膨脹機(jī)在I/A Series控制系統(tǒng)的應(yīng)用

張偉霞

(河南省中原大化集團(tuán)電儀維修工程公司，河南濮陽 457004)

1 引言

中原大化公司煤化工裝置2008年建成投產(chǎn)，空分裝置采用杭氧公司工藝技術(shù)和設(shè)備，主要為氣化裝置提供合格的氧氣和氮?dú)?。膨脹機(jī)是空分裝置的重要設(shè)備之一，在生產(chǎn)中是不可缺少的。其主要作用是將來自氮壓機(jī)二段的氮?dú)饨?jīng)增壓機(jī)加壓，經(jīng)增壓機(jī)后冷卻器冷卻后進(jìn)入循環(huán)換熱器。在循環(huán)換熱器中被冷卻到后抽出，然后經(jīng)過膨脹機(jī)前過濾器，快關(guān)閥以及膨脹機(jī)噴嘴，最后推動(dòng)膨脹機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)對外做功，氣體溫度、壓力降低，同時(shí)有少量被液化，經(jīng)分離器分離后，液體部分送到低壓塔做為少量回流液。氣相部分則進(jìn)入換熱器復(fù)熱，最后進(jìn)入中壓氮總管。膨脹機(jī)是杭氧公司生產(chǎn)的渦輪式壓縮機(jī)。

控制系統(tǒng)由Miconwell公司的ITCC控制系統(tǒng)完成了膨脹機(jī)監(jiān)測、控制、邏輯和安全保護(hù)等功能。隨著使用時(shí)間增長控制點(diǎn)的增多，控制系統(tǒng)故障頻率也增多，不僅嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)，而且造成了經(jīng)濟(jì)、能源浪費(fèi)和企業(yè)效益損失。2012年年度大修期間公司決定將系統(tǒng)采用中央主控FOXBORO公司的I/A Series控制系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件升級同時(shí)也降低了ITCC控制系統(tǒng)的減壓。

圖 中原大化公司煤化工裝置

2 改造的必要性

由于膨脹機(jī)該系統(tǒng)出現(xiàn)問題會(huì)造成整個(gè)甲醇裝置系統(tǒng)停車，考慮ITCC系統(tǒng)的負(fù)荷問題和生產(chǎn)穩(wěn)定等問題，把膨脹機(jī)控制系統(tǒng)改造到FOXBORO公司的I/A Series控制系統(tǒng)中。

(1)控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

由于ITCC控制系統(tǒng)，維修有一定困難且維修費(fèi)用也較高，同時(shí)要求維修人員具有較高的專業(yè)技術(shù)，并且有一定的外語和計(jì)算機(jī)功底，只有對整個(gè)系統(tǒng)了解和熟悉后才能對常見的故障做到判斷迅速、排除迅速，并盡可能地降低維修費(fèi)用，確保系統(tǒng)的正常穩(wěn)定。另一方面由于產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，該產(chǎn)品配件也升級換代，備件供應(yīng)較慢,出現(xiàn)問題很難解決。所以對膨脹機(jī)控制系統(tǒng)升級改造十分必要。

(2)改造方案的確定和實(shí)施針對系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題，經(jīng)過認(rèn)真分析研究，確定對膨脹機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。這次改造采用FOXBORO公司高性能成熟的I/A Series控制系統(tǒng)。來替代原有的ITCC進(jìn)行對膨脹機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。將原來用于膨脹機(jī)噴嘴調(diào)節(jié)和防喘振調(diào)節(jié)改到I/A Series系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，其它功能和操作方式基本不變?，F(xiàn)場儀表和操作盤不做任何改動(dòng)，只是把膨脹機(jī)的信號線重新拉電纜到備用的接線盒里，再把從接線盒到DCS控制系統(tǒng)的備用點(diǎn)找到，接到相應(yīng)的端子排上。本次改造用的是原有I/A Series控制系統(tǒng)的備用通道，信號線接好后直接進(jìn)行組態(tài)調(diào)試就行，不需要增加任何硬件和軟件。

3 控制功能和顯示功能

改造后的I/A Series控制系統(tǒng)進(jìn)行編程組態(tài)，組態(tài)包括控制功能和顯示功能兩部分。

控制功能部分:

(1)膨脹機(jī)的開停和控制：就地/控制室盤選擇開關(guān)，選擇在控制室還是在就地啟動(dòng)/停止膨脹機(jī)。調(diào)整膨脹機(jī)膨脹量，控制好入塔空氣溫度，氧氣取出量，加工空氣量和壓力。通過膨脹量來控制主冷液位的高低，轉(zhuǎn)速、噴嘴、防喘振閥控制。膨脹機(jī)出入口氣體溫度、內(nèi)外軸承溫度、油過濾器后的油溫正常、出入口氣體壓力、潤滑油進(jìn)軸承油溫、密封氣壓力、膨脹機(jī)軸振動(dòng)、導(dǎo)流器與膨脹機(jī)出口壓力差、檢查油箱油液位以及油泵運(yùn)行情況等監(jiān)測指示功能。

(2)聯(lián)鎖保護(hù)功能：系統(tǒng)出現(xiàn)保護(hù)性故障時(shí)，具有報(bào)警、停機(jī)功能，軸瓦溫度、軸振動(dòng)軸位移、油系統(tǒng)、密封氣系統(tǒng)、出入口氣體溫度、壓力以及轉(zhuǎn)速出現(xiàn)故障等原因報(bào)警跳車時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警，并記錄報(bào)警信息。

輔助系統(tǒng)控制:

包括輔助油泵啟停控制、兩個(gè)油泵的互啟控制、油電加熱器的控制。

另外還有：

(1)噴嘴控制功能

在程序中組態(tài)噴嘴調(diào)節(jié)器[FY01309]完成噴嘴控制功能，組態(tài)控制選擇方式，手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換，快開/快關(guān)按鈕等功能。開車時(shí)對噴嘴開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(2)防喘振閥控制功能

在程序中組態(tài)防喘振調(diào)節(jié)器FIC01312，該控制器具有：當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的全手動(dòng)功能將自動(dòng)被屏蔽。當(dāng)機(jī)組有運(yùn)行信號時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)切換到全自動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)機(jī)組有信號停止時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)切換到手動(dòng)狀態(tài)，并且輸出100%。當(dāng)進(jìn)行緊急放空操作時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)切換到手動(dòng)狀態(tài)，并且輸出100%，同時(shí)使得電磁閥失電。此功能僅限于機(jī)組極其不穩(wěn)定的時(shí)候才可以應(yīng)用。當(dāng)機(jī)組處于安全狀態(tài)時(shí)，可以將全自動(dòng)切換到半自動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行人工操作，但當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)時(shí)半自動(dòng)將自動(dòng)被全自動(dòng)代替。通過調(diào)節(jié)防喘振調(diào)節(jié)器來控制膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速。

顯示功能部分:

改造后的控制系統(tǒng)用CIO控制組態(tài)器進(jìn)行組態(tài)，該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，功能強(qiáng)大，操作簡單。操作畫面的流程采用的FoxDraw軟件來完成的。

DCS工程師站通過工業(yè)以太網(wǎng)與PC通訊,連續(xù)不斷的從生產(chǎn)過程中獲得大量的信息，并及時(shí)為工藝操作人員顯示設(shè)備狀態(tài)，提供彩色畫面詳圖、趨勢圖、報(bào)警表、以及動(dòng)態(tài)流程圖，因此操作人員可以通過上述畫面檢查各種信號的詳細(xì)情況，修改設(shè)定值、改變操作方式，從而起到指導(dǎo)實(shí)時(shí)操作和控制的作用。

4 聯(lián)機(jī)調(diào)試

當(dāng)完成控制柜接線和軟件編程組態(tài)工作后，對系統(tǒng)功能進(jìn)行調(diào)試，檢查控制功能和邏輯，聯(lián)鎖保護(hù)等功能是否和原來一樣。調(diào)試合格后，做好系統(tǒng)程序和用戶程序備份，交付生產(chǎn)使用。

5 實(shí)施效果

經(jīng)過大家的努力，現(xiàn)場及系統(tǒng)接線，組態(tài)，回路測試，功能模擬測試等等都在大修結(jié)束之前完成。在集團(tuán)公司2012年度大修開始后，僅僅用了兩周的時(shí)間實(shí)現(xiàn)了新老系統(tǒng)的交替，而且保證了所有重要功能的同步實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié)語

從經(jīng)濟(jì)角度考慮，從膨脹機(jī)改造由IA’S控制系統(tǒng)投用至今，系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅提高，避免了ITCC系統(tǒng)本身原因?qū)е律a(chǎn)裝置停車，同時(shí)，IA’S控制系統(tǒng)備件成本大幅降低，每年節(jié)約的備件和維護(hù)費(fèi)用都很大。并且新系統(tǒng)還以出色的人機(jī)界面為工藝操作提供了更便捷的操作方式，直接和間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，避免的生產(chǎn)裝置停車損失達(dá)上百萬元。