一种延迟焦化过程顺序控制仿真系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石化、炼油、工控等技术领域，具体涉及一种石化炼油厂延迟焦化过程 流程顺序控制仿真系统及方法。
【背景技术】
[0002] 延迟焦化是一类深度热裂化的热加工过程，它利用热的作用，使渣油等原料热裂 解进而达到加工目的的一种工艺方法。
[0003] 请见图1，目前典型的延迟焦化工艺流程采用一炉两塔（一个加热炉，两个焦炭 塔）配置，其核心装置包括焦化反应单元和主分馏塔单元。加热炉的主要作用是把原料油 加热到焦化反应所需温度，使原料油有足够的热量在焦炭塔里进行裂化反应。焦炭塔是原 料油发生焦化反应的地方，反应生成物为油气和焦炭。油气进入主分馏塔内分离，焦炭累积 在焦炭塔内。主分馏塔的任务主要是把焦炭塔塔顶来的高温反应油气按沸点范围分割成各 种产品，总体分为重质油和轻质油两大类。除了图1所示的核心设备外，延迟焦化流程还包 括大量的外部管道设备、连接管道和塔炉的若干气动阀和电动阀以及各类温度、压力、料位 和流量传感器。
[0004] 请见图2,为中石化某炼油厂所采用的延迟焦化工艺流程图。延迟焦化的生产流程 如下：原料油换热后进入分馏塔下部，与来自焦炭塔的高温油气（430~440°C )换热，一方 面加热原料油，将原料油中的轻质油蒸发出来，同时又将过热的焦化油气降至可进行分馏 的温度；原料油和循环油一起从分馏塔的塔底抽出，送至加热炉加热到500°C左右，然后经 过四通阀进入焦炭塔底部；热的原料油在焦炭塔内进行裂解、缩合等反应，最后生成热油气 和焦炭；焦炭聚集在焦炭塔内，反应油气自焦炭塔顶部逸出，进入分馏塔，分割得到焦化气、 汽油、柴油、蜡油和循环油。
[0005] 焦化是一种连续生产过程，而焦炭塔的除焦过程只能采用间歇操作模式，故采用2 个焦炭塔轮换工作来保证焦化反应的连续性。2个塔的周期性轮换需要多工序配合，通过操 作大量的现场阀门来实现。延迟焦化一个生产周期内的工序按时间轴划分为20个步序，以 中石化某炼油厂为例，其延迟焦化流程的工艺步序如图3所示。当A塔执行赶空气、试压、 油气预热、换塔等步序时，B塔执行生焦过程。以此类推，A塔和B交替执行生焦操作，循环 往复，一个周期持续时间大约为20~24小时。
[0006] 请见图3,焦炭塔需要频繁进行间歇操作，且每个步序又包含多个子步序。若采用 传统的人工操作，劳动强度大，操作人员误操作极易引发重大事故。顺序控制可以较好解决 焦炭塔的间歇操作问题，且通过严格的联锁保护能进一步确保步序切换的安全性。
[0007] 可见，焦化工艺流程的现场控制阀门多，还依据操作要求采用气动和电动两种操 作方式，且阀门分布在空间位置的不同层，为焦化工艺的操作控制带来了难度。
[0008] 为了便于优化操作流程，使操作人员熟悉控制步序，发挥应有的各项功能，急需为 延迟焦化间歇顺序控制提供仿真培训系统及方法。
【发明内容】
[0009] 为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种石化炼油厂延迟焦化过程流程顺序 控制仿真系统及方法。
[0010] 本发明的系统所采用的技术方案是：一种延迟焦化过程顺序控制仿真系统，应用 于一炉两塔的延迟焦化装置中，所述的一炉两塔为一个加热炉和两个焦炭塔A、B ;其特征 在于：包括通信控制子系统、流程顺序控制子系统、中控内操子系统、现场外操子系统；
[0011] 所述的通信控制子系统包括现场外操子系统的〇PC Server模块、中控内操子系统 的OPC Client模块，OPC Server模块提供现场模拟数据来源，OPC Client模块则接收0PC Server模块提供的现场模拟数据；
[0012] 所述的流程顺序控制子系统包括A塔生焦控制模块、A塔小吹汽控制模块、A塔大 吹汽控制模块、A塔给水控制模块、A塔放水控制模块、A塔除焦操作控制模块、A塔赶空气 控制模块、A塔试压控制模块、A塔泄压控制模块、A塔油气预热控制模块、A塔换塔控制模 块、B塔生焦控制模块、B塔小吹汽控制模块、B塔大吹汽控制模块、B塔给水控制模块、B塔 放水控制模块、B塔除焦操作控制模块、B塔赶空气控制模块、B塔试压控制模块、B塔泄压 控制模块、B塔油气预热控制模块、B塔换塔控制模块；所述的流程顺序控制子系统根据步 序执行条件执行动作；所述的步序执行条件主要包括阀门开关回讯、开度回讯、塔顶塔壁温 度、塔内压力、给汽给水流量，所述的执行动作主要有阀门允开、允关、操作提示、启动计时、 内外操确认提示；
[0013] 所述的中控内操子系统包括步骤选择模块、流程显示模块、参数设置模块、阀门强 制控制模块、顺控投入与解除模块、用户登录模块和系统退出模块；所述的步骤选择模块用 于起始步骤选择以及运行时长设置和各个工艺步骤运行计时；所述的流程显示模块用于显 示各阀门状态及其开度值、以及各模拟量值，管道模拟实际物质流通状态，有物质流通时为 绿色，否则为黑色；阀门则模拟实际阀门开关状态，当阀门全开时为绿色，全关时为红色，处 于中间位时则为蓝色；当各个子步序条件满足时，条框背景显示为绿色，否则为红色，当每 步流程完成时，内操确认按钮背景颜色开始闪烁，即可点击进行确认并进入下一个流程步 骤；所述的参数设置模块用于修改设置每个步序中预定的模拟量参数；所述的阀门强制控 制模块用于阀门在没有允开信号但需要开阀操作时，强制给出允开信号，以及阀门在没有 允关信号时但需要关阀操作时，强制给出允关信号；所述的顺控投入与解除模块用于投用 顺控系统工艺程序和解除顺控系统工艺程序；所述的用户登录模块用于登录不同级别权 限；所述的系统退出模块用于退出整个仿真运行系统；
[0014] 所述的现场外操子系统用于仿真焦炭塔顺序控制系统的顺序控制功能并实现现 场操作仿真，包括模拟量操作控制模块、阀门操作控制模块；所述的模拟量操作控制模块用 于模拟现场温度、压力、料位、液位参数实际值模拟，以及给水给汽控制调节阀流量控制模 拟；所述的阀门操作控制模块用于模拟现场操作中实际阀门控制，又包括指示灯子模块、阀 门开关子模块和现场操作子模块；所述的指示灯子模块用于显示绿灯和红灯的开关状态， 当绿灯/红灯常亮分别表示阀门处于开/关状态，当绿灯/红灯闪烁表示阀门处于允开/ 允关状态；所述的阀门开关子模块用于完全模拟阀门开关的过程；当阀门没有开到位，允 开信号给出时，此时绿色指示灯闪烁，发出阀门开命令后，阀门自动"开"，阀门开度模拟开 阀过程，当阀门开到位后，允开信号自动清除，开回讯绿色指示灯常亮；当阀门没有关到位， 允关信号给出时，此时红色指示灯闪烁，发出阀门关命令后，阀门自动"关"，阀门开度模拟 关阀过程，当阀门关到位后，允关信号自动清除，关回讯红色指示灯常亮；所述的现场操作 子模块用于模拟现场的操作旋钮，设置开、关、停三个位置，开关操作仅在允开允关信号给 出时有效，开到位时允开信号给出无效，关到位时允关信号给出无效；
[0015] 通信控制子系统是实现中控内操子系统与现场外操子系统数据通信的纽带，流程 顺序控制子系统是延迟焦化顺序控制的核心，是中控内操子系统与现场外操子系统协调工 作的思想基础，中控内操子系统与现场外操子系统则是实现流程顺序控制这一思想的物质 基础。
[0016] 作为优选，所述的OPC Server模块提供的现场模拟数据包括阀门状态数据、塔温 数据、塔压数据、塔料位数据、吹汽及给水流量数据。
[0017] 本发明的方法所采用的技术方案是：一种延迟焦化过程顺序控制仿真的方法，其 特征在于，包括以下步骤：
[0018] 步骤1 :配置通信控制子系统，第一计算机用于中控室内操站仿真，设置计算机 名、登陆用户名、登陆密码和IP地址；第二计算机用于现场外操子系统仿真，设置计算机 名、登陆用户名、登陆密码和IP地址，需要确保两台计算机IP地址属于同一个网段内，并且 两台计算机用户名相同、密码相同；
[0019] 步骤2 :先启动第二计算机上的现场外操子系统，系统自行运行0PC服务程序，然 后启动第一计算机上的中控内操子系统，系统自行运行0PC客户端程序；
[0020] 步骤3 :首先利用中控内操子系统的用户登录模块登录系统获取相应操作权限， 其次利用中控内操子系统的顺控投入模块即可投入顺控并进入所选择的顺控步骤，最终 利用中控内操子系统的流程显示模块进行模拟现场阀门状态监视以及各步序内操结束确 认；
[0021] 步骤4 :根据延迟焦化顺控工艺流程，若需强制开关阀，在获取相应权限后在阀门 强制模块即可进行阀门强制操作。
[0022] 作为优选，步骤3中所述的步序根据延迟焦化工艺流程以及流程顺序控制子系统 的控制要求，采用C语言编写脚本程序，主函数采用定时循环扫描方式执行，每个步序的控 制功能函数则根据延迟焦化流程的当前步序调用；当全局脚本扫描执行用户程序时，首先 判断流程顺序控制子系统是否投入顺控，否则执行顺控解除处理功能；在顺控投入情况下， 函数主体部分按照20个工艺步序进行步进控制，程序判断流程顺序控制子系统当前所处 步序；若当前步序为Step = = k(l < k〈20)，控制程序则处理顺控在第k步序所要处理的 阀门开关量操作以及温度压力模拟量条件判别；当处理完当前步序所有操作而且满足步进 条件，经中控内操子系统和现场外操子系统确认后控制程序步进到第k+1步；若当前步序 为20,步进之后则循环到第1步，至此仿真控制系统模拟完成了一个大循环。
[0023] 作为优选，所述的每个步序又包括多个子步序。
[0024] 作为优选，在进行所述的仿真系统操作时采用仿真系统指令与操作员指令相互印 证确认的方式进行，即仿真系统指令不直接操作模拟阀门，只发出允许操作信号，只有当操 作员通过模拟阀门的旋钮开关发出操作确认信号时被控模拟阀门才真正运转；反之，若被 控模拟阀门的允许操作信号不满足，操作人员即使误操作模拟阀门旋钮开关，模拟阀门也 不误动作。
[0025] 本发明实现了炼油厂实际延迟焦化过程流程顺序控制仿真，有效解决了延迟焦化 实际过程无法模拟进行和顺序控制工艺流程无法模拟核验等现实问题。
【附图说明】
[0026] 图1 :本发明【背景技术】的延迟焦化工艺流程图；
[0027] 图2 :本发明【背景技术】的延迟焦化焦炭塔及阀门机构图；
[0028] 图3 :本发明【背景技术】的"两塔一炉"延迟焦化过程间歇操作步序图；
[0029] 图4 :本发明实施例的仿真系统总体构架图；
[0030] 图5 :本发明实施例的流程顺序控制子系统工作流程图；
[0031] 图6 :本发明实施例的子步序流程图；
[0032] 图7 :本发明实施例的阀门本身安全联锁示意图；
[0033] 图8 :本发明实施例的阀门间安全联锁示意图。
【具体实施方式】
[0034] 为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发 明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0035] 请见图4,本发明提供的一种延迟焦化过程顺序控制仿真系统，应用于一炉两塔的 延迟焦化装置中，一炉两塔为一个加热炉和两个焦炭塔A、B ;包括通信控制子系统、流程顺 序控制子系统、中控内操子系统、现场外操子系统；
[0036] 通信控制子系统包括现场外操子系统的OPC Server模块、中控内操子系统的0PC Client模块，OPC Server模块提供现场模拟数据来源，OPC Client模块则接收OPC Server 模块提供的现场模拟数据；OPC Server模块提供的现场模拟数据包括阀门状态数据、塔温 数据、塔压数据、塔料位数据、吹汽及给水流量数据。
[0037] 流程顺序控制子系统包括A塔生焦控制模块、A塔小吹汽控制模块、A塔大吹汽控 制模块、A塔给水控制模块、A塔放水控制模块、A塔除焦操作控制模块、A塔赶空气控制模 块、A塔试压控制模块、A塔泄压控制模块、A塔油气预热控制模块、A塔换塔控制模块、B塔 生焦控制模块、B塔小吹汽控制模块、B塔大吹汽控制模块、B塔给水控制模块、B塔放水控 制模块、B塔除焦操作控制模块、B塔赶空气控制模块、B塔试压控制模块、B塔泄压控制模 块、B塔油气预热控制模块、B塔换塔控制模块；流程顺序控制子系统根据步序执行条件执 行动作；步序执行条件主要包括阀门开关回讯、开度回讯、塔顶塔壁温度、塔内压力、给汽给 水流量，执行动作主要有阀门允开、允关、操作提示、启动计时、内外操确认提示；
[0038] 中控内操子系统包括步骤选择模块、流程显示模块、参数设置模块、阀门强制控制 模块、顺控投入与解除模块、用户登录模块和系统退出模块；步骤选择模块用于起始步骤选 择以及运行时长设置和各个工艺步骤运行计时；流程显示模块用于显示各阀门状态及其 开度值、以及各模拟量值，管道模拟实际物质流通状态，有物质流通时为绿色，否则为黑色； 阀门则模拟实际阀门开关状态，当阀门全开时为绿色，全关时为红色，处于中间位时则为蓝 色；当各个子步序条件满足时，条框背景显示为绿色，否则为红色，当每步流程完成时，内操 确认按钮背景颜色开始闪烁，即可点击进行确认并进入下一个流程步骤；参数设置模块用 于修改设置每个步序中预定的模拟量参数，如温度、压力、给水给汽流量、计时时间等；阀门 强制控制模块用于阀门在没有允开信号但需要开阀操作时，强制给