催化四機(jī)組控制系統(tǒng)改造

黨春遠(yuǎn)（中國石油化工股份有限公司天津分公司）

一、緒論

催化四機(jī)組控制系統(tǒng)要求配置成熟的、先進(jìn)的高可靠硬件設(shè)備，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用考驗(yàn)的先進(jìn)系統(tǒng)，T S3000機(jī)組控制系統(tǒng)充分滿足石油化工裝置的緊急停車、安全聯(lián)鎖、防喘控制、四機(jī)組和備機(jī)的切換需要，不影響現(xiàn)有備機(jī)的控制功能。在本次大修改造中機(jī)組控制系統(tǒng)采用了美國T riconex公司生產(chǎn)的T S3000機(jī)組控制系統(tǒng)取代了原有FSC安全聯(lián)鎖系統(tǒng)及CCC防喘振系統(tǒng)組成的控制系統(tǒng)。僅僅在一個半月時間內(nèi)完成了對原有控制柜拆除和新機(jī)柜安裝、系統(tǒng)集成、組態(tài)、調(diào)試并一次開車成功。本文主要從控制系統(tǒng)配置、控制方案等方面詳細(xì)闡述該控制系統(tǒng)在催化裂化四機(jī)組控制中的應(yīng)用。

二、工藝概況

催化裂化裝置中的四機(jī)組是由煙氣輪機(jī)、空氣軸流壓縮機(jī)、蒸汽透平和同步電動/發(fā)電機(jī)機(jī)組成的同軸運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)組。其作用是通過對催化裂化裝置再生器內(nèi)產(chǎn)生的高溫?zé)煔獾哪芰炕厥?，同時為催化裂化裝置再生器提供壓縮空氣。

具有一定壓力的高溫再生煙氣的能量推動煙氣輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動軸流壓縮風(fēng)機(jī)和同步電動/發(fā)電機(jī)做功。若煙氣的能量產(chǎn)生的功率不足以推動整個機(jī)組以滿足為再生器的供風(fēng)要求，則由蒸汽透平機(jī)或同步電動/發(fā)電機(jī)輔助推動，若滿足正常供風(fēng)之外還有剩余能量，則用它來推動同步電動/發(fā)電機(jī)發(fā)電，將產(chǎn)生的電能送人電網(wǎng)，做完功的煙氣還有余熱，引進(jìn)余熱鍋爐進(jìn)行余熱回收，產(chǎn)生蒸汽為蒸汽透平所用，實(shí)現(xiàn)自給自足，從而實(shí)現(xiàn)能量回收。在裝置開車期間沒有煙氣時，由外來中壓蒸汽驅(qū)動蒸汽透平機(jī)推動機(jī)組正常運(yùn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。四機(jī)組是催化裂化裝置中的關(guān)鍵大型機(jī)組，其控制和聯(lián)鎖保護(hù)功能的精確性對整個裝置的生產(chǎn)和機(jī)組本身運(yùn)行安全非常重要。

三、控制系統(tǒng)改造方案

催化裂化能量回收機(jī)組控制系統(tǒng)是2002年上的H ONEYWELL公司的FSC安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)及CCC防喘振系統(tǒng)組成，系統(tǒng)使用已超10年，原有機(jī)柜間震動較大，系統(tǒng)老化嚴(yán)重，卡件故障頻繁，備品備件已不生產(chǎn)且購買困難，維護(hù)工作量大，影響生產(chǎn)。軸系儀表監(jiān)測系統(tǒng)BENTLY3300現(xiàn)已停產(chǎn)，無備品備件。

Triconex公司的T S3000控制系統(tǒng)的設(shè)計是故障安全型的，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障時，能按照故障安全的方式停機(jī)。系統(tǒng)具有完善的硬件、軟件故障診斷及自診斷功能，自動記錄故障報警并能提示維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)。診斷測試應(yīng)能在系統(tǒng)運(yùn)行時始終周期地進(jìn)行，一旦檢測出故障，即產(chǎn)生報警及顯示。冗余設(shè)備能在線自診斷，排錯報警，無差錯切換。系統(tǒng)的各種插卡能在線插拔、更換。I/O卡帶電插拔、更換時不影響外部接線或引起系統(tǒng)停機(jī)。

根據(jù)機(jī)組控制要求和操作需要，該四機(jī)組控制系統(tǒng)主要配置：T S3000機(jī)組綜合控制器1套；本特利3500一套；原系統(tǒng)機(jī)柜拆除后，安裝新控制系統(tǒng)機(jī)柜，位置在四機(jī)組外操室不變。東區(qū)控制室內(nèi)設(shè)兩臺操作站和一臺工程師站，可對四機(jī)組全程操控?？刂剖覂?nèi)不設(shè)輔操臺，輔操臺的全部顯示及操控在操作站上完成，利用催化SIS控制系統(tǒng)輔操臺的一個備用開關(guān)，作為緊急停機(jī)的硬手動開關(guān)。為確保通訊安全，通過兩根12芯光纜進(jìn)行通訊。為方便開工，四機(jī)組外操室內(nèi)設(shè)一臺操作站可對四機(jī)組全程操控，并保留輔操臺，NET 8000利舊。

四、主要控制方案說明

1.防喘振控制

根據(jù)主風(fēng)機(jī)入口喉部壓差、入口壓力、出口壓力及入口和出口溫度，利用T RICO NEX獨(dú)特的防喘振技術(shù)來計算當(dāng)前工作點(diǎn)，判斷是否發(fā)生喘振。如果系統(tǒng)檢測到工作點(diǎn)越過喘振線，表示喘振已發(fā)生，喘振控制線將按組態(tài)參數(shù)的大小自動向右調(diào)節(jié)一定的裕度，從而再次加大安全余量。安全裕度重校還可以復(fù)位回零，即清除每次喘振發(fā)生時自動累加的裕度量，使控制器回到最初組態(tài)預(yù)設(shè)的初始安全裕度值。

控制器設(shè)定值徘徊線。一般情況下，主風(fēng)機(jī)不會在喘振線上持續(xù)運(yùn)行或過長時間運(yùn)行。當(dāng)工作點(diǎn)在控制線右方（安全區(qū)域），喘振控制器的設(shè)定值將在當(dāng)前工作點(diǎn)（H x）的左側(cè)，并與工作點(diǎn)（H x）始終保持某一設(shè)定值（由組態(tài)時設(shè)定）。如果設(shè)定值與喘振控制線重合時，喘振控制器的設(shè)定值將不再左移，這時如果工作點(diǎn)還向左移，系統(tǒng)將逐漸打開防喘閥B IC021以防機(jī)組喘振。

當(dāng)工作點(diǎn)向喘振區(qū)移動的速度大于，且越過設(shè)定徘徊點(diǎn)時，喘振控制器執(zhí)行如下動作：1，防喘閥迅速打開。2，設(shè)定徘徊點(diǎn)將按相同的速率快速減小，直至防喘閥大開。3，新工作點(diǎn)建立。

2.逆流保護(hù)控制

主風(fēng)機(jī)實(shí)際選擇探頭速度大于97%額定轉(zhuǎn)速5769rpm并且PD RA021A/B/C風(fēng)機(jī)喉部差壓低于0.98Kpa持續(xù)1秒認(rèn)為主風(fēng)機(jī)已經(jīng)逆流，逆流時間達(dá)到3秒小于5秒認(rèn)為主風(fēng)機(jī)非持續(xù)逆流，主風(fēng)機(jī)進(jìn)入安全運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)逆流時間大于等于5秒時認(rèn)為主風(fēng)機(jī)已經(jīng)機(jī)持續(xù)逆流，聯(lián)鎖停機(jī)。

3.煙機(jī)轉(zhuǎn)速控制

煙機(jī)轉(zhuǎn)速控制是典型的選擇控制系統(tǒng)，為保證再生器壓力的恒定，調(diào)節(jié)器就要使煙機(jī)入口蝶閥或開或關(guān)，改變煙氣的流通截面積，開關(guān)的結(jié)果是使煙機(jī)改變做功的大小，同時也改變了再生器的壓力。當(dāng)選擇轉(zhuǎn)速控制時，被調(diào)對象是轉(zhuǎn)速，入口蝶閥或開或關(guān)仍然改變煙氣的流通截面積，因?yàn)檗D(zhuǎn)速是由電機(jī)厲磁裝置決定的，理論上說，當(dāng)入口蝶閥開大時，轉(zhuǎn)速就應(yīng)上升，但有電機(jī)勵磁機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)速是不變的，這時在煙機(jī)上產(chǎn)生的功率就作用在其他機(jī)組上。當(dāng)厲磁失效時或機(jī)組跳閘時，轉(zhuǎn)速應(yīng)升高，當(dāng)大于給定時，輸出就降低要求關(guān)蝶閥，使機(jī)組不要超速，達(dá)到控制目的。

結(jié)束語

石化裝置的特點(diǎn)是易燃易爆、高度危險、連續(xù)生產(chǎn)，催化四機(jī)組是催化裂化裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，可以說是裝置的心臟。T S3000機(jī)組控制系統(tǒng)充分滿足石油化工裝置的緊急停車、安全聯(lián)鎖、防喘控制，大大提高了集成度和可靠性，減化了系統(tǒng)間的接線和通訊工作，減少了維護(hù)量，為機(jī)組的長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。