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

*章　設(shè)計基礎(chǔ)

2.1設(shè)計依據(jù)

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

2.2裝置性質(zhì)

本裝置是用來評價催化裂化催化劑性能,，以高水平的自動化和多通道的反應(yīng)模式來提高研究開發(fā)催化劑新產(chǎn)品的效率,，同時能高質(zhì)量地滿足工業(yè)試驗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)都可以自動進行催化裂化反應(yīng),、汽提,、吹掃、催化劑再生及產(chǎn)品收集,，進而進行物料平衡計算,。

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,。裝置采用計算機實行自控、監(jiān)控操作,，裝置儀表控制系統(tǒng)采用DCS集散控制系統(tǒng),，主要機泵、儀表及管閥件均采用進口品牌產(chǎn)品,。

裝置要求達(dá)到以下主要目標(biāo)：

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

3 能在線完成催化劑的再生全過程

4 能分別自動收集重組份油和輕組份油

5 裂化氣收集計量，滿足真空操作條件要求

6 配置計算機失效CFR自動連鎖保護邏輯,，達(dá)到無人值守的要求

7 所有溫度控制點均配有獨立于計算機之外的TSS超溫報警,，自動聯(lián)鎖保護

8 尾氣氣量和水蒸汽量自動計量

9 能進行物料衡算

10 自動控制采用高可靠性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試驗裝置PID流程圖,。

整個裝置分五個階段操作：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,，氮氣吹掃,，預(yù)熱器和反應(yīng)器升溫，原料油罐和其進料管線升溫,，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氣吹掃預(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反應(yīng)器,，調(diào)節(jié)流化氮氣量，記錄原料油重量和氣表的初始值等,。

汽提階段主要操作是調(diào)節(jié)氮氣和水蒸氣至汽提流速,，記錄原料油重量和氣表的結(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,，原油罐V-51，進料計量泵P-51及氣管線都升至一定的溫度,，其他溫度控制點都切換至手動,，輸出為零；所有泵都關(guān)閉,；所有質(zhì)量流量計輸出為零,；進油流路通過三通閥HV-51三通閥打至回流循環(huán)狀態(tài)，進油泵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。按一定的進氣速率控制氮氣質(zhì)量流量計FT/FV-31通氮氣,。啟動水泵P-41，控制進水泵量,。設(shè)定預(yù)熱爐FRN-121,、反應(yīng)爐FRN-101的目標(biāo)值，切換至自動控制狀態(tài),。原料為重油時，還需要將原料罐溫控回路TIC-51,、泵頭溫控回路TIC-52,、進油管線溫控回路TIC-53切換至自動控制狀態(tài)升溫,。等待反應(yīng)器下端的溫度穩(wěn)定,。

2.3吹掃階段

啟動進油泵P-51，通過HV-51閥將原料油打循環(huán),，用氮氣吹掃預(yù)熱器R-121和反應(yīng)器R-101一定的時間,，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)置進油泵P-51的進油速率SC-51,，自動記錄電子天平WT-51的平均讀數(shù),。調(diào)節(jié)流化氮氣量,，通入反應(yīng)器。自動記錄尾氣表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FT/FV-31設(shè)置到相應(yīng)的流化進氣量。設(shè)置進水泵P-41泵量至汽提蒸汽量,，等待汽提結(jié)束,。自動記錄電子天平WT-51的平均讀數(shù)，減去原先記錄的讀數(shù),，自動計算出進油量,，之后調(diào)節(jié)進油泵量為零、停泵,；自動記錄尾氣表WTM-81的讀數(shù),，同樣減去原先記錄的讀數(shù)，自動計算出產(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,，送進一步分析,。

第三章　主要設(shè)備設(shè)計

3.1 主要設(shè)備設(shè)計

本裝置所有設(shè)備一覽表的設(shè)計描述詳見“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,。配有三個獨立于計算機之外的TSS安全保護邏輯作為超溫保護。

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,。配有獨立于計算機之外的TSS安全保護邏輯作為超溫保護。

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)時間：

催化裂化反應(yīng)時間：20 – 600 秒 ± 0.1秒

汽提時間：20 – 50 分鐘

再生時間：5 – 30 分鐘

吹掃時間：1 – 10 分鐘

再生冷卻到再次反應(yīng)時間：大于60 分鐘

5 控制系統(tǒng)設(shè)計

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。現(xiàn)場一次儀表采用進口的測量,、控制精度高的品牌產(chǎn)品,。主機采用DELL計算機，并配19”液晶顯示器和激光打印機,。

主要一次儀表采用進口品牌配置：質(zhì)量流量計采用BROOKS,，調(diào)節(jié)閥采用BADGER，精密計量泵采用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253個，其中 106個檢測點,，147 個控制點,，包括：

溫度檢測點：21個

壓力檢測點：1個

流量檢測點：2個

電子天平檢測點：1個

脈沖計數(shù)點：1 個

電源檢測點：1 個

溫度控制回路：17 個 

TSS溫度保護控制回路：6個

流量控制點：2 個

泵啟停控制：1 個

泵流量計控制點：1 個

兩通電磁閥控制點：4 個

計算機失效（CFR）控制： 1個

總報警（ALM）控制：1 個

總電源控制：1 個

在設(shè)計控制點,、檢測點時還在上述基礎(chǔ)上留有5 ％余量,，具體描述參見本章附表：裝置控制點、檢測點數(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),，同時操作培訓(xùn)也較為簡便,。它功能齊全，適用于各類試驗裝置過程控制,，目前國內(nèi)引進的小型試驗裝置配置的軟件都是DMACS-FIX標(biāo)準(zhǔn)軟件包,。計算機操作畫面包括：總目錄畫面,，報警畫面，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，實時曲線畫面,，歷史曲線畫面,，門限設(shè)置畫面等。能很好實現(xiàn)：

   ·過程監(jiān)視控制,。

    ·數(shù)據(jù)的采集,、處理、分析,。

    ·報表提供周期工況記錄,、指令記錄、報警記錄,，實現(xiàn)自動化,。

     ·CRT實時顯示：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)的存儲和歷史趨勢顯示,。

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

        ·用戶能編制和修改多段自動升溫程序,、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)及報警限,。

5.3聯(lián)鎖保護系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)*采用國外設(shè)計和制造標(biāo)準(zhǔn)，整個系統(tǒng)有多達(dá)五級的安全保護設(shè)計和配置,，*達(dá)到引進水平,。

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)爐的每一個溫控點都配有獨立于計算機之外的TSS安全溫度保護，確保系統(tǒng)超溫情況下的自動關(guān)斷,；IBX不間斷地接受來自計算機的心跳脈沖,，如果由于任何原因?qū)е掠嬎銠C故障而心跳停止,，系統(tǒng)會根據(jù)計算機失效信號（CFR）自動啟動保護邏輯；當(dāng)溫度或壓力達(dá)到高高限（HiHi）時,，計算機會發(fā)出指令,，自動啟動相關(guān)保護邏輯；主要氣體進料模塊和每一個反應(yīng)單元都配有安全泄壓閥,，以防系統(tǒng)超壓；精密進料泵配有安全泄壓閥,，以防泵憋壓損壞,；對工藝過程動態(tài)監(jiān)視，在相關(guān)工藝參數(shù)達(dá)到低限（Lo）或高限（Hi）時,，系統(tǒng)產(chǎn)生聲光報警,，提醒操作員提前處理。

6 裝置工藝自控特點

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標(biāo)準(zhǔn)和水平設(shè)計建造一套具有*的,、自動控制水平高的多通道固定流化床FCC試驗裝置,。

（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標(biāo)（4）準(zhǔn)和水平設(shè)計建造,，（5）確保整個系統(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”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)價格的主要因素。詳細(xì)內(nèi)容參見 “附圖　固定流化床FCC試驗裝置PID流程圖”,。

（16）系統(tǒng)緊急關(guān)斷時,，（17）自動切（18）斷各進料氣體，（19）并自動啟動氮氣吹掃置換管路和反應(yīng)系統(tǒng),。

（20）自動控制采用美國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)計標(biāo)（23）準(zhǔn),，（24）預(yù)熱爐和反應(yīng)爐的各個溫控點都配有獨立于計算機之外的TSS安全溫度保護，（25）確保系統(tǒng)超溫情況下的自動關(guān)斷保護,。

（26）IBX配有心跳脈沖邏輯,，（27）由于任何原因?qū)е掠嬎銠C故障而（28）心跳停止，（29）系統(tǒng)會根據(jù)計算機失效信號（CFR）自動啟動保護邏輯,，（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計量功能,。 

（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,。

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

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換氣6次,。

2、監(jiān)測

需配置便攜移動式可燃?xì)怏w報警器,。

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,，常帶有液體,。

4、TSS溫控保護

所有的電加熱溫度控制點,，都采用TSS安全保護措施,。

5、計算機系統(tǒng)

計算機系統(tǒng)采用CFR連鎖安全保護措施,。