特大型炼化企业冷凝水站扩容电控系统优化设计研究
基金项目：
1.安徽省教育厅高校自然科学研究重点项目“基于tiaportal下1214c型plc在themdq-1型大气设备中的应用研究”（kj2020a1025）； 2.安徽省级“双基”课程项目（2020sjjxsfk1608）； 3.安徽省教育厅质量工程项目“省级特色高水平专业——机电一体化”（2021tszy040）
摘 要：
在石化行业增产扩容的大背景下，简述了炼油企业对原有冷凝水站的改造思路和方法，根据具体的改进设计方案来选定不同的处理设备、仪表、控制对象、控制方案等，并对整个工艺流程的过程控制原理进行了详细介绍。
0 引言
广东省某国有大型炼化企业的炼油老区结构调整提质升级项目，主要建设270万t/a渣油加氢、18万t/a硫磺回收，改造250万t/a催化裂化装置及建设相应的系统配套，凝结水站扩容包含在系统配套内的工艺及热力管网中。凝结水站产出的合格凝结水并入除盐水站内的除盐水罐，再由除盐水罐外送至各自系统管网内，供新建的各装置统筹使用。该厂炼油老区结构调整提质升级项目的凝结水站处理规模为200 t/h。
1 冷凝水工艺流程设计方案
1.1
凝结水冷却缓存设施
各装置的凝结水根据区域位置，分为三路进入凝结水站，第一路为pox装置凝结水，第二路为炼油新区内新建的渣油加氢、柴油加氢及重整装置的凝结水，第三路为炼油老区内新建的psa、硫磺回收、烷基化装置的凝结水。这三路凝结水在凝结水站内合并为一路之前，每路支管上分别在线检测进水的含油量、电导率，并设置温度测量仪表，当该路凝结水含油量超标或温度超过90 ℃时，立即切断该路进水，超标的凝结水在上游装置内排放或处理[1]。由上游各装置送至凝结水站的合格工艺凝结水温度为90 ℃，将其温度降至50 ℃后，再进行后续处理。为充分利用该部分凝结水的低温热，本次设计选择用空冷器或换热器对凝结水进行冷却。冬季，凝结水与除盐水站的生产水在换热器内进行换热，将凝结水冷却至40 ℃左右；夏季，除盐水站的生产水不需要加热，因此凝结水改为通过6台空冷器（4开2备）将90 ℃的凝结水冷却至50 ℃。空冷器共有6片管束：gp10.5×3-23.4/dr-via；2台开式构架：gjp10.5×6k-39/2f；4台风机：g-tf39b6-vs30；2台变频风机：g-zfs39b6-vs30。冷却后的凝结水进入凝结水罐，凝结水罐的有效容积为200 m3，水箱上部设有溢流管、集油槽，下部设有排污管。凝结水罐设置高低液位报警，并与凝结水泵低液位联锁停泵。凝结水罐中的水经凝结水泵（共设置2台凝结水泵，1用1备）提升至0.57 mpa后进入凝结水处理设施，凝结水泵单台流量200 t/h，扬程55 m，电机功率75 kw。表面过滤器、精密过滤器反洗所需的除盐水由除盐水站内的除盐水罐引出，由反洗水泵（共设置2台反洗水泵，1用1备）提升至0.52 mpa后进入凝结水处理设施，为过滤器反洗水提供必要的工作压力。反洗水泵单台流量120 t/h，扬程45 m，电机功率37 kw。
1.2
凝结水处理设施
经凝结水泵提升后的凝结水首先送入表面冷凝液过滤器。表面冷凝液过滤器是一种新型的凝结水预处理设备，设备内部装有一定数量的滤芯，通过滤层的作用可以去除凝结水中的悬浮物和铁等杂质。表面冷凝液过滤器正常运行中，当正常压差≥0.10 mpa（初期压差约为0.02 mpa）或达到设定的周期制水量或达到设定的运行时间时，过滤器失效，需要进行反冲洗。
表面冷凝液过滤器设计参数：设备规格dn2 800；设计温度70 ℃；设计压力0.75 mpa（g）；运行压差0.02～0.1 mpa（g）。表面冷凝液过滤器出水进入精密过滤器。精密过滤器（凝结水专用型）是凝结水的精处理设备，设备内部装有一定数量的滤芯，通过滤层的作用可以进一步去除凝结水中的油和铁等各种杂质。精密过滤器正常运行中，当正常压差≥0.10 mpa（初期压差约为0.02 mpa）或达到设定的周期制水量或达到设定的运行时间时，过滤器失效，需要进行反冲洗；反冲洗结束后，即可继续投入运行。以上各单元中所有生产环节由dcs实现全自动操作[2]。上述处理工艺的pid流程图如图1所示。
2 自控仪表系统设计方案
2.1
自控仪表系统设计范围
为新建的凝结水站配套现场仪表和控制室内设备包括如下几个部分：（1）新增就地温度计4台，远传温度计4台，就地压力表7块，远传压力表6台，远传流量计6台，远传液位计1台，在线电导分析仪4台，在线水中油分析仪4台，在线总铁分析仪1台，气动开关阀11台，电动调节阀4台。（2）为配套分析仪安装，新增现场分析小屋1套。（3）新增泵p501a/b、反洗水泵p502a/b、过滤器f501a/b、f502a/b远程开停功能，并将泵开停状态及手/自动信号引入dcs系统。（4）将凝结水空冷器a501开停状态指示引入dcs，空冷后路压力控制a501a/b变频调速风机。
本项目控制回路以单参数控制为主，控制方案如下：
（1）凝结水罐v501设置液位调节回路。
（2）空冷后路温度调节a501a/b风机变频调速。i/o点数分布情况如表1所列。
2.2
远传及就地式仪表选型
（1）温度测量仪表：就地温度指示仪表选用双金属温度计，远传温度指示仪表选用铠装热电阻。
（2）压力测量仪表：就地压力测量仪表选用不锈钢压力表，远传压力测量仪表选用智能压力（差压）变送器。
（3）流量测量仪表：远传流量测量仪表选用涡街流量计及一体化孔板流量计。
（4）阀门及附件：调节阀选用气动单座调节阀，开关阀选用气动开关闸阀，电动阀选用电动调节型球阀。
（5）分析仪表：电导在线分析选用在线电导分析仪，水中油在线分析选用水中油在线分析仪。
2.3
仪表供电与接地
供电方面，本项目新增的变送器、调节阀、流量计等仪表所需的dc24 v供电由新建机柜间dcs系统提供。分析屋ups供电（共20 a）及gps供电由电气专业送至分析屋配电箱。电动阀ac380 v、50 hz、三相供电由电气专业提供。
仪表系统各类接地应汇接到总接地板，实现等电位连接。本项目新增电动阀的接地应按电气专业的有关标准规范和方法进行，并接入低压配电系统接地网。本次设计新增仪表正常不带电的金属外壳、电缆槽盒、电缆保护管等均需保护接地，用接地线连接在附近已接地的金属构件上，但不得接至输送可燃物质的金属管道；信号回路接地采用一点接地（一般在控制室内）的原则。仪表系统的接地电阻不应大于1 ω。
现场仪表进线均先接防爆挠性连接管，再接防爆隔离密封盒，并用密封胶泥密封，最后接保护管；并要求保护管及挠性连接管低于仪表进线口，以防雨水进入表内，满足仪表防水防爆要求。现场机泵运行状态信号、启停控制信号及手/自动切换信号电缆由电气专业引至现场机柜间，所用电缆由电气专业开列。电动阀所需供电电缆由电气专业送至现场电动阀处。仪表气源采用净化风，仪表净化风压力最低不小于0.4 mpa，气动阀气源由新增仪表风管线引取。
3 供电配电系统优化设计
设计范围：新建凝结水站的动力、照明、防雷、防静电及接地的设计。
装置环境特征：一般正常环境，发生断电恢复供电后，能较快地恢复正常生产，故新建凝结水站的用电负荷均为二级负荷。新建凝结水站内用电设备容量总计524.8 kw，计算容量235.76 kw，采用最大容量75 kw的异步电动机，ac380 v供电。
3.1
供配电系统
3.1.1 电源情况
新建站用电负荷的电源均接自新建空压站内变电所的低压配电室，配电回路均由变电所项目统一考虑，不在本次设计范围之内。变电所的电源能满足本装置二级负荷供电的要求。
新建凝结水站要求变电所提供的配电回路为：16个低压电动机回路，分别用于冷凝液泵（p-501a/b）、反洗水泵（p-502a/b）、含油污水提升泵（p-503a/b）、表面冷凝液过滤器（fⅰ-501a/b）、精密过滤器（fⅰ-502a/b）及凝结水空冷器（a-501a～f），其中冷凝液泵（p-501a/b）和凝结水空冷器（a-501a/b）为变频控制；9个配电回路，分别用于冷凝液泵（p-501a/b）变频器、凝结水空冷器（a-501a/b）变频器、凝结水电动调节阀（mv-505a/b）、除盐水电动调节阀（mv-507a/b）及仪表分析小屋（fah-501）；1个ups配出回路，用于仪表分析屋（fah-501）；1个照明配电回路，用于照明配电箱（2al）。
3.1.2 配电电压
容量＜160 kw的电动机配ac380 v；低压设备操作电源，如电加热器及照明电源配ac220 v。
3.1.3 动力配线
新建凝结水站内采用铜芯阻燃电缆配电，配电电缆从新建的空压站变电所出来后，沿新增的电缆沟敷设到新建凝结水站区域内，沿电缆沟敷设至用电设备附近，再穿保护管直埋或明配至用电设备。
新建凝结水站的机泵均采用现场操作柱控制方式，对于37 kw及以上的电动机，在操作柱上设置电流表，部分机泵设仪表dcs联锁开停。将机泵的故障信号引入电气控制系统内。将机泵的运行状态信号、联锁信号送入仪表dcs机柜[3]。
3.2
防雷、防静电、接地要求
新建站的接地以水平接地线为主，局部地方打少量接地极。接地网尽量与建筑物基础内的钢筋相连接，基础内的钢筋要连接可靠，以降低接地电阻值。站内的工作接地、保护接地、防雷接地、防静电接地采用共用接地网系统，其接地电阻值要求≤4 ω。
3.3
照明
站内设工作照明、照明电源与动力电源共用变压器，设专用照明柜，柜内设双电源切换，以保证照明电源的供电可靠性。照明采用防水防尘防腐灯具，光源采用高效节能的led光源，照明配线采用导线穿保护管沿框架的梁、柱及平台栏杆等明配，照明灯具在现场照明配电箱上集中控制。
4 结语
随着国家对石油炼化企业的扩容力度不断加大，原有的冷凝水站和空压站都已经无法满足生产需求，新建的配套设施不是简单增加设备台套数量，而是需要彻底改进工艺和迭代设备。基于此，本文简单介绍了该类工程的设计思路和设备类型，可为行业内的类似工程设计和改进提供有效的参考和借鉴。
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摘 要：
在石化行业增产扩容的大背景下，简述了炼油企业对原有冷凝水站的改造思路和方法，根据具体的改进设计方案来选定不同的处理设备、仪表、控制对象、控制方案等，并对整个工艺流程的过程控制原理进行了详细介绍。
0 引言
广东省某国有大型炼化企业的炼油老区结构调整提质升级项目，主要建设270万t/a渣油加氢、18万t/a硫磺回收，改造250万t/a催化裂化装置及建设相应的系统配套，凝结水站扩容包含在系统配套内的工艺及热力管网中。凝结水站产出的合格凝结水并入除盐水站内的除盐水罐，再由除盐水罐外送至各自系统管网内，供新建的各装置统筹使用。该厂炼油老区结构调整提质升级项目的凝结水站处理规模为200 t/h。
1 冷凝水工艺流程设计方案
1.1
凝结水冷却缓存设施
各装置的凝结水根据区域位置，分为三路进入凝结水站，第一路为pox装置凝结水，第二路为炼油新区内新建的渣油加氢、柴油加氢及重整装置的凝结水，第三路为炼油老区内新建的psa、硫磺回收、烷基化装置的凝结水。这三路凝结水在凝结水站内合并为一路之前，每路支管上分别在线检测进水的含油量、电导率，并设置温度测量仪表，当该路凝结水含油量超标或温度超过90 ℃时，立即切断该路进水，超标的凝结水在上游装置内排放或处理[1]。由上游各装置送至凝结水站的合格工艺凝结水温度为90 ℃，将其温度降至50 ℃后，再进行后续处理。为充分利用该部分凝结水的低温热，本次设计选择用空冷器或换热器对凝结水进行冷却。冬季，凝结水与除盐水站的生产水在换热器内进行换热，将凝结水冷却至40 ℃左右；夏季，除盐水站的生产水不需要加热，因此凝结水改为通过6台空冷器（4开2备）将90 ℃的凝结水冷却至50 ℃。空冷器共有6片管束：gp10.5×3-23.4/dr-via；2台开式构架：gjp10.5×6k-39/2f；4台风机：g-tf39b6-vs30；2台变频风机：g-zfs39b6-vs30。冷却后的凝结水进入凝结水罐，凝结水罐的有效容积为200 m3，水箱上部设有溢流管、集油槽，下部设有排污管。凝结水罐设置高低液位报警，并与凝结水泵低液位联锁停泵。凝结水罐中的水经凝结水泵（共设置2台凝结水泵，1用1备）提升至0.57 mpa后进入凝结水处理设施，凝结水泵单台流量200 t/h，扬程55 m，电机功率75 kw。表面过滤器、精密过滤器反洗所需的除盐水由除盐水站内的除盐水罐引出，由反洗水泵（共设置2台反洗水泵，1用1备）提升至0.52 mpa后进入凝结水处理设施，为过滤器反洗水提供必要的工作压力。反洗水泵单台流量120 t/h，扬程45 m，电机功率37 kw。
1.2
凝结水处理设施
经凝结水泵提升后的凝结水首先送入表面冷凝液过滤器。表面冷凝液过滤器是一种新型的凝结水预处理设备，设备内部装有一定数量的滤芯，通过滤层的作用可以去除凝结水中的悬浮物和铁等杂质。表面冷凝液过滤器正常运行中，当正常压差≥0.10 mpa（初期压差约为0.02 mpa）或达到设定的周期制水量或达到设定的运行时间时，过滤器失效，需要进行反冲洗。
表面冷凝液过滤器设计参数：设备规格dn2 800；设计温度70 ℃；设计压力0.75 mpa（g）；运行压差0.02～0.1 mpa（g）。表面冷凝液过滤器出水进入精密过滤器。精密过滤器（凝结水专用型）是凝结水的精处理设备，设备内部装有一定数量的滤芯，通过滤层的作用可以进一步去除凝结水中的油和铁等各种杂质。精密过滤器正常运行中，当正常压差≥0.10 mpa（初期压差约为0.02 mpa）或达到设定的周期制水量或达到设定的运行时间时，过滤器失效，需要进行反冲洗；反冲洗结束后，即可继续投入运行。以上各单元中所有生产环节由dcs实现全自动操作[2]。上述处理工艺的pid流程图如图1所示。
2 自控仪表系统设计方案
2.1
自控仪表系统设计范围
为新建的凝结水站配套现场仪表和控制室内设备包括如下几个部分：（1）新增就地温度计4台，远传温度计4台，就地压力表7块，远传压力表6台，远传流量计6台，远传液位计1台，在线电导分析仪4台，在线水中油分析仪4台，在线总铁分析仪1台，气动开关阀11台，电动调节阀4台。（2）为配套分析仪安装，新增现场分析小屋1套。（3）新增泵p501a/b、反洗水泵p502a/b、过滤器f501a/b、f502a/b远程开停功能，并将泵开停状态及手/自动信号引入dcs系统。（4）将凝结水空冷器a501开停状态指示引入dcs，空冷后路压力控制a501a/b变频调速风机。
本项目控制回路以单参数控制为主，控制方案如下：
（1）凝结水罐v501设置液位调节回路。
（2）空冷后路温度调节a501a/b风机变频调速。i/o点数分布情况如表1所列。
2.2
远传及就地式仪表选型
（1）温度测量仪表：就地温度指示仪表选用双金属温度计，远传温度指示仪表选用铠装热电阻。
（2）压力测量仪表：就地压力测量仪表选用不锈钢压力表，远传压力测量仪表选用智能压力（差压）变送器。
（3）流量测量仪表：远传流量测量仪表选用涡街流量计及一体化孔板流量计。
（4）阀门及附件：调节阀选用气动单座调节阀，开关阀选用气动开关闸阀，电动阀选用电动调节型球阀。
（5）分析仪表：电导在线分析选用在线电导分析仪，水中油在线分析选用水中油在线分析仪。
2.3
仪表供电与接地
供电方面，本项目新增的变送器、调节阀、流量计等仪表所需的dc24 v供电由新建机柜间dcs系统提供。分析屋ups供电（共20 a）及gps供电由电气专业送至分析屋配电箱。电动阀ac380 v、50 hz、三相供电由电气专业提供。
仪表系统各类接地应汇接到总接地板，实现等电位连接。本项目新增电动阀的接地应按电气专业的有关标准规范和方法进行，并接入低压配电系统接地网。本次设计新增仪表正常不带电的金属外壳、电缆槽盒、电缆保护管等均需保护接地，用接地线连接在附近已接地的金属构件上，但不得接至输送可燃物质的金属管道；信号回路接地采用一点接地（一般在控制室内）的原则。仪表系统的接地电阻不应大于1 ω。
现场仪表进线均先接防爆挠性连接管，再接防爆隔离密封盒，并用密封胶泥密封，最后接保护管；并要求保护管及挠性连接管低于仪表进线口，以防雨水进入表内，满足仪表防水防爆要求。现场机泵运行状态信号、启停控制信号及手/自动切换信号电缆由电气专业引至现场机柜间，所用电缆由电气专业开列。电动阀所需供电电缆由电气专业送至现场电动阀处。仪表气源采用净化风，仪表净化风压力最低不小于0.4 mpa，气动阀气源由新增仪表风管线引取。
3 供电配电系统优化设计
设计范围：新建凝结水站的动力、照明、防雷、防静电及接地的设计。
装置环境特征：一般正常环境，发生断电恢复供电后，能较快地恢复正常生产，故新建凝结水站的用电负荷均为二级负荷。新建凝结水站内用电设备容量总计524.8 kw，计算容量235.76 kw，采用最大容量75 kw的异步电动机，ac380 v供电。
3.1
供配电系统
3.1.1 电源情况
新建站用电负荷的电源均接自新建空压站内变电所的低压配电室，配电回路均由变电所项目统一考虑，不在本次设计范围之内。变电所的电源能满足本装置二级负荷供电的要求。
新建凝结水站要求变电所提供的配电回路为：16个低压电动机回路，分别用于冷凝液泵（p-501a/b）、反洗水泵（p-502a/b）、含油污水提升泵（p-503a/b）、表面冷凝液过滤器（fⅰ-501a/b）、精密过滤器（fⅰ-502a/b）及凝结水空冷器（a-501a～f），其中冷凝液泵（p-501a/b）和凝结水空冷器（a-501a/b）为变频控制；9个配电回路，分别用于冷凝液泵（p-501a/b）变频器、凝结水空冷器（a-501a/b）变频器、凝结水电动调节阀（mv-505a/b）、除盐水电动调节阀（mv-507a/b）及仪表分析小屋（fah-501）；1个ups配出回路，用于仪表分析屋（fah-501）；1个照明配电回路，用于照明配电箱（2al）。
3.1.2 配电电压
容量＜160 kw的电动机配ac380 v；低压设备操作电源，如电加热器及照明电源配ac220 v。
3.1.3 动力配线
新建凝结水站内采用铜芯阻燃电缆配电，配电电缆从新建的空压站变电所出来后，沿新增的电缆沟敷设到新建凝结水站区域内，沿电缆沟敷设至用电设备附近，再穿保护管直埋或明配至用电设备。
新建凝结水站的机泵均采用现场操作柱控制方式，对于37 kw及以上的电动机，在操作柱上设置电流表，部分机泵设仪表dcs联锁开停。将机泵的故障信号引入电气控制系统内。将机泵的运行状态信号、联锁信号送入仪表dcs机柜[3]。
3.2
防雷、防静电、接地要求
新建站的接地以水平接地线为主，局部地方打少量接地极。接地网尽量与建筑物基础内的钢筋相连接，基础内的钢筋要连接可靠，以降低接地电阻值。站内的工作接地、保护接地、防雷接地、防静电接地采用共用接地网系统，其接地电阻值要求≤4 ω。
3.3
照明
站内设工作照明、照明电源与动力电源共用变压器，设专用照明柜，柜内设双电源切换，以保证照明电源的供电可靠性。照明采用防水防尘防腐灯具，光源采用高效节能的led光源，照明配线采用导线穿保护管沿框架的梁、柱及平台栏杆等明配，照明灯具在现场照明配电箱上集中控制。
4 结语
随着国家对石油炼化企业的扩容力度不断加大，原有的冷凝水站和空压站都已经无法满足生产需求，新建的配套设施不是简单增加设备台套数量，而是需要彻底改进工艺和迭代设备。基于此，本文简单介绍了该类工程的设计思路和设备类型，可为行业内的类似工程设计和改进提供有效的参考和借鉴。
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