催化氣壓機(jī)控制系統(tǒng)的升級改造

徐世翔

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司延安煉油廠電儀車間，陜西 延安 727406)

催化氣壓機(jī)控制系統(tǒng)的升級改造

徐世翔

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司延安煉油廠電儀車間，陜西 延安 727406)

某廠年產(chǎn)100萬噸催化裝置的氣壓機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)落后、自動化水平低且能耗大，為此，對其控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。新系統(tǒng)硬件由TRICON控制器、TurboSentry三取二電子超速保護(hù)器和Bently 3500軸系統(tǒng)儀表組成；軟件改造通過系統(tǒng)程序優(yōu)化新的性能控制。實際投運(yùn)結(jié)果表明：氣壓機(jī)的轉(zhuǎn)速平均降低了400r/min，中壓蒸汽一年最低減少8萬噸左右；同時，氣壓機(jī)控制系統(tǒng)操作得到了優(yōu)化。

氣壓機(jī) 控制系統(tǒng)升級改造 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速 防喘振閥 反應(yīng)壓力

氣壓機(jī)是催化煉化生產(chǎn)過程中的一個重要設(shè)備，其作用是將分餾部分來的低壓富氣提高壓力后送至吸收穩(wěn)定部分[1]。其動力主要來源于汽輪機(jī)，汽輪機(jī)的動力主要來源于4MPa中壓蒸汽。原氣壓機(jī)控制系統(tǒng)由于技術(shù)落后，使得氣壓機(jī)經(jīng)常處于滿負(fù)荷運(yùn)行，能源浪費(fèi)巨大。因此，氣壓機(jī)控制系統(tǒng)不僅要在生產(chǎn)操作方面進(jìn)行優(yōu)化，更應(yīng)該在節(jié)能降耗方面有所突破。

陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司延安煉油廠年產(chǎn)100萬噸催化裝置的氣壓機(jī)控制系統(tǒng)于1998年投產(chǎn)，由于技術(shù)落后、系統(tǒng)老化、新舊配件無法兼容、設(shè)備故障率高及能耗大等原因，已經(jīng)無法滿足安全平穩(wěn)生產(chǎn)的要求。為了實現(xiàn)裝置的安全長周期運(yùn)行，給企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，必須對氣壓機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。

1 原系統(tǒng)現(xiàn)狀

陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司延安煉油廠的年產(chǎn)100萬噸催化富氣壓縮機(jī)為荏原(EBARA)埃理奧特壓縮機(jī)，控制系統(tǒng)為AB PLC雙重冗余控制系統(tǒng)，配有Woodward調(diào)速器、505+Loopmate位置操作器、ProTech203超速保護(hù)器、CCC防喘振控制器、Bently 3300軸系監(jiān)測系統(tǒng)及YOKOGAWA單回路調(diào)節(jié)器等。

在原氣壓機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程中，每次開車暖機(jī)到提速都需要操作工到現(xiàn)場進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，而手動調(diào)節(jié)最大的弊端就是轉(zhuǎn)速控制精度低、轉(zhuǎn)速波動大。尤其在經(jīng)過臨界轉(zhuǎn)速時，會造成氣壓機(jī)長時間抖動，對設(shè)備傷害極大。另外，在正常生產(chǎn)時，還需要操作工根據(jù)反應(yīng)壓力手動調(diào)節(jié)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速。

原防喘振控制器為獨(dú)立CCC控制器，操作工在畫面上無法看到當(dāng)前工作點(diǎn)的實際位置，而且防喘振閥需要手動調(diào)節(jié)，一旦調(diào)節(jié)不及時就會造成防喘振閥全部快速打開，導(dǎo)致反應(yīng)壓力突然升高，火炬經(jīng)常性冒黑煙。這不但造成裝置運(yùn)行不穩(wěn)定，而且增加經(jīng)濟(jì)損失，污染環(huán)境。

2 新系統(tǒng)升級改造方案

新氣壓機(jī)控制系統(tǒng)由TRICON控制器(三冗余故障安全型系統(tǒng))、TurboSentry三取二電子超速保護(hù)器和Bently 3500軸系儀表組成。

2.1轉(zhuǎn)速控制

調(diào)速器控制輸出程序主要由VPID功能塊完成，其功能與常規(guī)調(diào)節(jié)器類似。但它只采用自動方式，當(dāng)模式小于2時，輸出強(qiáng)制給0，轉(zhuǎn)速小于500r/min時輸出最大為30%。自動升速模式極大地減少了操作工的勞動強(qiáng)度，降低了設(shè)備的風(fēng)險域時間。系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制模塊改造后完全實現(xiàn)了全自動調(diào)速，不再需要操作工在現(xiàn)場手動升速，實現(xiàn)了自動通過臨界轉(zhuǎn)速和自動暖機(jī)的功能。

2.2防喘振控制

壓縮機(jī)發(fā)生喘振的直接原因是其進(jìn)口流量與出口壓力不匹配進(jìn)而造成壓縮機(jī)軸向低頻大振幅周期性氣流振蕩。喘振會使壓縮機(jī)的性能惡化，氣流參數(shù)(壓力、流量)大幅波動，噪聲和振動加劇，嚴(yán)重時足以損壞氣壓機(jī)。為此，通過增加反應(yīng)壓力自動耦合模塊來控制汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和防喘振閥，使工作點(diǎn)在防喘振線附近3%～5%范圍內(nèi)，實現(xiàn)壓縮機(jī)的最佳工作工況和穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)需要降低反應(yīng)器壓力時，控制系統(tǒng)首先關(guān)閉防喘振閥，然后再提升轉(zhuǎn)速。當(dāng)需要提高反應(yīng)器壓力時，首先降低轉(zhuǎn)速，然后再開防喘振閥。防喘振模塊的升級改造達(dá)到了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、防喘振閥和反應(yīng)壓力自動控制的目的。

同時，本次改造還增加了喘振線和防喘振線的自動變化功能和可視性，從上位機(jī)畫面中可以直接看到當(dāng)前工作點(diǎn)對應(yīng)的實際流量與防喘振點(diǎn)之間的真實距離。防喘振控制有3種工作模式：自動，完全由防喘振自動保護(hù)程序起作用；半自動，操作工可以根據(jù)裝置和現(xiàn)場情況人為給定一閥位值，防止閥門長時間全部關(guān)閉而發(fā)生卡澀，操作工只能向安全方向操作防喘振閥，在關(guān)閥時，壓縮機(jī)一旦達(dá)到喘振控制線，系統(tǒng)會自動限制關(guān)閥操作，保證機(jī)組安全；手動，在正常生產(chǎn)時，儀表調(diào)校閥門時采用手動工作模式，防止排凝導(dǎo)致的防喘振閥打開，造成裝置波動。

2.3新增性能控制方式

本次改造新增了性能控制轉(zhuǎn)速和性能控制喘振兩個功能，并根據(jù)原設(shè)計的理論喘振曲線，重新計算了喘振曲線和防喘振曲線。新的防喘振曲線采用漸開式，具有最大操作性能。為了防止工作點(diǎn)超過防喘振曲線后才開始逐漸打開防喘振閥，在程序中設(shè)定，當(dāng)工作點(diǎn)靠近防喘振曲線3%時，將不再降低轉(zhuǎn)速或者關(guān)閉防喘振閥，而是根據(jù)反應(yīng)器壓力自動打開防喘振閥或者升高轉(zhuǎn)速；當(dāng)工作點(diǎn)大于5%裕度時，再執(zhí)行轉(zhuǎn)速或者防喘振控制。綜上，既要保證壓縮機(jī)以最佳狀態(tài)運(yùn)行，又要保證工藝平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)兩個性能控制都投入自動時，反應(yīng)壓力就不需要操作工操作了，系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)通過對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和對反飛動閥的控制來保證反應(yīng)壓力穩(wěn)定。

3 經(jīng)濟(jì)效益

由于氣壓機(jī)工作點(diǎn)的壓線運(yùn)行，改造后氣壓機(jī)轉(zhuǎn)速平均降低了400r/min；而需要的中壓蒸汽從原來的60t/h降到現(xiàn)在的50t/h左右，平均每小時減少中壓蒸汽消耗10t左右，一年最低減少中壓蒸汽80kt左右，具有非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益。反應(yīng)崗位直接輸入反應(yīng)器壓力設(shè)定值機(jī)組控制系統(tǒng)實現(xiàn)了全自動控制，除了壓縮機(jī)故障停機(jī)外反應(yīng)崗位不再需要用防火炬閥來調(diào)整壓力，保證了裝置長周期平穩(wěn)運(yùn)行，實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。

4 結(jié)束語

本次氣壓機(jī)控制系統(tǒng)的升級改造實現(xiàn)了自動控制的目的，減少了人為操作失誤的可能性，保證了裝置長周期平穩(wěn)運(yùn)行，創(chuàng)造了非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益，實現(xiàn)了節(jié)能減排。尤其是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、防喘振閥和反應(yīng)壓力的自動控制得到了工藝和設(shè)備人員的高度好評。硬件升級給技術(shù)提高創(chuàng)造了良好的實現(xiàn)平臺，此次改造通過系統(tǒng)程序優(yōu)化了很多新的性能控制，可為同行在進(jìn)行類似系統(tǒng)升級改造時提供一定的借鑒。

[1] 伍凌,易瑩杰,徐杰.國產(chǎn)DCS中富氣壓縮機(jī)防喘振控制方案的實施[J].化工自動化及儀表,2011,38(5):624～625.

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1000-3932(2016)11-1220-02

2016-06-07(修改稿)