（供稿：江苏分析仪器  王新军     固定流化床FCC试验装置详情请询  ）

*章　设计基础

2.1设计依据

本设计是根据海南省  xx大学XX学院提供的试验装置技术指标要求的基础上，提出的正式设计方案。

2.2装置性质

本装置是用来评价催化裂化催化剂性能，以高水平的自动化和多通道的反应模式来提高研究开发催化剂新产品的效率，同时能高质量地满足工业试验以及催化剂市场服务的更高要求。

反应装置催化剂装量为150-250克，反应温度为350-670℃，再生温度为600-720℃，剂油比为1.5-10，重时空速为1-30，反应压力为常压，原料油为汽油、柴油、蜡油、掺渣油等。

装置反应系统都可以自动进行催化裂化反应、汽提、吹扫、催化剂再生及产品收集，进而进行物料平衡计算。

整套装置关键设备材质采用316SS不锈钢，反应器采用耐高温的0520SS不锈钢（性能优于316SSS不锈钢），其他采用321SS不锈钢。装置采用计算机实行自控、监控操作，装置仪表控制系统采用DCS集散控制系统，主要机泵、仪表及管阀件均采用进口品牌产品。

装置要求达到以下主要目标：

2 能够高度自动化地完成准备、吹扫、反应、汽提、再生等五个工艺阶段的操作

3 能在线完成催化剂的再生全过程

4 能分别自动收集重组份油和轻组份油

5 裂化气收集计量，满足真空操作条件要求

6 配置计算机失效CFR自动连锁保护逻辑，达到无人值守的要求

7 所有温度控制点均配有独立于计算机之外的TSS超温报警，自动联锁保护

8 尾气气量和水蒸汽量自动计量

9 能进行物料衡算

10 自动控制采用高可靠性DCS系统，保证控制精度和操作平稳

第二章 工艺流程概述

工艺流程控制图详见附图：固定流化床FCC试验装置PID流程图。

整个装置分五个阶段操作：准备阶段、吹扫阶段、反应阶段、汽提阶段和再生阶段。

准备阶段主要操作是将装置系统复位到初始状态，裂化气收集气袋抽真空，氮气吹扫，预热器和反应器升温，原料油罐和其进料管线升温，转换炉和初产品接收器升温等。

吹扫阶段主要操作是氮气吹扫预热器和反应器，原料油打循环等。

反应阶段主要操作是控制原料油和水蒸气进反应器，调节流化氮气量，记录原料油重量和气表的初始值等。

汽提阶段主要操作是调节氮气和水蒸气至汽提流速，记录原料油重量和气表的结束值等。

再生阶段主要操作是反应器升温，调节空气至再生流速等。

2.1准备2.2阶段

首先，装好一定量的催化剂，原料是腊油或掺渣油时，原油罐V-51，进料计量泵P-51及气管线都升至一定的温度，其他温度控制点都切换至手动，输出为零；所有泵都关闭；所有质量流量计输出为零；进油流路通过三通阀HV-51三通阀打至回流循环状态，进油泵P-51泵量输出为零；通过三通阀HV-81将反应器及产品收集器切至大气。然后，启动P-81真空泵将裂解气收集气袋抽真空，连续三分钟后停泵。按一定的进气速率控制氮气质量流量计FT/FV-31通氮气。启动水泵P-41，控制进水泵量。设定预热炉FRN-121、反应炉FRN-101的目标值，切换至自动控制状态。原料为重油时，还需要将原料罐温控回路TIC-51、泵头温控回路TIC-52、进油管线温控回路TIC-53切换至自动控制状态升温。等待反应器下端的温度稳定。

2.3吹扫阶段

启动进油泵P-51，通过HV-51阀将原料油打循环，用氮气吹扫预热器R-121和反应器R-101一定的时间，并等待反应炉各段稳定达到设定目标值。 

2.4反应阶段

设置进油泵P-51的进油速率SC-51，自动记录电子天平WT-51的平均读数。调节流化氮气量，通入反应器。自动记录尾气表WTM-81的读数，通过HV-81三通阀将裂解气通入气袋。通过HV-41和HV-51三通阀将水蒸气和原料油打入反应器。等待反应结束时间，再将原料油切换至循环状态。 

2.5汽提阶段

将质量流量计FT/FV-31设置到相应的流化进气量。设置进水泵P-41泵量至汽提蒸汽量，等待汽提结束。自动记录电子天平WT-51的平均读数，减去原先记录的读数，自动计算出进油量，之后调节进油泵量为零、停泵；自动记录尾气表WTM-81的读数，同样减去原先记录的读数，自动计算出产气量（体积）。将HV-81三通阀打至放空，保持气袋的气量不变。调节进水泵量为零、停水泵。

2.6再生阶段

按恒定的升温速率将反应器至再生温度。等待反应器温度稳定以后，将FT/FV-21质量流量计调至再生气量。待再生结束后，通过HV-81三通阀将再生气通入气袋，送进一步分析。

第三章　主要设备设计

3.1 主要设备设计

本装置所有设备一览表的设计描述详见“附表1  设备汇总表”和“附表2  器件汇总表”。装置设备组装图详见“装置布局图”章节内容。下面对一些主要设备结构设计描述如下：

1、反应器R-101 

R-101为固定流化床反应器，上部98mm×220mm×4 mm,下部为锥体长320mm，锥形底。有1/4"进油管和1/8"测温套管插入考近底部，上侧部有1/4"加剂口，出口配有3/8"管线，并加装陶瓷过滤器，法郎连接。

2、反应炉FRN-101 

FRN-101为三段桶式反应炉，*段炉瓦长200 mm，第二、三段炉瓦长均为150 mm，温度控制误差小于±1.0℃，反应炉总长为800mm，功率5KW。配有三个独立于计算机之外的TSS安全保护逻辑作为超温保护。

3、预热器R-121

60mm×300mm，装不锈钢填料。

4、预热炉FRN-121 

FRN-121为单段管式反应炉，炉瓦长300 mm，温度控制误差小于±1℃，反应炉总长为400mm。配有独立于计算机之外的TSS安全保护逻辑作为超温保护。

5、真空泵P-81

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

附表1 设备汇总表

附表2 器件汇总表

第四章　技术指标要求

1、催化剂装填量：150 – 300 g

2、流  量： 

原料油：10 – 120 g 

水 量：0 – 40 ml / min

氮 气：0 – 8 NL / min

再生空气：0 – 8 NL / min

3、压 力：

反应压力：常压 

汽提压力：常压

再生压力：常压 – 2 Kg / cm2

吹扫压力：常压

4、温  度：

原料罐及管线：zui大70℃ ±1℃

反应温度：350 – 670℃ ±0.5℃

再生温度：600 – 720℃ ±1℃

一级冷却温度：120℃

二级冷却温度：60℃

三级冷却温度：30℃

5、容  积：

原料油罐：5L

水    罐：10L

重组份接收罐：1L

轻组份接收罐：3L

6、物料平衡：100 ± 2%

7、循环时间：

催化裂化反应时间：20 – 600 秒 ± 0.1秒

汽提时间：20 – 50 分钟

再生时间：5 – 30 分钟

吹扫时间：1 – 10 分钟

再生冷却到再次反应时间：大于60 分钟

5 控制系统设计

5.1控制系统概述

采用的控制系统是美国OPTO公司的DCS控制系统，其控制硬件支持现场信号与逻辑之间、通道与通道之间4000V光电隔离，I/O硬件模块全部采用陶瓷封装，可靠性高。现场一次仪表采用进口的测量、控制精度高的品牌产品。主机采用DELL计算机，并配19”液晶显示器和激光打印机。

主要一次仪表采用进口品牌配置：质量流量计采用BROOKS，调节阀采用BADGER，精密计量泵采用SSI，压力传感器采用SAILSOR，电子天平采用SARITORIUS，固态继电器采用OPTO。

本套装置共有检、测控点253个，其中 106个检测点，147 个控制点，包括：

温度检测点：21个

压力检测点：1个

流量检测点：2个

电子天平检测点：1个

脉冲计数点：1 个

电源检测点：1 个

温度控制回路：17 个 

TSS温度保护控制回路：6个

流量控制点：2 个

泵启停控制：1 个

泵流量计控制点：1 个

两通电磁阀控制点：4 个

计算机失效（CFR）控制： 1个

总报警（ALM）控制：1 个

总电源控制：1 个

在设计控制点、检测点时还在上述基础上留有5 ％余量，具体描述参见本章附表：装置控制点、检测点数据表。

5.2软件配置组态

采用美国INLUTION的DMACS-FIX 7.0或 iFIX 3.5标准软件包，实际上是增加了软件的可靠性，符合同类装置的标准，同时操作培训也较为简便。它功能齐全，适用于各类试验装置过程控制，目前国内引进的小型试验装置配置的软件都是DMACS-FIX标准软件包。计算机操作画面包括：总目录画面，报警画面，流程控制画面，压力、液位控制画面，温度、压力、液位PID调节画面，数字量总览画面，模拟量总览画面，联锁控制画面，实时曲线画面，历史曲线画面，门限设置画面等。能很好实现：

   ·过程监视控制。

    ·数据的采集、处理、分析。

    ·报表提供周期工况记录、指令记录、报警记录，实现自动化。

     ·CRT实时显示：工艺流程及工艺参数及反应器床层的轴向温度分布。

    ·历史数据的存储和历史趋势显示。

    ·当温度或压力超过预定上限，及时发生声光报警信号。

        ·用户能编制和修改多段自动升温程序、开车程序、停车程序、紧急关断程序。

        ·用户可方便设置和修改设定和修改工艺参数及报警限。

5.3联锁保护系统

自动控制系统*采用国外设计和制造标准，整个系统有多达五级的安全保护设计和配置，*达到引进水平。

由于系统在高温，以及易燃易爆气体条件下工作，其安全可靠性要求*。自控系统采用上通行的多重严格安全控制逻辑：反应炉的每一个温控点都配有独立于计算机之外的TSS安全温度保护，确保系统超温情况下的自动关断；IBX不间断地接受来自计算机的心跳脉冲，如果由于任何原因导致计算机故障而心跳停止，系统会根据计算机失效信号（CFR）自动启动保护逻辑；当温度或压力达到高高限（HiHi）时，计算机会发出指令，自动启动相关保护逻辑；主要气体进料模块和每一个反应单元都配有安全泄压阀，以防系统超压；精密进料泵配有安全泄压阀，以防泵憋压损坏；对工艺过程动态监视，在相关工艺参数达到低限（Lo）或高限（Hi）时，系统产生声光报警，提醒操作员提前处理。

6 装置工艺自控特点

北京拓川石化技术公司承建本装置的总目标是要为石化研究院炼所按引进标准和水平设计建造一套具有*的、自动控制水平高的多通道固定流化床FCC试验装置。

（1）工艺装置部分，（2）IBX控制箱柜部分，（3）控制软件部分按国外引进标（4）准和水平设计建造，（5）确保整个系统的高质量、次。

（6）所有关键设备（7）器件采用国外品牌产品，（8）详细内容参见“主要设备（9）设计”章节的“表1 设备（10）汇总表”和“表2 器件汇总表”。

（11）确保器件数量符合标（12）准规范的P&ID工艺流程图，而（13）不（14）简化流程，（15）这些是决定系统价格的主要因素。详细内容参见 “附图　固定流化床FCC试验装置PID流程图”。

（16）系统紧急关断时，（17）自动切（18）断各进料气体，（19）并自动启动氮气吹扫置换管路和反应系统。

（20）自动控制采用美国OPTO公司的DCS 集散控制系统，（21）确保系统的可靠性、控制精度和易操作性。

（22）按照设计标（23）准，（24）预热炉和反应炉的各个温控点都配有独立于计算机之外的TSS安全温度保护，（25）确保系统超温情况下的自动关断保护。

（26）IBX配有心跳脉冲逻辑，（27）由于任何原因导致计算机故障而（28）心跳停止，（29）系统会根据计算机失效信号（CFR）自动启动保护逻辑，（30）确保装置达到无人值守之要求。

（31）提供尾气流量在线自动计量功能。 

（32）采用美国INLUTION公司的 IFIX 3.5标（33）准软件包，（34）并达到引进装置系统应用软件开发水平。

7 公用工程及接口

1、各种气源

采用1/4”管线。

2、仪表风系统

装置连接的仪表风接口为1/4”管线。

3、冷却水（自来水）

厂房总水管采用1”管线，与装置各冷却设备（水冷）接口为3/8”管线。

4、尾气

装置排出的尾气接口为3/8”管线。

5、紧急放空

厂房紧急放空总汇管采用3/8”管线。

6、总电源

装置主体需要配置电源10KW（四芯，三相，220VAC），其它设备需要6KW，包括：通风等。装置要求稳压电源和不间断电源（UPS）保护。

7、接地

装置要求规范接地，要求埋入大地至少1米，其电阻小于4欧姆。

8 装置布局

装置本体面积为3.0平方米（1.0M × 3.0M），实际使用操作面积不少于15平方米（3.0M × 5.0M），另需考虑钢瓶等所占空间。

9 安全保护

反应产物裂解气属易燃易爆气体，厂房和试装置需要在防爆、通风安全保护等方面有严格要求。

1、通风

装置所在的厂房，按一般性要求大约每小时换气6次。

2、监测

需配置便携移动式可燃气体报警器。

3、紧急放空

紧急放空用3/8”管子，并配有5L留液罐，紧急放空时，常带有液体。

4、TSS温控保护

所有的电加热温度控制点，都采用TSS安全保护措施。

5、计算机系统

计算机系统采用CFR连锁安全保护措施。