本发明涉及用于焦炭塔自动冷焦工艺方法及控制，更具体的涉及炼油厂延迟焦化装置焦炭塔内的焦炭用蒸汽和水冷却的工艺方法及过程自动控制，本发明的工艺方法及控制可提高焦炭塔冷焦的自动化水平和安全操作水平。
背景技术：
延迟焦化是重油轻质化的主要工艺之一，延迟焦化装置的特点是连续生产间断操作，通常一台加热炉对应两台并联的焦炭塔，加热炉连续操作，焦炭塔间断切换操作，一个塔在进料生焦，另一个塔则在进行冷焦除焦，两个焦炭塔18-24小时切换一次。焦炭塔的冷焦除焦是指当一个焦炭塔内的焦炭达到一定的高度后，把进料切换到另一个焦炭塔，这个焦炭塔采用吹汽、给水的冷焦方式把焦炭冷却到合适的温度，然后放净塔内的水，打开塔顶钻焦口上的顶盖机和塔底出焦口下的底盖机，采用高压水进行除焦。冷焦操作主要包括吹汽、给水冷焦和放水等步骤。吹汽是自焦炭塔底向塔内吹入蒸汽，以汽提焦炭中的油气，使焦炭冷却的同时形成多空隙结构，利于后续的冷焦；给水冷焦是通过注水将焦炭冷却至适宜温度，使焦炭固化并避免切焦过程中的自燃；放水是待焦炭冷却到合适温度后，由焦炭塔底排放塔内积水。给水冷焦后期焦炭塔顶溢流水和塔底排放水统称为冷焦热水，其需要进行处理和循环利用，以尽量减少冷焦及放水过程中蒸汽及污染物的排放和水的消耗。焦炭塔的冷焦工艺主要体现在吹蒸汽和给水的工艺流程、操作方法、废气及废水的处理上，因为刚切换后的焦炭塔及塔内焦炭温度较高(约430℃)且含有油气，冷却太快会影响焦炭塔的寿命且产生的废气量太大无法有效处理，冷却太慢会影响焦炭塔切换的时间周期，影响装置的渣油处理能力。因此必须合理的控制吹入蒸汽和通入水的时间节点、通入时间和通入流量，必须及时有效的对冷焦过程产生的废气及废水进行处理和回用，才能满足冷焦操作的要求，保证设备的安全长周期运行，实现环境友好的生产。
现有常规焦炭塔冷焦工艺流程见图1，如下结合图1说明现有焦炭塔冷焦工艺操作过程及控制。首先通过焦炭塔其他操作系统显示的阀门开关状态、焦炭塔进料温度等参数人工判断该焦炭塔是否符合冷焦条件，通过装置dcs控制系统观察放空塔b、分液罐c、放空塔顶空冷器e1、放空塔底空冷器e2、放空塔底泵g1是否运行正常。如果满足上述条件则开始冷焦操作。
冷焦操作第1步：打开放空油汽切断阀v的同时关闭去分馏塔的油气切断阀w，原来去分馏塔油气110改去放空塔b；人工打开蒸汽切断阀q，通过仪表控制系统dcs调节冷焦蒸汽调节阀n3达到合适的冷焦蒸汽流量，根据操作经验维持一段蒸汽冷焦时间；冷焦蒸汽102进入焦炭塔a，对焦炭101进行冷却和汽提，产生的放空油汽104自焦炭塔顶流出去放空塔b，在放空塔内和自上部回流的重污油114进行逆流换热，被洗涤及冷却的污油和回流重污油一起进入塔底，由放空塔底泵g1抽出经放空塔底空冷器e2冷却后的重污油114一部分至塔顶作为回流，一部分作为重污油送出装置；放空塔顶气体经过放空塔顶空冷器e1冷凝冷却进入三相分离器c，分出的瓦斯气111、轻污油112和含油污水113分别送出装置。
冷焦操作第2步：根据操作经验和生焦周期的安排，启动冷焦冷水泵g2，抽冷焦冷水罐d1的冷焦冷水，通过泵最小流量控制阀j1自动控制泵的流量，然后人工打开冷焦冷水切断阀r，由两台冷焦冷水调节阀n1和n2调节进塔的冷焦冷水103的量，为避免焦炭塔进料管道的水击，冷焦冷水量应缓慢增加且不能太大，先开一台冷焦冷水调节阀，人工确认冷焦冷水已经进入焦炭塔后，关闭蒸汽切断阀q。冷焦冷水103进入焦炭塔a，对焦炭101进行冷却，产生的放空油汽104自焦炭塔顶流出去放空塔b，在放空塔内和自上部回流的重污油114进行逆流换热，被洗涤及冷却的污油和回流重污油一起进入塔底，由放空塔底泵g1抽出经放空塔底空冷器e2冷却后的重污油114一部分至塔顶作为回流，一部分作为重污油送出装置；放空塔顶气体经过放空塔顶空冷器e1冷凝冷却进入三相分离器c，分出的瓦斯气111、轻污油112和含油污水113分别送出装置。
冷焦操作第3步：操作工通过观察焦炭塔顶温度和压力，通过两台冷焦冷水调节阀n1和n2调节冷焦冷水流量，当塔顶压力升高到设定值时减少水量，当塔顶压力降低到设定值以下时增加水量，人工调节操作，直到塔顶温度达到200℃左右和塔顶压力不增加时可开大调节阀快速给水，通过料位计l判断塔内的水位，当焦炭塔内水位达到上限时，适当降低冷焦水水量，同时打开溢流热水切断阀u和关闭放空油汽切断阀v，开始溢流冷焦，溢流热水105自流至冷焦热水罐d2。
冷焦操作第4步：自冷焦水开始溢流计算约2小时后，观察焦炭塔顶温度已经达到90℃左右，关闭冷焦冷水切断阀r，停止冷焦冷水泵g2，然后打开平衡气切断阀y，焦炭101的预热产生的平衡气109通过消音器h排至大气，然后关闭溢流热水切断阀u。
冷焦操作第5步：打开焦炭塔排放热水切断阀s，排放热水106自焦炭塔a自流至冷焦热水罐d2，排放热水106自焦炭塔a排放时，平衡气109通过消音器h进入焦炭塔以平衡焦炭塔内压力，根据操作经验确定从开始排水到水排净的时间，当排水时间达到预定时间后，确认焦炭塔内的水排放完成，关闭焦炭塔排放热水切断阀s。
冷焦操作第6步：启动冷焦水空冷器e3和冷焦热水泵g3，冷焦热水罐d2的冷焦热水107，在调节阀k的流量控制下，由泵输送至冷焦水空冷器e3冷却为冷焦冷水108，冷焦冷水108进入冷焦冷水罐d1储存，以备下次冷焦使用，当冷焦冷水罐的液位l偏低时，通过补充新鲜水调节阀j2自动向罐内补充新鲜水115。
由上述可以看出，现有常规焦炭塔冷焦工艺及控制存在如下问题：
其一，人工操作较多的阀门，人的情景意识容易犯错，如没有按照要求和顺序开阀，容易导致安全事故。
其二，冷焦操作步骤较多，工艺过程复杂，全靠操作人员手动开关阀门，劳动强度较大且工作效率低。
其三，分别设置冷焦热水罐及冷焦冷水罐，投资及占地较大。
其四，溢流热水和排放热水直接去冷焦热水罐，罐中水的挥发量较大，不但导致水的损耗，而且挥发的水蒸气含有的硫及烃类物质对环境产生污染。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，提供一种只有一台冷焦水罐的焦炭塔冷焦工艺方法和一种自动化的控制系统，实现焦炭塔冷焦的一键式自动冷焦。具体来说是以蒸汽和冷焦冷水为冷却介质对焦炭塔内的焦炭进行接触冷却，对冷焦过程中产生的放空油气采用放空塔进行密闭处理，对冷焦过程中排放的冷焦热水采用混兑冷焦冷水的措施降低冷焦排水温度，减少废气排放；根据冷焦过程焦炭塔进出物料的温度、压力、时间和流量等参数，通过逻辑自动控制系统对相关阀门及设备进行控制，实现焦炭塔冷焦过程的全自动化。
蒸汽是炼油厂管网的1.0mpa水蒸气，冷焦冷水是冷焦过程密闭循环利用的新鲜水；放空塔进行密闭处理是放空油汽在塔内通过回流油进行吸收冷凝冷却，塔底重油冷却后送出装置，塔顶气体进一步冷却后经分离罐分出气体去低压瓦斯管网，分出的轻污油和污水送出装置；降低冷焦排水温度是设置一台冷焦冷水罐，冷焦溢流热水和焦炭塔底排放热水在冷焦冷水罐前混兑排放冷却水以降低冷焦水罐的操作温度；对焦炭塔内的焦炭接触冷却，是蒸汽汽提焦炭缝隙内的油气形成孔隙，然后冷焦冷水和焦炭换热，冷焦冷水在焦炭孔隙内渗透，通过冷焦冷水的气化潜热和温升显热对焦炭进行冷却；焦炭塔顶油气是焦炭冷却时产生的自焦炭塔顶流出的蒸汽和油气的混合气；设定的冷焦时间和冷焦介质流量是指根据焦炭塔操作周期规定的焦炭塔通入蒸汽的时间和通入冷焦冷水的时间，根据时间及塔顶温度和压力控制的蒸汽流量和冷焦冷水流量；逻辑自动控制系统是指依据温度、压力、液位、流量、时间等参数，对照设定值进行逻辑判断，自动顺序开关和调节相关阀门，启停相关设备；相关阀门及设备是指和冷焦过程有关的切断阀、调节阀、空气冷却器和机泵。
一种焦炭塔自动冷焦工艺方法及控制，包括冷焦热水进冷焦水罐前采用冷焦冷水混兑降温，减少环境污染，避免蒸汽急冷导致罐的变形；逻辑自动控制系统由逻辑控制程序软件和控制器及操作盘硬件组成，控制系统采用dcs或plc。逻辑控制程序是指满足通汽条件和到达通入蒸汽时间点，顺序打开放空油汽切断阀、打开蒸汽切断阀和按照蒸汽流量设定值调节冷焦蒸汽调节阀，满足通水条件和到达通入冷焦冷水时间点，顺序启动冷焦水泵、投用最小流量控制阀、打开冷焦冷水切断阀、按照冷焦冷水流量设定值调节冷焦冷水调节阀。冷焦冷水流量达到某设定值后，顺序关闭冷焦蒸汽调节阀和蒸汽切断阀。逻辑控制程序是自动组合调节冷焦冷水小调节阀和冷焦冷水大调节阀在某流量设定值的基础上按1-5吨/分钟逐渐自动增加冷焦冷水流量设定值，同时检测焦炭塔顶压力，当焦炭塔顶压力达到设定值时，按2-10吨/分钟逐渐自动减少冷焦冷水流量设定值，当焦炭塔顶压力低于设定值时，再按1-5吨/分钟逐渐自动增加冷焦冷水流量设定值。逻辑控制程序是当焦炭塔内水液位达到规定的位置时，自动设定冷焦冷水调节阀为较小流量，自动同时打开溢流热水切断阀和关闭放空油汽切断阀，启动空气冷却器，打开排水冷却水切断阀，塔顶溢流热水和排水冷却水混合，根据混合后冷焦水温度自动调节排水冷却水量。逻辑控制程序是当焦炭塔顶温度达到规定值时，自动关闭冷焦冷水切断阀和冷焦冷水调节阀，自动顺序打开平衡气切断阀和关闭溢流热水切断阀，准备放水，打开排放热水切断阀，排放热水和排水冷却水混合，根据混合后冷焦水温度自动调节排水冷却水量，排水冷却水和混合后冷焦水温度基本一致时，放水结束，关闭排放热水切断阀、停空气冷却器、停冷焦水泵，冷焦结束。逻辑控制的设备主要包括冷焦冷水罐、空气冷却器、机泵、阀门等。
附图说明
图1是现有常规焦炭塔冷焦工艺流程示意图；
图2是本发明的焦炭塔冷焦工艺流程示意图。
图1中：
设备：a焦炭塔；b放空塔；c三相分离器；d1冷焦冷水罐；d2冷焦热水罐；e1放空塔顶空冷器；e2放空塔底空冷器；e3冷焦水空冷器；f流量计；g1放空塔底泵；g2冷焦冷水泵；g3冷焦热水泵；h消音器；j1泵最小流量调节阀；j2补充新鲜水调节阀；k冷焦热水调节阀；l液位或料位计；m电动机；n1冷焦冷水调节阀；n2冷焦冷水调节阀；n3冷焦蒸汽调节阀；p压力计；q蒸汽切断阀；r冷焦冷水切断阀；s排放热切断阀；t温度计；u溢流热水切断阀；v放空油汽切断阀；w去分馏塔油气切断阀；y平衡气切断阀。
物流：101焦炭；102蒸汽；103冷焦冷水；104放空油汽；105溢流热水；106排放热水；107冷焦热水；108冷焦冷水；109平衡气；110去分馏塔油气；111瓦斯气；112轻污油；113含油污水；114重污油；115新鲜水。
图2中：
设备：a焦炭塔；b放空塔；c三相分离器；d1冷焦冷水罐；e1放空塔顶空冷器；e2放空塔底空冷器；e3排水冷却水空冷器；f流量计；g1放空塔底泵；g2冷焦冷水泵；h消音器；i智能控制器；j1泵最小流量调节阀；j2补充新鲜水调节阀；k排水冷却水调节阀；l液位或料位计；m电动机；n1冷焦冷水调节阀；n2冷焦冷大调节阀；n3冷焦蒸汽调节阀；o混合器；p压力计；q蒸汽切断阀；r冷焦冷水切断阀；s排放热切断阀；t温度计；u溢流热水切断阀；v放空油汽切断阀；w去分馏塔油气切断阀；x排水冷却水切断阀；y平衡气切断阀。
物流：101焦炭；102蒸汽；103冷焦冷水；104放空油汽；105溢流热水；106排放热水；107排水冷却水；108冷焦冷水；109平衡气；110去分馏塔油气；111瓦斯气；112轻污油；113含油污水；114重污油；115新鲜水。
具体实施方式
下面进一步结合图2对本发明做进一步详细的叙述。
如图2所示，智能控制器i是集控制逻辑软件和控制硬件一体的控制系统，所控制的设备及阀门主要有排水冷却水空冷器e3、冷焦冷水泵g2、排水冷却水调节阀k、电动机m、冷焦冷水调节阀n1、冷焦冷水调节阀n2、冷焦蒸汽调节阀n3、蒸汽切断阀q、冷焦冷水切断阀r、排放热切断阀s、溢流热水切断阀u、放空油汽切断阀v、去分馏塔油气切断阀w、排水冷却水切断阀x、平衡气切断阀y。放空系统的放空塔顶空冷器e1、放空塔底空冷器e2、放空塔底泵g1、泵最小流量调节阀j1；补充新鲜水调节阀j2由装置现有的dcs控制。本控制系统控制的介质主要是蒸汽102、冷焦冷水103、放空油汽104、溢流热水105、排放热水106、排水冷却水107、冷焦冷水108、平衡气109、去分馏塔油气110。检测、判断、设定、控制的主要参数是温度计t、压力计p、流量计f、料位或液位计l、阀位、电机m运行状态、时间等。
按动焦炭塔自动冷焦按钮，智能控制器i自动调取装置dcs的运行数据，判断放空系统的空冷器e1及e2和放空塔底泵g1是否运行，如果都运行则确认放空系统运行正常；判断四通阀开关状态为指向另一个塔、焦炭塔进料温度小于等于300℃，如果都满足确认该焦炭塔达到冷焦条件；上述两项均达到要求，程序自动执行冷焦操作，如果不满足要求，报警提示，操作工去处理，直至满足条件要求。
自动冷焦过程和人工手动冷焦过程基本类似，只是阀门由程序控制自动开关，阀门是否开关或开关度，由程序根据相关参数自动判断自动调节，每一步骤条件不满足要求，不进行下一步的操作，并随时提示，避免失误，冷焦结束后，程序自动提示，操作人员可以切换到下一个操作工序。
自动冷焦程序控制第1步：自动打开放空油汽切断阀v，同时自动关闭去分馏塔的油气切断阀w，程序判断放空油汽切断阀v阀位全开，程序判断去分馏塔的油气切断阀w全关；满足上述条件，程序给定冷焦蒸汽调节阀n3的冷焦蒸汽流量为5t/h，自动打开蒸汽切断阀q，蒸汽通过焦炭塔，汽提焦炭中的油气形成放空油气104，产生的放空油汽104自焦炭塔顶流出去放空塔b，在放空塔内和自上部回流的重污油114进行逆流换热，被洗涤及冷却的污油和回流重污油一起进入塔底，由放空塔底泵g1抽出经放空塔底空却器e2冷却后的重污油114一部分至塔顶作为回流，一部分作为重污油送出装置；放空塔顶气体经过放空塔顶空冷器e1冷凝冷却进入三相分离器c，分出的瓦斯气111、轻污油112和含油污水113分别送出装置。冷焦蒸汽流量为5t/h维持约0.5小时后，焦炭塔顶出口管道压力低于0.2mpa(g)，程序再给定冷焦蒸汽调节阀n3的冷焦蒸汽流量为8t/h，冷焦蒸汽流量为8t/h维持约0.5小时后，焦炭塔顶出口管道压力低于0.2mpa(g)，程序再给定冷焦蒸汽调节阀n3的冷焦蒸汽流量为12t/h，如焦炭塔顶出口管道压力达到0.28mpa(g)，程序自动给定冷焦蒸汽调节阀n3的冷焦蒸汽流量为8t/h，如焦炭塔顶出口管道压力低于0.20mpa(g)，恢复给定冷焦蒸汽调节阀n3的冷焦蒸汽流量为12t/h，冷焦蒸汽流量为12t/h维持约1.0小时后，焦炭塔顶出口管道压力低于0.2mpa(g)且焦炭塔顶出口管道温度低于400℃，程序确认蒸汽冷焦结束，自动进行下一步操作。由于焦炭塔顶放空油气104的温度、压力及流量随通入冷焦蒸汽的流量及时间而变化，放空塔部分的操作参数也随之变化，放空塔部分的操作调整由装置原有dcs控制。
自动冷焦程序控制第2步：程序控制自动启动冷焦冷水泵g2，抽冷焦冷水罐d1的冷焦冷水，自动投用泵最小流量控制阀j1自动控制泵的流量，程序设定冷焦冷水103调节阀n1的冷焦冷水的流量10t/h，自动打开冷焦冷水切断阀r，冷焦冷水的流量10t/h维持0.5小时后，确定冷焦冷水已经进入焦炭塔后，自动关闭蒸汽切断阀q。冷焦冷水103进入焦炭塔a，对焦炭101进行冷却，产生的放空油汽104自焦炭塔顶流出去放空塔b，在放空塔内和自上部回流的重污油114进行逆流换热，被洗涤及冷却的污油和回流重污油一起进入塔底，由放空塔底泵g1抽出经放空塔底空却器e2冷却后的重污油114一部分至塔顶作为回流，一部分作为重污油送出装置；放空塔顶气体经过放空塔顶空冷器e1冷凝冷却进入三相分离器c，分出的瓦斯气111、轻污油112和含油污水113分别送出装置。程序设定冷焦冷水103调节阀n1的冷焦冷水的流量20t/h维持20分钟，然后程序每过1分钟冷焦冷水的流量设定值增加1t/h，焦炭塔顶出口管道压力低于0.2mpa(g)时，冷焦冷水的流量设定值一直增加，当流量达到100t/h时，冷焦冷水103调节阀n1已经不能满足要求，启动冷焦冷水调节阀n2，冷焦冷水调节阀n2投用后，冷焦冷水的流量设定值为两个调节阀的流量总和。在冷焦冷水流量增加的同时，检测焦炭塔a顶出口管道的压力p，焦炭塔a顶出口管道的压力p到达0.25mpa(g)时，程序每过1分钟冷焦冷水的流量设定值减少2t/h，直到焦炭塔顶出口管道压力低于0.2mpa(g)时，程序再每过1分钟冷焦冷水的流量设定值增加1t/h，如此反复。
自动冷焦程序控制第3步：检测焦炭塔顶出口管道温度t低于150℃且焦炭塔顶出口管道压力p低于0.2mpa(g)时，通过料位计l检测塔内的水位，当焦炭塔内水位达到上限时，程序设定冷焦冷水调节阀的冷焦冷水的流量100t/h，启动冷焦水空气冷却器，程序设定排水冷却水调节阀流量为100t/h，自动打开排水冷却水切断阀x，排水冷却水107经混合器进冷焦冷水罐d1，确认上述阀门打开后，自动打开溢流热水切断阀u，自动关闭放空油汽切断阀v，焦炭塔顶溢流热水105和排水冷却水107经混合器o混合降温后进冷焦冷水罐d1，通过冷焦冷水108的温度自动调节排水冷却水的流量。
自动冷焦程序控制第4步：自动打开溢流热水切断阀u开始计时，持续2小时后，同时检测焦炭塔顶出口管道温度已经达到90℃左右，自动关闭冷焦冷水切断阀r，然后打开平衡气切断阀y，焦炭101的余热产生的平衡气109通过消音器h排至大气，然后关闭溢流热水切断阀u。
自动冷焦程序控制第5步：程序设定排水冷却水调节阀流量为200t/h，打开焦炭塔排放热水切断阀s，排放热水106自焦炭塔a自流至混合器o和排放冷却水混合降温后至冷焦冷水罐d1，通过冷焦冷水108的温度自动调节排水冷却水的流量，排放热水106自焦炭塔a排放时，平衡气109通过消音器h进入焦炭塔以平衡焦炭塔内压力。检测焦炭塔底放水管道的压力p，判断放水是否完成，焦炭塔底放水管道的压力p低于0.001mpa(g)时，或达到设定的自打开焦炭塔排放热水切断阀s的时间，确认放水完成，自动关闭焦炭塔排放热水切断阀s。自关闭焦炭塔排放热水切断阀s开始计时，持续4小时后，或冷焦冷水罐的温度t低于70℃时，停运冷焦冷水泵g2和冷焦冷水空气冷却器e，关闭排水冷却水切断阀x，本焦炭塔冷焦结束，程序自动提示，显示可进行下一步操作。当冷焦冷水罐的液位l偏低时，通过补充新鲜水调节阀j2自动向罐内补充新鲜水115。
上述工艺说明及工艺参数仅是示例，本发明的一种焦炭塔自动冷焦工艺方法及控制针对不同规模的装置其控制参数也不同。