重整裝置增壓機(jī)機(jī)組控制方案優(yōu)化

徐進(jìn)濤

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司公用事業(yè)部，上海200540)

重整裝置增壓機(jī)機(jī)組控制方案優(yōu)化

徐進(jìn)濤

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司公用事業(yè)部，上海200540)

由于某煉化企業(yè)重整裝置增壓機(jī)機(jī)組控制采用的是半自動(dòng)操作，存在操作強(qiáng)度大、調(diào)節(jié)不靈敏等問(wèn)題，通過(guò)新增串聯(lián)機(jī)組負(fù)荷分配控制、單臺(tái)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速與防喘振閥解耦控制等優(yōu)化方案，不僅讓壓縮機(jī)得以更加安全地運(yùn)行，減少了裝置工藝波動(dòng)，還可獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

機(jī)組控制方案 優(yōu)化 安全 經(jīng)濟(jì)效益

某煉化企業(yè)3#重整裝置建于2012年，設(shè)計(jì)規(guī)模為1 Mt/a，年開工時(shí)間為8 400 h，采用美國(guó)環(huán)球油品公司(UOP)超低壓連續(xù)重整工藝技術(shù)及國(guó)產(chǎn)催化劑PS-VI。UOP鉑重整再生部分由一套獨(dú)立于重整反應(yīng)工段但又與反應(yīng)工段密切相連的聯(lián)合設(shè)備組成，可保證鉑重整反應(yīng)器在最佳催化劑性能以及高苛刻度條件下進(jìn)行長(zhǎng)周期運(yùn)行。重整裝置的產(chǎn)品為高辛烷值的重整汽油、C6餾分和重整氫。重整汽油做汽油調(diào)和組分，氫氣送氫氣管網(wǎng)，C6餾分送抽提做原料，副產(chǎn)的液化石油氣送到液化氣裝置，而戊烷油則送出界區(qū)。

3#重整裝置的氫氣增壓機(jī)為沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的離心式壓縮機(jī)，驅(qū)動(dòng)裝置采用杭州汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的凝氣式汽輪機(jī)。為了提高氫氣壓力，需要3臺(tái)壓縮機(jī)串聯(lián)運(yùn)行，串聯(lián)運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)之間容易相互影響和制約，操作和控制的難度相對(duì)加大。裝置使用的壓縮機(jī)曲線是2012年10月3#重整裝置首次開車時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)資料數(shù)據(jù)繪制的曲線，而機(jī)組廠家提供的預(yù)期性能曲線與壓縮機(jī)實(shí)際喘振線存在一定偏差。裝置在低負(fù)荷產(chǎn)氫量小時(shí)，由于性能曲線偏差會(huì)使防喘振閥開度加大，造成機(jī)組功率增加，蒸汽消耗較大。目前壓縮機(jī)喘振控制閥正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)約有5%的開度，造成了一定量的氫氣回流到壓縮機(jī)入口，導(dǎo)致壓縮機(jī)做了較多的無(wú)用功。為了提高裝置操作水平，降低裝置能耗，在2015年進(jìn)行了增壓機(jī)機(jī)組控制方案的優(yōu)化。

1 機(jī)組工藝概況及存在的問(wèn)題

3#重整裝置3臺(tái)氫氣增壓機(jī)是由3臺(tái)獨(dú)立汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)采用串聯(lián)運(yùn)行的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的離心式壓縮機(jī)，3臺(tái)壓縮機(jī)分別為低壓缸壓縮機(jī)K3201-1、中壓缸壓縮機(jī)K3202-2以及高壓缸壓縮機(jī)K3202-3。每個(gè)機(jī)組入口設(shè)有氣液分離罐實(shí)現(xiàn)氣液分離，防止液體進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)部導(dǎo)致壓縮機(jī)機(jī)體受損；出口有空冷器進(jìn)行冷卻，通過(guò)控制中間冷卻器的溫度控制氫氣純度。機(jī)組防喘振保護(hù)則采用每臺(tái)壓縮機(jī)的出口回流至入口冷卻器前的回路管線，每個(gè)管線上都裝有一臺(tái)防喘振閥。低壓缸壓縮機(jī)K3202-1防喘振閥為FV326221，中壓缸壓縮機(jī)K3202-2防喘振閥為FV327221，高壓缸壓縮機(jī)K3202-3防喘振閥為FV328221。低壓缸壓縮機(jī)K3202-1入口分液罐有放火炬閥，壓力高時(shí)閥打開降低壓縮機(jī)入口壓力。

3臺(tái)氫氣增壓機(jī)控制系統(tǒng)采用國(guó)內(nèi)某自動(dòng)化廠商開發(fā)的TS3000 ITCC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的開車、停車以及綜合控制，同時(shí)控制系統(tǒng)中包括壓縮機(jī)喘振控制。最初控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是每個(gè)機(jī)組獨(dú)立控制，沒有考慮機(jī)組間負(fù)荷分配的解耦控制。系統(tǒng)投運(yùn)后入口壓力控制及壓縮機(jī)組防喘振控制多為半自動(dòng)操作，操作人員根據(jù)工況變化手動(dòng)調(diào)節(jié)防喘振閥開度和機(jī)組轉(zhuǎn)速設(shè)定點(diǎn)，操作強(qiáng)度大；防喘振線按照預(yù)期喘振線控制，沒有經(jīng)過(guò)實(shí)際的喘振測(cè)試，防喘振策略偏重保護(hù)而未考慮工藝節(jié)能的需求，防喘振閥開度有優(yōu)化的空間，因此現(xiàn)有操作模式有優(yōu)化節(jié)能運(yùn)行的潛力；壓縮機(jī)機(jī)組在開車階段氫氣并網(wǎng)操作難度大，操作過(guò)程中很容易導(dǎo)致氫氣放火炬。3臺(tái)防喘振控制閥實(shí)際使用過(guò)程中在小開度變化的時(shí)候存在滯后、調(diào)節(jié)不靈敏的問(wèn)題。

2 解決方案及優(yōu)化措施

2.1 新增串聯(lián)機(jī)組負(fù)荷分配控制方案

串聯(lián)機(jī)組的控制核心是協(xié)調(diào)每臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行，當(dāng)需要增加壓縮機(jī)功率時(shí)，3臺(tái)壓縮機(jī)功率要同步提高；降低壓縮機(jī)功率時(shí)，3臺(tái)壓縮機(jī)功率則要同步降低。匹配的壓縮機(jī)功率控制使3臺(tái)壓縮機(jī)的入口壓力都能穩(wěn)定到設(shè)計(jì)值，從而使機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行。采用重整產(chǎn)物分離罐壓力控制主性能控制器PC320801，3臺(tái)壓縮機(jī)的負(fù)荷會(huì)跟著PC320801的輸出同時(shí)升或降。當(dāng)3臺(tái)壓縮機(jī)升降負(fù)荷不匹配時(shí)，會(huì)造成段間壓力的升高或降低，由偏置計(jì)算器計(jì)算出用來(lái)修正主性能控制器的控制偏差。其中偏置計(jì)算器1用來(lái)解決3臺(tái)壓縮機(jī)升降負(fù)荷不匹配時(shí)，導(dǎo)致的低壓缸K3202-1與中壓缸壓縮機(jī)K3202-2的段間壓力PC321003的升高或降低。在負(fù)荷分配控制使能后，操作人員可調(diào)整PC321003控制回路的SP值。而偏置計(jì)算器2用來(lái)解決3臺(tái)壓縮機(jī)升降負(fù)荷不匹配時(shí)，導(dǎo)致的中壓缸壓縮機(jī)K3202-2與高壓缸壓縮機(jī)K3202-3的段間壓力PC321201的升高或降低。在負(fù)荷分配控制使能后，操作人員可調(diào)整PC321201控制回路的SP值。3臺(tái)壓縮機(jī)機(jī)組的負(fù)荷分配控制器A/B/C接收主性能控制器、偏置計(jì)算器1和2的輸出信號(hào)，最終計(jì)算出單臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷，進(jìn)而通過(guò)調(diào)節(jié)防喘振閥和轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)負(fù)荷調(diào)整。

2.2 新增單臺(tái)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速與防喘振閥解耦控制方案

控制方案為當(dāng)?shù)拓?fù)荷(負(fù)荷小于50%)時(shí)由防喘振閥來(lái)控制入口壓力。隨著性能負(fù)荷輸出增加，防喘振閥關(guān)小，性能控制器輸出大于50%后轉(zhuǎn)速開始增加，此時(shí)負(fù)荷由轉(zhuǎn)速控制。負(fù)荷輸出減小(100%～50%)時(shí)，降低轉(zhuǎn)速的同時(shí)動(dòng)態(tài)分程線向左移動(dòng)，移動(dòng)有速率限制，當(dāng)防喘振控制工作點(diǎn)距離控制線很近時(shí)，移動(dòng)速率為0 m/s，即不允許動(dòng)態(tài)分程線向左移動(dòng)，同時(shí)轉(zhuǎn)速不再降低，如還需要減小負(fù)荷，將開防喘振閥；而當(dāng)負(fù)荷輸出小于動(dòng)態(tài)分程線時(shí)，由防喘振閥來(lái)控制負(fù)荷，此時(shí)如果防喘振的工作點(diǎn)距離控制線大于5%(可調(diào))，待流量穩(wěn)定后，防喘振閥開度減小，轉(zhuǎn)速降低，保持性能不變。

2.3 優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)變送器的阻尼時(shí)間

原來(lái)壓縮機(jī)入口和出口流量計(jì)變送器的阻尼時(shí)間設(shè)置為1 s，2015年8月大修期間，對(duì)壓縮機(jī)入口和出口流量計(jì)變送器的阻尼時(shí)間修改為0.1 s，提高控制系統(tǒng)響應(yīng)速度，控制系統(tǒng)調(diào)整將更加迅速、及時(shí)。

2.4 防喘振閥性能測(cè)試和專項(xiàng)檢修

3#重整裝置3臺(tái)壓縮機(jī)防喘振閥采用的是費(fèi)希爾公司生產(chǎn)的氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié)閥，此閥為氣關(guān)閥，并帶有實(shí)時(shí)閥門開度反饋的智能閥門定位器，該閥具有快開慢關(guān)特性。由于這種閥的特性決定了閥門從全關(guān)到小開度(5%)時(shí)存在一定的滯后時(shí)間，如果滯后時(shí)間較長(zhǎng),會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)控制造成很大的干擾，因此需要在避免閥抖動(dòng)的前提下盡量減少小開度的調(diào)整響應(yīng)時(shí)間。

2015年8月裝置大修期間，對(duì)一段防喘振閥FV326221性能測(cè)試后發(fā)現(xiàn)：FV326221的輸出指令從0%開到5%，現(xiàn)場(chǎng)閥門1 s后才開始打開，到2.6 s后趨近5%，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)閥門實(shí)際開度一直有小于閥門開度輸出指令1%左右的情況。

對(duì)于二段防喘振閥FV327221閥門性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)：FV327221的輸出指令從0%開到5%，現(xiàn)場(chǎng)閥門實(shí)際上9 s后才動(dòng)作；同時(shí)閥門FV327221輸出指令從0%開到5%時(shí)，閥門開度回訊先開到6%后才趨向5%。

對(duì)于三段防喘振閥FV328221閥門性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)：FV328221的輸出指令從0%開大到5%，現(xiàn)場(chǎng)閥門3 s后才響應(yīng)打開；同時(shí)FV328221輸出指令從0%開到25%時(shí)，F(xiàn)V328221開度回訊先開到32%,然后回落到22%，最后才趨向25%。

針對(duì)以上閥門出現(xiàn)的問(wèn)題，在裝置大修消缺中對(duì)閥門氣路完整性進(jìn)行檢查，及時(shí)消除氣路中漏氣問(wèn)題，同時(shí)對(duì)過(guò)濾減壓閥進(jìn)行排氣除塵，閥門的部分填料進(jìn)行更換；用HART375完成閥門行程、零點(diǎn)、閥門定位器PID參數(shù)校正；通過(guò)控制室與現(xiàn)場(chǎng)閥門開度聯(lián)調(diào)，確保3臺(tái)閥門的行程、零點(diǎn)、靈敏性完全達(dá)到控制要求。

2.5 壓縮機(jī)喘振線實(shí)際驗(yàn)證

由于制造誤差、運(yùn)行損耗導(dǎo)致機(jī)組的喘振線偏離預(yù)期喘振線，運(yùn)行條件與設(shè)計(jì)不同，致使機(jī)組工藝控制和防喘振控制產(chǎn)生偏差。通過(guò)喘振線驗(yàn)證可以得到準(zhǔn)確的喘振線，以確定工藝控制和防喘振控制限制值，為工藝控制優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。為了能夠得到機(jī)組的實(shí)際喘振線，確保對(duì)壓縮機(jī)和工藝影響降到最小，各方技術(shù)人員一起探討，制定詳細(xì)的喘振測(cè)試和調(diào)試方案、工作危險(xiǎn)性分析、應(yīng)急預(yù)案，最終在裝置停車前順利完成3臺(tái)壓縮機(jī)喘振線驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)喘振線驗(yàn)證試驗(yàn)后，確認(rèn)在保證安全的前提下，可將原預(yù)期喘振線向左移動(dòng)6%作為新的機(jī)組喘振線，擴(kuò)大了性能控制的范圍。

3 優(yōu)化后的效果及經(jīng)濟(jì)效益

3.1 防喘振優(yōu)化后防喘振閥控制更加精確、及時(shí)、安全

經(jīng)過(guò)喘振線驗(yàn)證試驗(yàn)后，在保證安全的前提下，可將原預(yù)期喘振線向左移動(dòng)6%作為新的機(jī)組喘振線，擴(kuò)大了性能控制的范圍。在全自動(dòng)控制下，機(jī)組工作點(diǎn)穩(wěn)定地運(yùn)行在新的防喘振控制線附近，既保障了機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，又使機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)防喘振閥開度最小，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能高效運(yùn)行，而這在以往半自動(dòng)控制模式下是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

新的控制算法可以避免如K3202-1喘振閥快速打開,造成壓縮機(jī)入口壓力高放火炬閥打開的危害，避免了機(jī)組控制造成的生產(chǎn)事故。

3.2 解耦控制提高了單臺(tái)壓縮機(jī)的控制效率

增加了機(jī)組轉(zhuǎn)速和防喘振閥解耦控制，使機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速和防喘振閥之間實(shí)行高效調(diào)節(jié)，避免機(jī)組轉(zhuǎn)速過(guò)高產(chǎn)生的額外能耗，保障了機(jī)組高效運(yùn)行。

3.3 串聯(lián)機(jī)組負(fù)荷分配控制投運(yùn)效果明顯

負(fù)荷分配程序投用后，3臺(tái)機(jī)組之間的自動(dòng)協(xié)調(diào)控制使機(jī)組的工藝參數(shù)平穩(wěn)。當(dāng)出現(xiàn)裝置工藝變化時(shí)可減少壓縮機(jī)組運(yùn)行的波動(dòng)，就會(huì)減少機(jī)組對(duì)上、下游工藝的擾動(dòng)；提高產(chǎn)品的收率和品質(zhì)，帶來(lái)更大的綜合效益，同時(shí)可以避免工藝波動(dòng)對(duì)其他裝置的干擾以及避免其他裝置波動(dòng)產(chǎn)生的損失；避免壓縮機(jī)防喘振閥在工藝波動(dòng)時(shí)的不合理打開，減少能耗，使工藝穩(wěn)定；通過(guò)將重整產(chǎn)物分離罐壓力控制穩(wěn)定，避免壓力波動(dòng)對(duì)反應(yīng)的影響，提高了裝置的效率，最終帶來(lái)效益?，F(xiàn)重整產(chǎn)物分離罐壓力穩(wěn)定后，保障了壓縮機(jī)入口壓力穩(wěn)定，避免了壓縮機(jī)入口前放火炬閥在工藝波動(dòng)時(shí)不合理的打開，減少物料損失。

控制程序全自動(dòng)控制的投用，使機(jī)組的自動(dòng)化控制水平提高，減少操作人員的操作頻次，節(jié)約操作時(shí)間，更好地保障裝置的操作平穩(wěn)，帶來(lái)潛在的效益。

3.4 優(yōu)化后的直接經(jīng)濟(jì)效益

3#重整增壓機(jī)機(jī)組控制方案經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，壓縮機(jī)K3202-1防喘振閥開度FV326221、壓縮機(jī)K3202-2防喘振閥開度FV327221和壓縮機(jī)K3202-3防喘振閥開度FV328221變化情況請(qǐng)見表1。

表1 優(yōu)化前后喘振閥開度變化情況

優(yōu)化前后蒸汽用量變化情況見表2。

表2 優(yōu)化前后蒸汽用量變化情況

在裝置負(fù)荷106 t/h的情況下，經(jīng)過(guò)此次優(yōu)化后為裝置節(jié)約蒸汽：19.1-18.0+19.9-18.3+18.5-17.8=3.4 t/h，則每年為裝置節(jié)約3.4×24×365=29 784 t,1.3 MPa蒸汽按38.86元/t計(jì)算，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后為裝置節(jié)約115.7萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)3#重整裝置增壓機(jī)機(jī)組控制方案進(jìn)行優(yōu)化，減少了裝置因出現(xiàn)工藝變化時(shí)引起壓縮機(jī)組運(yùn)行的波動(dòng)，從而減少機(jī)組波動(dòng)帶來(lái)機(jī)組上、下游工藝的擾動(dòng)，提高了產(chǎn)品的收率和品質(zhì)。控制程序全自動(dòng)控制的投用，使機(jī)組的自動(dòng)化控制水平提高，減少操作人員的操作頻次，節(jié)約操作時(shí)間，更好地保證裝置的操作平穩(wěn)。總之，優(yōu)化后壓縮機(jī)的運(yùn)行更加平穩(wěn)、智能、安全、可靠，還減少了裝置的能耗，帶來(lái)比較直觀的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)一舉多得。

Optimization of Control Scheme for Turbocharger Unit of Reformer

Xu Jintao

(PublicUtilitiesDepartment,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.，Shanghai200540)

As a result of the semi-automatic operation of the turbocharger unit control of the reforming unit of the refinery enterprise,there are some defects as high operation intensity and the insensitive regulation.By adding a series of load sharing control and a single compressor speed and anti-surge valve decoupling control optimization program,the compressor was able to operate more securely,the plant process fluctuations were reduced,which helped to get better economic benefits.

unit control scheme,optimization,safety,economic benefit

2016-11-15。

徐進(jìn)濤，男，1987年出生，2010年畢業(yè)于常州大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師，主要從事于儀表管理工作，已公開發(fā)表論文6篇。

1674-1099 (2017)01-0035-03

TH452

A