T6300壓縮機(jī)控制系統(tǒng)在催化裂化裝置中的應(yīng)用(下)

伍 凌 蔣 躍 郭君峰

(1.浙江水利水電學(xué)院，杭州 310018；2.浙江中控技術(shù)股份有限公司，杭州 310053)

3.1.4主風(fēng)機(jī)防喘振控制

利用ICS T6300系統(tǒng)專用的防喘振擴(kuò)展函數(shù)塊實(shí)現(xiàn)軸流式主風(fēng)機(jī)(簡(jiǎn)稱主風(fēng)機(jī))的防喘振控制，主風(fēng)機(jī)防喘振控制回路如圖12所示。

圖12 主風(fēng)機(jī)防喘振控制回路界面

主風(fēng)機(jī)防喘振與氣壓機(jī)防喘振控制有本質(zhì)區(qū)別，主風(fēng)機(jī)防喘振是壓力防喘振保護(hù)，即保證出口壓力不在喘振區(qū)(圖13)。

3.1.4.1主風(fēng)機(jī)防喘振擴(kuò)展函數(shù)及功能塊說明

利用ICS T6300系統(tǒng)防喘振擴(kuò)展函數(shù)，實(shí)現(xiàn)主風(fēng)機(jī)防喘振控制。下面以主風(fēng)機(jī)防喘振控制為例進(jìn)行說明。

當(dāng)主風(fēng)機(jī)需要手動(dòng)調(diào)節(jié)而又要杜絕喘振現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，建議選用半自動(dòng)(部分自動(dòng))操作方式，其優(yōu)點(diǎn)是不僅具有手動(dòng)控制的功能，而且進(jìn)入防喘振線區(qū)具有喘振優(yōu)先功能。①

防喘振調(diào)節(jié)器，初次使用默認(rèn)比例度為100，積分時(shí)間默認(rèn)為30次/s，用戶可以根據(jù)需要在HMI畫面上修改比例度和積分時(shí)間，當(dāng)前操作點(diǎn)不小于防喘振下移線時(shí)(操作點(diǎn)工作在防喘振下移線的上側(cè))，強(qiáng)制增大放大倍數(shù)，比例度強(qiáng)制為30以加強(qiáng)比例帶作用。比例項(xiàng)在防喘振控制線上側(cè)的某一設(shè)定區(qū)域內(nèi)開始打開防喘振閥，當(dāng)操作點(diǎn)到達(dá)喘振線時(shí)完全打開防喘振閥。同時(shí)逆流信號(hào)開始判斷，如果逆流就安全運(yùn)行，持續(xù)逆流就啟動(dòng)聯(lián)鎖邏輯。

主風(fēng)機(jī)防喘振擴(kuò)展函數(shù)功能塊的作用分述如下：

a. Ptcomp功能塊，實(shí)現(xiàn)喉部差壓、溫度和壓力的補(bǔ)償，主風(fēng)機(jī)防喘振流量、溫度和壓力補(bǔ)償操作點(diǎn)的單位為kPa，主要參數(shù)有喉部壓差、入口壓力/設(shè)計(jì)壓力和入口溫度/設(shè)計(jì)溫度，用于主風(fēng)機(jī)防喘振的操作點(diǎn)；

b. margin功能塊，進(jìn)行喘振裕度調(diào)節(jié)，主要參數(shù)有基本裕度/總裕度、喘振標(biāo)記/復(fù)位、喘振計(jì)數(shù)、喘振下移點(diǎn)、Y軸喘振點(diǎn)及其工作點(diǎn)；

c. table5功能塊，設(shè)置喘振線和喘振點(diǎn)，是分別由X、Y軸6個(gè)點(diǎn)形成的五段折線喘振線；

d. tmcpid功能塊，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，即主風(fēng)機(jī)防喘振的PID控制；

e. moderead功能塊，設(shè)置操作模式。

需要說明的是，主風(fēng)機(jī)防喘振PID控制模式，分為手動(dòng)/自動(dòng)/半自動(dòng)3種模式。模式置0為純手動(dòng)，此時(shí)不受測(cè)量和給定影響，為純手動(dòng)輸出到調(diào)節(jié)閥，操作員可以在上位HMI 畫面上手動(dòng)輸出調(diào)節(jié)閥輸出值；模式置1為自動(dòng)，自動(dòng)進(jìn)行防喘振控制，PID控制自動(dòng)進(jìn)行；模式置2為半自動(dòng)，防喘振控制可以相當(dāng)于手動(dòng)控制，但進(jìn)入喘振區(qū)后喘振控制優(yōu)先，即防喘振工作點(diǎn)進(jìn)入防喘振區(qū)域時(shí)，雖然是手動(dòng)輸出但還是優(yōu)先防喘振自動(dòng)控制，保證防喘振工作點(diǎn)不進(jìn)入喘振區(qū)。

3.1.4.2主風(fēng)機(jī)防喘振控制

首先進(jìn)行防喘振線比例度加強(qiáng)，當(dāng)前操作點(diǎn)遠(yuǎn)離防喘振線時(shí)，比例度默認(rèn)為100，保證入口壓力波動(dòng)不影響防喘振輸出；當(dāng)前操作點(diǎn)不小于防喘振下移線時(shí)，強(qiáng)制增大放大倍數(shù)，比例度強(qiáng)制為30。

其次進(jìn)行PID控制參數(shù)的調(diào)節(jié)，作用方式為正作用；設(shè)置控制器快開/慢關(guān)速率，即快開2 000則慢關(guān)為800；獨(dú)立的比例項(xiàng)可以強(qiáng)制防喘振閥打開，其作用與常規(guī)PI調(diào)節(jié)器之間相互獨(dú)立，比例項(xiàng)在防喘振控制線上側(cè)的某一設(shè)定區(qū)域內(nèi)開始打開防喘振閥，當(dāng)操作點(diǎn)到達(dá)喘振線時(shí)完全打開防喘振閥，同時(shí)逆流信號(hào)開始判斷，如果逆流就安全運(yùn)行，持續(xù)逆流就觸發(fā)聯(lián)鎖邏輯。

積分時(shí)間設(shè)置初值默認(rèn)為30次/s，可以在HMI畫面上進(jìn)行修改；微分時(shí)間設(shè)置為0s。

手動(dòng)/自動(dòng)/半自動(dòng)的無擾動(dòng)切換方案如下：

0=手動(dòng) 純手動(dòng)

1=自動(dòng) 純自動(dòng)

2=半自動(dòng) 有手動(dòng)功能，但喘振優(yōu)先

半自動(dòng)模式防喘振保護(hù)功能，相當(dāng)于手動(dòng)輸出，但進(jìn)入喘振區(qū)喘振控制優(yōu)先；手動(dòng)輸出跟蹤PID輸出。

防喘振閥調(diào)節(jié)：防喘振輸出0%～100%分程放大，0%～50%放大到0%～100%，50%～100%放大到0%～100%。

防喘振閥A輸出(大閥)：50%～100%放大到0%～100%，喘振閥大閥分程放大輸出，快開(快開速率2 000)/慢關(guān)(慢關(guān)速率800)速率。

防喘振閥B輸出(小閥)：0%～50%放大到0%～100%，喘振閥小閥分程放大輸出，快開(快開速率2 000)/慢關(guān)(慢關(guān)速率800)速率。

此處，主風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油壓調(diào)節(jié)控制略去，不作介紹。

3.2 氣壓機(jī)機(jī)組控制方案

3.2.1汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制

本項(xiàng)目的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制為505系統(tǒng)，正常生產(chǎn)時(shí)需將轉(zhuǎn)速給定切換到遠(yuǎn)程MCS給定控制，如圖14所示。

圖14 505調(diào)速-給定(505/MCS)和控制 (505/MCS)切換

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速給定切換條件為：

a. 505系統(tǒng)轉(zhuǎn)速給定與MCS轉(zhuǎn)速給定切換，輔助操作臺(tái)上按鈕(拔出)置1，置1為MCS給定，置0則為505給定；

b. 遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)速給定已投用置1，由505系統(tǒng)來。上述兩個(gè)條件均置1，左面顯示MCS給定，只有上述有一個(gè)條件置0;左面顯示505給定，轉(zhuǎn)速范圍0～12kr/min，最終給定顯示值在“MCS給定”顯示框中，MCS轉(zhuǎn)速給定輸出到505系統(tǒng)轉(zhuǎn)速給定，給定范圍6 808～10 211r/min。

汽輪機(jī)控制切換：MCS控制與505控制顯示，選擇現(xiàn)場(chǎng)MCS控制與505控制開關(guān)(置1為MCS控制，置0為505控制)，如果置1轉(zhuǎn)到MCS控制，此時(shí)上位顯示MCS控制。當(dāng)轉(zhuǎn)到MCS給定時(shí)，必須控制現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)置1并且505到MCS給定同時(shí)置1，否則為505給定。由505控制時(shí)，MCS給定值自動(dòng)跟蹤505轉(zhuǎn)速信號(hào)，MCS切換到505控制時(shí)也能自動(dòng)跟蹤MCS，保證了無擾動(dòng)切換。需要注意的是：

a. MCS輸出到505轉(zhuǎn)速給定值，量程范圍為6 808～10 211r/min；

b. 505轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量值的量程范圍為0～12kr/min；

c. MCS給定值的輸入范圍6 808～10 211r/min，也可以按右面的按鈕增加或減小給定值，此時(shí)沒有范圍的限制。

氣液分離器的液位調(diào)節(jié)此處略去，不作介紹。

3.2.2分餾塔壓力與氣壓機(jī)防喘振輸出高選

利用ICS T6300系統(tǒng)專用的防喘振擴(kuò)展函數(shù)模塊來完成富氣壓縮機(jī)(簡(jiǎn)稱氣壓機(jī))的防喘振控制。氣壓機(jī)防喘振控制回路如圖15所示。

圖15 分餾塔壓力與氣壓機(jī)防喘振輸出 高選控制回路界面

氣壓機(jī)防喘振與主風(fēng)機(jī)防喘振控制有本質(zhì)區(qū)別，主風(fēng)機(jī)防喘振是流量防喘振保護(hù)，保證入口流量不在喘振區(qū)(圖16)。

圖16 主風(fēng)機(jī)防喘振控制界面

3.2.2.1氣壓機(jī)防喘振擴(kuò)展函數(shù)及其功能塊說明

利用ICS T6300系統(tǒng)防喘振擴(kuò)展函數(shù)實(shí)現(xiàn)氣壓機(jī)防喘振控制。下面以氣壓機(jī)防喘振控制為例進(jìn)行說明。

當(dāng)氣壓機(jī)需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，又要杜絕喘振現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，建議選用半自動(dòng)(部分自動(dòng))操作方式，不但實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)控制功能，而且進(jìn)入防喘振線區(qū)后具有喘振優(yōu)先功能。

初次使用防喘振調(diào)節(jié)器時(shí)默認(rèn)比例度為200，積分時(shí)間默認(rèn)為30次/s，用戶可以根據(jù)需要修改比例度和積分時(shí)間。

氣壓機(jī)防喘振擴(kuò)展函數(shù)的各功能塊的功能如下：

a. opcalc功能塊，設(shè)置流量和溫度/壓力補(bǔ)償?shù)牟僮鼽c(diǎn)。氣壓機(jī)壓縮機(jī)防喘振操作點(diǎn)(X軸)的主要參數(shù)有入口流量、入口孔板壓力/設(shè)計(jì)壓力和入口孔板溫度/設(shè)計(jì)溫度。

b. margin功能塊，喘振裕度的設(shè)置，主要參數(shù)有基本裕度/總裕度、喘振標(biāo)記/復(fù)位、喘振計(jì)數(shù)、喘振下移點(diǎn)，X(Y)軸喘振點(diǎn)和工作點(diǎn)。

c. table5功能塊，形成喘振線和喘振點(diǎn)，即分別由X/Y軸6個(gè)點(diǎn)形成的五段折線喘振線。

d. tmcpid功能塊的功能是實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)，即主風(fēng)機(jī)防喘振PID控制。

e. moderead功能塊用于設(shè)置操作模式。

主風(fēng)機(jī)防喘振PID控制模式，分為手動(dòng)/自動(dòng)/半自動(dòng)3種模式：模式置0為純手動(dòng)，不受測(cè)量和給定的影響，為純手動(dòng)輸出到調(diào)節(jié)閥，可以由操作員在上位HMI畫面上的手動(dòng)輸出按鈕上設(shè)置調(diào)節(jié)閥輸出值；模式置1為自動(dòng)，自動(dòng)進(jìn)行防喘振控制，PID控制自動(dòng)進(jìn)行；模式置2為半自動(dòng)，防喘振控制可以相當(dāng)于手動(dòng)控制，但喘振控制優(yōu)先，即防喘振工作點(diǎn)進(jìn)入防喘振區(qū)域時(shí)，雖然手動(dòng)輸出，但還是優(yōu)先防喘振自動(dòng)控制，以保證防喘振工作點(diǎn)不進(jìn)入喘振區(qū)。

3.2.2.2氣壓機(jī)防喘振控制

應(yīng)用防喘振PID控制功能塊時(shí)，如果前操作點(diǎn)遠(yuǎn)離防喘振線，則比例度默認(rèn)為200，保證入口流量波動(dòng)不影響防喘振輸出；當(dāng)前操作點(diǎn)不大于防喘振下移線時(shí)，強(qiáng)制增大放大倍數(shù)，比例度強(qiáng)制為50。

PID控制參數(shù)的作用方式為反作用；設(shè)置控制器快開/慢關(guān)功能，快開為1 000，慢關(guān)為200。

獨(dú)立的比例項(xiàng)可強(qiáng)制防喘振閥打開，其作用與常規(guī)PI調(diào)節(jié)器之間相互獨(dú)立。比例度設(shè)置初值默認(rèn)200，可以在HMI畫面上修改比例度，當(dāng)前操作點(diǎn)不大于防喘振下移線時(shí)(操作點(diǎn)工作在防喘振下移線的左側(cè))，強(qiáng)制增大放大倍數(shù)，比例度強(qiáng)制為50以加強(qiáng)比例帶作用。比例項(xiàng)在防喘振控制線(下移線)左側(cè)的某一設(shè)定區(qū)域內(nèi)開始打開防喘振閥，當(dāng)操作點(diǎn)到達(dá)喘振線時(shí)完全打開防喘振閥。

積分時(shí)間設(shè)置初值默認(rèn)為30次/s，可以在HMI畫面上進(jìn)行修改；微分時(shí)間設(shè)置為0s。

手動(dòng)/自動(dòng)/半自動(dòng)的無擾動(dòng)切換：

0=手動(dòng) 純手動(dòng)

1=自動(dòng) 純自動(dòng)

2=半自動(dòng) 有手動(dòng)功能但喘振優(yōu)先

半自動(dòng)模式防喘振保護(hù)功能相當(dāng)于手動(dòng)輸出，但進(jìn)入喘振區(qū)喘振控制優(yōu)先；手動(dòng)輸出跟蹤PID輸出。

防喘振閥的調(diào)節(jié)：本地/遠(yuǎn)程控制選擇半自動(dòng)時(shí)，本地(MCS)/遠(yuǎn)程(DCS)選擇控制，本地置0，遠(yuǎn)程置1。

分餾塔的壓力控制此處略去，不作介紹。

防喘振輸出與分餾塔壓力調(diào)節(jié)輸出高選，操作方法有兩種：

a. 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求分餾塔壓力要與防喘振閥輸出進(jìn)行高選邏輯控制，為此，正常防喘振設(shè)置為半自動(dòng)位置，并且運(yùn)行正常時(shí)，防喘振閥輸出為0全關(guān)，一般不會(huì)選中，具有節(jié)能措施，當(dāng)進(jìn)入喘振區(qū)時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)打開防喘振閥；用分餾塔壓力調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)分餾塔壓力，并與防喘振控制輸出高選共享一個(gè)防喘振閥控制，保證分餾塔壓力，進(jìn)入喘振區(qū)防喘振起作用。

b. 分餾塔壓力調(diào)節(jié)，正常時(shí)作為壓力保護(hù)，設(shè)定好分餾塔壓力保護(hù)值，使得分餾塔壓力調(diào)節(jié)輸出為0，保證正常生產(chǎn)時(shí)，不被選中，分餾塔壓力過高時(shí)起作用；正常防喘振設(shè)置為半自動(dòng)位置，喘振優(yōu)先，然后進(jìn)行防喘振控制“本地”與“遠(yuǎn)程”選擇。

需要注意的是，要求在選擇切換時(shí)，一定要注意“部分自動(dòng)遠(yuǎn)程控制”中的輸出值，務(wù)必要與防喘振控制的輸出值一致，保證切換輸出值不變。

氣壓機(jī)防喘振調(diào)節(jié)器輸出與分餾塔頂壓力調(diào)節(jié)輸出進(jìn)行高選輸出，經(jīng)快開(快開速率1 000)/慢關(guān)(慢關(guān)速率200)速率。

當(dāng)進(jìn)入喘振時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生喘振標(biāo)志燈紅色閃爍，并且喘振累計(jì)數(shù)加1，總裕度增加2%(量程600)，此時(shí)防喘振線下移2%，形成第三條粉色線即喘振下移線。

如果按“喘振復(fù)位”按鈕，下移線復(fù)位，喘振標(biāo)志正常(常綠)，喘振裕度恢復(fù)正常，喘振累計(jì)數(shù)不變。按“防喘振控制FIC-1501”會(huì)彈出防喘振調(diào)節(jié)器界面。

氣壓機(jī)潤(rùn)滑油壓力調(diào)節(jié)此處略去，不作介紹。

3.3 裝置和機(jī)組聯(lián)鎖邏輯特殊說明

除了常規(guī)的裝置和機(jī)組邏輯外，對(duì)以下幾個(gè)特殊邏輯進(jìn)行說明。

對(duì)于裝置和機(jī)組聯(lián)鎖邏輯條件不能滿足的信號(hào)，進(jìn)行特殊處理。例如：機(jī)組聯(lián)鎖邏輯中電機(jī)聯(lián)鎖狀態(tài)，停車時(shí)信號(hào)觸點(diǎn)為斷開(NO)，運(yùn)行時(shí)觸點(diǎn)閉合(NC)，為了能使電機(jī)停機(jī)時(shí)機(jī)組聯(lián)鎖邏輯能聯(lián)鎖復(fù)位(滿足條件)，就需要做特殊處理，使得電機(jī)停機(jī)觸點(diǎn)斷開1s后觸點(diǎn)閉合，保證機(jī)組聯(lián)鎖邏輯可以滿足條件(聯(lián)鎖復(fù)位)。

軸流風(fēng)機(jī)逆流保護(hù)邏輯(圖17)。軸流風(fēng)機(jī)逆流保護(hù)邏輯分為逆流(安全運(yùn)行)和持續(xù)逆流(緊急停機(jī))，逆流可以使得安全運(yùn)行邏輯動(dòng)作，持續(xù)逆流可以使得聯(lián)鎖邏輯動(dòng)作，逆流保護(hù)邏輯功能動(dòng)作，需要轉(zhuǎn)速限制，當(dāng)三機(jī)組轉(zhuǎn)速不小于正常轉(zhuǎn)速的98%(6 128.92r/min)時(shí)，逆流保護(hù)功能起作用；但二機(jī)組運(yùn)行(電機(jī)+軸流式風(fēng)機(jī))時(shí)，沒有轉(zhuǎn)速信號(hào)(轉(zhuǎn)速安裝在煙機(jī)上)。為此，增加一個(gè)二機(jī)組和三機(jī)組選擇按鈕(置0為二機(jī)組，置1為三機(jī)組)，利用電機(jī)合閘信號(hào)，當(dāng)二機(jī)組運(yùn)行時(shí)，只要電機(jī)合閘信號(hào)置1(在60s內(nèi))正常。

逆流條件(安全運(yùn)行)：如果喉部差壓還是低于1.2kPa置1或主風(fēng)機(jī)喘振標(biāo)志置1延時(shí)1s，并且再延時(shí)3s還低或有喘振標(biāo)志時(shí)，主風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行置1，安全運(yùn)行聯(lián)鎖動(dòng)作。并且在20s內(nèi)有兩次置1則安全運(yùn)行置1。持續(xù)逆流條件(緊急停機(jī))：如果喉部差壓還是低于1.2kPa置1或主風(fēng)機(jī)喘振標(biāo)志置1延時(shí)1s，并且再延時(shí)3s還低或有喘振標(biāo)志時(shí)，主風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行置1，并且延時(shí)3s還低或有喘振標(biāo)志時(shí)(安全運(yùn)行)，再延時(shí)5s還低，則三機(jī)組聯(lián)鎖停機(jī)。

圖17 逆流保護(hù)邏輯界面

增加主風(fēng)機(jī)總出口電動(dòng)閥關(guān)聯(lián)鎖復(fù)位條件，保證聯(lián)鎖復(fù)位后單向阻尼閥電磁閥帶電(強(qiáng)制關(guān)，隨動(dòng)開)，但主風(fēng)機(jī)總出口電動(dòng)閥關(guān)(增壓機(jī)出口閥同樣增加一個(gè)回訊)。

4 結(jié)束語

ICS T6300壓縮機(jī)控制系統(tǒng)在濱化催化裂化裝置機(jī)組綜合控制系統(tǒng)(包括機(jī)組的組成、系統(tǒng)硬件、通信和主要控制方案)中的實(shí)際應(yīng)用實(shí)例，證實(shí)該系統(tǒng)可以較好地完成各種控制功能和聯(lián)鎖功能。ICS T6300三重化冗余安全控制系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，把機(jī)組的各個(gè)控制部分(調(diào)速、防喘振控制、事件順序記錄、故障診斷及機(jī)組的緊急停車聯(lián)鎖等)完美地結(jié)合在一起，集成為一套壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組綜合控制功能。該系統(tǒng)組態(tài)簡(jiǎn)單方便，安全可靠，維護(hù)方便，在石油化工生產(chǎn)過程中發(fā)揮了重要作用。