ITCC控制系統(tǒng)在甲醇合成裝置的應(yīng)用研究

田 海，岳洪霞

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010)

ITCC控制系統(tǒng)在甲醇合成裝置的應(yīng)用研究

田 海，岳洪霞

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010)

闡述了ITCC系統(tǒng)特點，以及以某新型煤化工企業(yè)的甲醇合成裝置ITCC系統(tǒng)應(yīng)用情況為例，介紹了ITCC系統(tǒng)的各部分組成，承擔(dān)的任務(wù)及功能，對詳細研究甲醇合成裝置中ITCC系統(tǒng)的應(yīng)用情況作出了研究。

ITCC；空速；防喘振控制；超速保護

1 工藝簡介

某新型煤化工項目甲醇合成工藝采用英國DAVY公司的甲醇合成工藝技術(shù)。英國DAVY工藝技術(shù)有限公司（Davy Process Technology Ltd，簡稱DPT公司）是目前世界上大型甲醇技術(shù)的主要供應(yīng)商之一，DPT公司開發(fā)的甲醇技術(shù)已有三十多年的歷史，在甲醇技術(shù)方面積累了較豐富的研發(fā)和工程經(jīng)驗。目前，DPT公司主推的甲醇工藝流程（見圖1），DPT公司稱之為串聯(lián)流程（Series loop），合成新鮮氣進入合成/循環(huán)氣聯(lián)合壓縮機的合成段進行壓縮，絕大部分新鮮氣與第二甲醇分離器來的循環(huán)氣混合后，先在第一入塔預(yù)熱器中預(yù)熱后，進入第一合成塔。在合成塔內(nèi)，甲醇合成反應(yīng)在高活性的銅基催化劑作用下進行，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。反應(yīng)熱副產(chǎn)低壓蒸汽。離開第一合成塔的反應(yīng)氣經(jīng)過第一入塔預(yù)熱器對入塔合成氣進行預(yù)熱，然后進入冷卻器，反應(yīng)生成的甲醇和水在冷卻器中最終冷卻后，循環(huán)氣和粗甲醇進入第一甲醇分離器進行分離。

圖1 DPT公司甲醇工藝流程簡圖

甲醇的合成工藝正是利用合成氣及循環(huán)氣壓縮機組的轉(zhuǎn)速來合理的控制合成的空速以及壓力，更好地將合成氣進行反應(yīng)的。因此，合理地控制壓縮機組的出口壓力以及轉(zhuǎn)速，對甲醇合成的反應(yīng)效率以及催化劑的壽命等至關(guān)重要。

2 ITCC 系統(tǒng)應(yīng)具備的功能、要求

ITCC，即綜合透平壓縮機組控制（Integrated Turbine &Compressor Control）是應(yīng)用于以蒸汽透平為驅(qū)動力的壓縮機組控制。該系統(tǒng)要求具有的基本控制功能主要包括以下幾個方面：①汽輪機調(diào)速控制。用以滿足工藝對壓縮機的工況及性能要求，快速做出調(diào)整；②汽輪機超速保護。防止汽機超速損壞設(shè)備及造成飛車事故；③壓縮機組防喘振控制。針對離心式壓縮機所固有的，可能發(fā)生的喘振現(xiàn)象加以控制，主要是對防喘振回流閥的開度進行有效控制，預(yù)防喘振發(fā)生；④機組性能控制、主機及輔機的工藝參數(shù)監(jiān)控，如油路系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)等的控制；⑤機組軸承位移、溫度、振動監(jiān)控。針對設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)視；⑥順序控制。ITCC 包含幾個程序，都用來輔助起動壓縮機及汽輪機的，程序中有使汽輪機自動升速到暖機速度，到達暖機速度后，將根據(jù)壓縮機工況使汽輪機速度增長到額定轉(zhuǎn)速。也有程序使汽輪機組快速沖過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，避免共振造成影響。這些起動過程可以為工藝人員做其他重要工作贏得更多的時間。⑦機組和裝置的聯(lián)鎖邏輯控制。ITCC 能實現(xiàn)壓縮機性能控制及入口壓力控制和發(fā)生喘振時的解耦控制；當(dāng)裝置發(fā)生異常時，根據(jù)工況的變化，能夠自動調(diào)整壓縮機運行，逆向控制，對于耦合因素影響的壓縮機運行狀態(tài)，去反向調(diào)整工藝過程控制或機組本身的運行參數(shù)，它既實現(xiàn)了機組控制又為機組的長周期運行提供了保障。

3 應(yīng)用情況

以某煤化工項目中年產(chǎn)180萬t的甲醇合成裝置為例，應(yīng)用的ITCC系統(tǒng)對甲醇合成裝置的合成氣及循環(huán)氣系統(tǒng)進行控制。該系統(tǒng)由Tricon TS3000系統(tǒng)、Woodward公司的 ProTech-GII系列超速保護系統(tǒng)、以及Bently公司3500機械軸系監(jiān)測保護系統(tǒng)構(gòu)成，ITCC系統(tǒng)與工藝裝置的安全儀表系統(tǒng)（SIS）采用硬信號線連接，當(dāng)SIS系統(tǒng)動作后，同時觸發(fā)機組停車，聯(lián)合保護機組設(shè)備及裝置安全。對各部分的功能描述有：

1）Tricon TS3000系統(tǒng)主要做開停機的順序控制、防喘振控制及調(diào)速功能、密封、油路系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)的控制監(jiān)視和聯(lián)鎖保護、輸入和輸出運算數(shù)據(jù)，以及與工藝裝置的DCS系統(tǒng)、其他儀表系統(tǒng)設(shè)備實施通訊等。

2）Protech-GII超速保護系統(tǒng)是由WOODWARD公司生產(chǎn)的新型超速保護裝置。它的特點是易于校準測試，并且具備高精度和高重復(fù)性。其采樣時間5ms，該設(shè)備的快速響應(yīng)時間達12ms。三個數(shù)字單元感應(yīng)和顯示轉(zhuǎn)速的精度為0.1%，機械式超速保護裝置則很難達到該精度。0.5至3.2萬轉(zhuǎn)速范圍，集成超速和加速檢測/保護功能，使其適用于臨界低速或高速旋轉(zhuǎn)電機，壓縮機，渦輪機或引擎。圖2為Protech-GII的典型應(yīng)用。其通常采用三取二停機方式，確保了不會因三個檢測單元中的任意一個發(fā)生瞬時故障造成誤停機事故；每個單元與其他兩個單元除繼電器的連接外完全隔離。為近一步防止誤動作的發(fā)生，每個轉(zhuǎn)速感應(yīng)單元所采用的電源也是獨立的。當(dāng)Protech-GII系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時可更換其中一個單元，此時另外兩個單元還可以繼續(xù)工作。這種熱替換模式可防止當(dāng)其中某一單元故障造成對超速保護功能的干擾。其安全完整性等級為3級（SIL3）。其通過采集聯(lián)合機組的轉(zhuǎn)速信號，防止壓縮機組超速運行。作為獨立的一套系統(tǒng)，當(dāng)Protech-GII輸出超

速保護跳車信號進入Tricon系統(tǒng)，通過Tricon系統(tǒng)作用于汽輪機的速關(guān)閥，以保護機組運行。當(dāng)檢測到發(fā)生超速情況后，ProTech的跳車輸出DO繼電器信號將一直保持在閉合狀態(tài)，即使壓縮機組轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常值，如果想要熱態(tài)啟機，必須人為將ProTech系統(tǒng)進行RESET復(fù)位。此時，Tricon系統(tǒng)的開車條件允許頁面才會顯示開車允許狀態(tài)。

3）Bently3500機械軸系監(jiān)測保護系統(tǒng)采集汽輪機及壓縮機組的徑向振動信號、鍵相、軸瓦溫度信號、軸向位移、軸瓦振動信號、系統(tǒng)的工作流程是：從現(xiàn)場探頭信號經(jīng)過前置器轉(zhuǎn)換后取得的負電壓信號提供給3500監(jiān)測器框架內(nèi)的監(jiān)測器和鍵相位通道，數(shù)據(jù)被采集后，與報警點比較并從監(jiān)測器框架送到一個地方或多個地方處理。根據(jù)機械保護設(shè)計定值不同，可將報警和保護跳車信號通過其機架內(nèi)的33數(shù)字量輸出型繼電器模件直接送至Tricon系統(tǒng)參與跳機。

圖2 Protech-GII系統(tǒng)的典型應(yīng)用圖

4）SIS系統(tǒng)是工藝裝置的安全儀表系統(tǒng)，其獨立于ITCC機組控制系統(tǒng)，SIS采集與壓縮機相連管網(wǎng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，當(dāng)裝置的工藝介質(zhì)參數(shù)危及安全時，SIS系統(tǒng)觸發(fā)裝置跳車信號，并通過硬接線方式將信號送至ITCC系統(tǒng)的DI信號，由ITCC再輸出跳車信號，停壓縮機組運行，以保護機組不被外圍管網(wǎng)工況變化損壞。

5）ITCC系統(tǒng)把關(guān)鍵數(shù)據(jù)通過modbus RTU協(xié)議送至裝置的DCS系統(tǒng)，便于工藝操作人員統(tǒng)一監(jiān)視。

4 結(jié)束語

本文通過對ITCC的功能介紹，結(jié)合某大型甲醇合成裝置的工藝介紹，及該裝置合成氣和循環(huán)氣壓縮機組的ITCC控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況，敘述了ITCC系統(tǒng)的特點，說明了ITCC系統(tǒng)模塊化、集成化的優(yōu)點，表明ITCC系統(tǒng)以其卓越的性能和理念，在現(xiàn)代化大型化工項目中的得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

[1] 童秋階.過程監(jiān)控系統(tǒng)在大型甲醇裝置中的應(yīng)用[J].化工設(shè)計，2006，16（3）.

[2] 葛麗玲.煤制甲醇工藝流程及離心壓縮機應(yīng)用[J].通用機械，2013，（3）.

[3] 劉永強.甲醇裝置主冷凝器液位聯(lián)鎖改造方案[J].石油化工自動化，2009，（06）.

[4] 劉永強.ITCC控制系統(tǒng)在甲醇裝置中的應(yīng)用[D].大連：大連理工大學(xué)，2013，（08）.

Application of ITCC Control System in Methanol Synthesis Unit

Tian Hai，Yue Hong-xia

This paper expounds the characteristics of ITCC system and the application of ITCC system of methanol synthesis plant in a new coal chemical industry as an example.It introduces the components and functions of ITCC system，and studies the ITCC system The application of the system has been studied.

ITCC；airspeed；anti-surge control；overspeed protection

TP29

A

1003–6490（2017）11–0012–02

2017–09–30

內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金資助（2017MS0603）

田海（1968—），男，內(nèi)蒙古包頭人，副教授，主要從事電氣傳動、網(wǎng)絡(luò)控制和智能控制工作。