H2S／S02比值控制系统在硫磺回收装置的应用

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中国石油庆阳石化公司 3kt/a硫磺回收装置的原料，是来 自溶剂再生和酸性水汽提装置的酸性气，产品主要为成品硫磺。其工艺原理是：酸性气进装置后，经酸性气分液罐脱水后进人制硫燃烧炉，烃类和氨类组分完全燃烧。在制硫燃烧炉内，约 60%(V)的 H：s反应转化为硫，其余的有1/3转化为SO 、2/3保持不变。分离液硫后的气体中H S、sO：及 CO 等过程气，在装有抗硫酸盐化催化剂的-、二级转化器中进行低温催化反应。

反应后的过程气分离出硫磺后，进入尾气加氢部分，使尾气中的硫化物和气态硫还原并水解为H，S。原料的最佳比例配比是化学反应的最基本条件，要获得最大转化率，理论上必须保证燃烧后的反应气中 H S与 sO 的分子之比为 2：1。但是，由于硫磺回收装置的原料是来 自全厂各装置的含硫污水，这将导致硫磺回收装置反应气中H：s与SO：的比值大幅度波动，直接影响到装置的转化率。因此，在实际生产中迫切需要将 H：S与 SO 的比值控制在稳定范围内(最佳比值是接近2：1)，以改善硫磺回收装置的运行条件、提高硫磺回收的转化率、降低 SO：的排放量。

为此，笔者在硫磺回收装置传统工艺流程和原 DCS系统的基础上，采用北京信广华科技有限公司自主研发的 HCHACS控制软件平台和 H S与SO，比值控制专有技术，从工艺分析和系统辨识两个方面给出算法，采用先进控制策略设计主/副配风控制器，与 DCS配合控制配风量，消除非线性、大滞后及酸性气量变化等因素对 H S/SO比值的影响，以期提高 H：S/SO 比值的平稳率。

1 控制系统实施需求在制硫燃烧炉中主要发生如下反应：2H2S02羊兰2H20S2Q (1)2H2S302 2SO22a20Q (2)2H2SSO2 。 S 2H20Q (3)分离液硫后的气体中H：s、sO 及 CO 等过程气，在装有抗硫酸盐化催化剂的-、二级转化器中发生低温催化反应，其主要的化学反应为：2H2SSO2 ÷s 2H20Q (4)其中，反应式(3)、(4)是在制硫燃烧炉 、-级转化器、二级转化器处分别进行的相同化学反应。

将H S中的硫组分转化成硫，这是硫磺回收装置所期望的反应。反应式(3)、(4)中的 SO 是由H：s经反应式(2)转化而来的。

由反应式 (2)可 见，控 制配 风可 直 接控 制H S/SO：的比值。但由于以下原因，要保持 H：S与 SO：比值的平稳率，存在以下困难：a.H S/SO 比值控制的非线性。由反应式(2)可见，s0 由 H s转化而来，H：s与 sO 是此消彼长的关系，H S/SO 比值相当于 的关系，1 - 丑即典型的非线性关系。

b.大滞后。配风量变化后，要先、后经过制收稿Et期：2012-10-12(修改稿)第 2期 李雪梅等.H：S/SO：比值控制系统在硫磺 回收装置的应用 281硫燃烧炉、-级冷凝器、-级转化器、二级冷凝器、二级转化器、三级冷凝器及尾气分液罐等环节，才能到达 H：S/SO：在线分析仪，分析结果大大滞后于配风量的变化。

c.反应进料酸性气流量的变化。受酸性水汽提装置和上游装置的影响，酸性气流量(即 H：s含量)常产生较大幅度波动，直接影响到 H S/SO：比值的稳定性。

d.酸性气中H s浓度的变化。由于 H s是剧毒气体，-般装置不宜配备检测仪器，因而酸性气中 H s的浓度波动无法及时、准确地检测，只能等到 H S/SO：发生变化时才采取应对措施。

这也是常规配风量控制对酸性气流量的比值控制无法取得 H S/SO 比值稳定而又良好的效果的主要原因。

e.酸性气中烃类组分含量的变化。烃类组分含量变化，燃烧烃类所需氧气量随之变化，直接影响到生成的 SO：含量的变化，从而影响到 H：s与SO 之比的稳定性。

f.酸性气中氨含量的变化。该装置采用烧氨工艺，氨含量变化，烧氨所需氧气量随之变化，从而影响到生成的SO：含量的变化。

鉴于上述原因，该公司3kt/a硫磺回收装置决定采用北京信广华科技有限公司开发的先进控制技术，提高 H：S/SO：的平稳率，改善硫磺回收装置的运行条件，从而提高硫磺回收的转化率，降低尾气加氢部分的负荷，降低排人大气的含硫量。

2 控制系统的实施2.1 目标在传统工艺流程和 DCS控制系统的基础上，引进、开发并实际投运-套软、硬件系统，与硫磺回收装置的 DCS系统配合，更加准确地控制装置的配风量，提高 H：S/SO：比值 的平稳率，并使H2S/SO2比值尽量接近2：I。

2.2 实施内容针对 H：S/SO 比值控制的非线性、反应过程中的大滞后及酸性气量变化等因素的影响，设计主/副配风控制器来控制配风量，使以上因素对H：S/SO：比值的影响降至最小程度。在主/副配风控制器的配合下，针对酸性气中 H2S浓度、烃类及氨含量等变化对 H：s与 SO：比值的影响，设计副配风控制器，进-步降低主配风控制器没有完全消除的非线性、大滞后和酸性气量变化对H：S/SO：比值的影响。为最大限度地降低项目实施过程对实际生产的影响，仿真研究主/副配风控制器，离线研究非线性、大滞后及酸性气流量变化等原因对 H S/SO：比值 的影响，并根据研究结果，适当修正设计。

从工艺分析和系统辨识两个方面给出算法，以消除非线性、大滞后及酸性气量变化等原因对H：S/SO：比值的影响，使配风量大致合适〃立过程气中H。S/SO：比值与燃烧炉温度、配风量和酸性气量之间关系的数学模型，通过特殊的算法消除酸性气中H S浓度变化、烃类含量变化和氨含量变化对 H S/SO：比值的影响，实现副配风的快速精确控制，提高 H：S/SO：比值的平稳率和准确性。

2.3 控制方案利用 HCHACS控制软件平台及相应的硬件系统，组成主配风控制器和副配风控制器，配风控制器从 DCS中读取需要的过程参数，经过运算处理，得到控制数据，再将控制数据送给 DCS，由DCS实现对生产过程中配风量的控制。配风方案结构如图1所示。

圆 圆 1鎏i男 l设K定til值-l DCS0l 硫磺回收装置图 1 硫磺 回收装置配风控制结构框图2.3.1 主/副配风控制器方案配风控制器实现的目标是：控制进入制硫燃烧炉的风量，使三级冷凝冷却器出口过程气中的H s：SO：2：1。为此，需控制燃烧炉出口、-/二级转化器内过程气中的 H：S/SO：比接近 2：1。达到这个条件，即可保证过程气中的硫化物最大限度地转化为硫磺。

控制方案中主配风和副配风控制器各有侧重，相互配合，根据制硫尾气 H S/SO：比值分析仪、氧化锆分析仪及烟道气 sO 分析仪等对 H：s和 SO：组分的分析结果，调节配风量，保证反应后的过程气中H：S与 SO：之比为2：1。

282 化 工 自 动 化 及 仪 表 第 4O卷主配风控制器主要实现对酸性气流量的跟踪，对 H：S/SO 比的控制主要由副配风控制器实现。副配风控制器的运算流程为：由多变量模型预估辨识拈根据过程历史数据，辨识出制硫尾气组分 H S/SO 比与炉温、酸性气量、主配风及副配风等之间关系的多变量模型和多变量模型预估控制拈。根据各相关过程参数的实时值，按照辨识出的模型计算期望风量，并输出给 DCS实施控制。

2.3.2 与 DCS的切换方案在 DCS端加设切换软开关，供操作人员在DCS和配风控制器间切换，具体切换方案如图 2所示。切换信号传送给配风控制器，供配风控制器无扰切换用。配风控制器正常运行时 ，发送给DCS-个看门狗信号，供 DCS判断配风控制器的死机及掉电等意外情况。如果出现此类情况，系统 自动切回DCS控制，维持基本的运行状态。

图 2 配风控制 器与 DCS间的切换 方案达到的主要技术指标：系统投入运行后，在保 比值控制专有技术设计开发的 H：S/SO：比值先证硫磺回收生产装置平稳运行的前提下，系统投 进控制系统，在中国石油庆阳石化公司的 3kt/a运率大于 80%；系统投运期间，三级冷凝冷却器 硫磺回收装置投运后，大大提高了H S/SO 比值出口过程气中H S/SO 的比值在设定值的 ±0.5 的平稳率，达到了改善硫磺回收装置的运行条件，之间，平稳率高于 80%(即等间隔取样，H S/SO： 提高硫磺回收转化率和硫磺产品的质量与产量的的比值在设定值的 土0.5的数据数量大于总数据 目的，而且降低了后续尾气加氢处理部分的负荷量的80%)。 和装置排空烟气的 SO 含量，减少了对周围大气3 结束语 的污染，实现了节能减排、安全环保的目标，具有在 HCHACS控制软件平台上应用 H：S/SO -定的经济效益和显著的社会效益。

(上接第275页)IN OUT图7 选择开关 SW-33与 MLD-SW 控制回路连接7 结束语分析研究了集散控制系统中连续控制和顺序控制的-些复杂应用实例。对顺控表、定时器、PID控制器、运算块、软件开关和报警器的综合应用进行了说明。对使用选择开关 SW.33和自动/手动控制功能块的结合进行了阐述。笔者的研究对深入了解控制站各种功能块使用和集散控制系统控制站组态设计，以及综合运用多种类型功能块完成复杂控制方案的实施，具有-定的实际意义和实用价值。