散控制系統(tǒng)，（21）確保系統(tǒng)的可靠性、控制精度和易操作性。

（22）按照設(shè)計(jì)標(biāo)（23）準(zhǔn)，（24）預(yù)熱爐和反應(yīng)爐的各個(gè)溫控點(diǎn)都配有獨(dú)立于計(jì)算機(jī)之外的TSS安全溫度保護(hù)，（25）確保系統(tǒng)超溫情況下的自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)。

（26）IBX配有心跳脈沖邏輯，（27）由于任何原因?qū)е掠?jì)算機(jī)故障而（28）心跳停止，（29）系統(tǒng)會(huì)根據(jù)計(jì)算機(jī)失效信號（CFR）自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)邏輯，（30）確保裝置達(dá)到無人值守之要求。

（31）提供尾氣流量在線自動(dòng)計(jì)量功能。 

（32）采用美國INLUTION公司的 IFIX 3.5標(biāo)（33）準(zhǔn)軟件包，（34）并達(dá)到引進(jìn)裝置系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)水平。

7 公用工程及接口

1、各種氣源

采用1/4”管線。

2、儀表風(fēng)系統(tǒng)

裝置連接的儀表風(fēng)接口為1/4”管線。

3、冷卻水（自來水）

廠房總水管采用1”管線，與裝置各冷卻設(shè)備（水冷）接口為3/8”管線。

4、尾氣

裝置排出的尾氣接口為3/8”管線。

5、緊急放空

廠房緊急放空總匯管采用3/8”管線。

6、總電源

裝置主體需要配置電源10KW（四芯，三相，220VAC），其它設(shè)備需要6KW，包括：通風(fēng)等。裝置要求穩(wěn)壓電源和不間斷電源（UPS）保護(hù)。

7、接地

裝置要求規(guī)范接地，要求埋入大地至少1米，其電阻小于4歐姆。

8 裝置布局

裝置本體面積為3.0平方米（1.0M × 3.0M），實(shí)際使用操作面積不少于15平方米（3.0M × 5.0M），另需考慮鋼瓶等所占空間。

9 安全保護(hù)

反應(yīng)產(chǎn)物裂解氣屬易燃易爆氣體，廠房和試裝置需要在防爆、通風(fēng)安全保護(hù)等方面有嚴(yán)格要求。

1、通風(fēng)

裝置所在的廠房，按一般性要求大約每小時(shí)換氣6次。

2、監(jiān)測

需配置便攜移動(dòng)式可燃?xì)怏w報(bào)警器。

3、緊急放空

緊急放空用3/8”管子，并配有5L留液罐，緊急放空時(shí)，常帶有液體。

4、TSS溫控保護(hù)

所有的電加熱溫度控制點(diǎn)，都采用TSS安全保護(hù)措施。

5、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用CFR連鎖安全保護(hù)措施。