循環(huán)氫壓縮機(jī)組的控制系統(tǒng)模塊開(kāi)發(fā)

文|沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司 郭楊

一、引言

循環(huán)氫機(jī)組作為柴油加氫裝置的核心設(shè)備，能夠提供充足的氫氣、保證氫油比，從而產(chǎn)出合格柴油產(chǎn)品，對(duì)環(huán)境污染起到了積極的緩解作用。循環(huán)氫機(jī)組是離心壓縮機(jī)。

如圖1 所示的循環(huán)氫離心壓縮機(jī)組是針對(duì)我公司為某用戶開(kāi)發(fā)的210 萬(wàn)噸/年二甲苯異構(gòu)化裝置設(shè)計(jì)的。該機(jī)組由BCL404 壓縮機(jī)及冷凝式汽輪機(jī)組成，通過(guò)膜片式聯(lián)軸器將壓縮機(jī)與汽輪機(jī)連接，汽輪機(jī)和壓縮機(jī)安裝在公用底座上，通過(guò)潤(rùn)滑油站為整個(gè)機(jī)組供油。

作為一種單級(jí)高壓離心壓縮機(jī)，BCL404 壓縮機(jī)機(jī)殼為垂直剖分式，主要由定子、支撐軸承、推力軸承、軸端密封、干氣密封、轉(zhuǎn)子和聯(lián)軸器等組成。垂直剖分型循環(huán)氫離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 垂直剖分型循環(huán)氫離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

二、保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)210 萬(wàn)噸/年二甲苯異構(gòu)化裝置用戶的需求及設(shè)計(jì)要求，首先完成循環(huán)氫壓縮機(jī)的保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，利用美國(guó)本特利內(nèi)華達(dá)的機(jī)械保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Bently 3500 完成對(duì)異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)的保護(hù)監(jiān)測(cè)工作，設(shè)計(jì)了Bently 3500 保護(hù)系統(tǒng)的總體方案。

在用戶現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)對(duì)離心壓縮機(jī)各個(gè)位置的各個(gè)振動(dòng)、位移傳感器輸出信號(hào)等進(jìn)行前置放大器處理，進(jìn)入Bently 3500框架中的檢測(cè)輸入模塊，在對(duì)應(yīng)的模塊中完成電壓、報(bào)警聯(lián)鎖值和信號(hào)量程等的設(shè)置工作，從而實(shí)現(xiàn)處理和采集信號(hào)的目的。

Bently 3500 系統(tǒng)的輸入模塊中可以設(shè)定報(bào)警聯(lián)鎖值，通過(guò)繼電器模塊設(shè)定相應(yīng)的聯(lián)鎖輸出，同時(shí)選用單點(diǎn)聯(lián)鎖，通過(guò)“或”、“與”的邏輯關(guān)系達(dá)到“3 取2”和“2 取2”的聯(lián)鎖組態(tài)形式。Bently 3500 組態(tài)內(nèi)部可以通過(guò)檢驗(yàn)回路的各種故障信號(hào)，參與聯(lián)鎖及報(bào)警。

210 萬(wàn)噸/年二甲苯異構(gòu)化裝置控制中的第一步是保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。選用Bently 3500 作為監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)組的溫度、振動(dòng)及位移，同時(shí)，冗余是循環(huán)氫壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中的需求，Bently 3500 具備兩重冗余的重要功能。通過(guò)通訊接口，將Bently 3500 與PLC 連接，它的通訊協(xié)議是RS485 Modbus，并且PLC 將Bently 3500 的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)警邏輯控制和趨勢(shì)記錄，通過(guò)通訊模塊傳遞給上位機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)柴油加氫裝置循環(huán)氫的歷史數(shù)據(jù)記錄，并且可視監(jiān)控。保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 Bently 3500 保護(hù)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

同時(shí)，根據(jù)用戶的具體需求和設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了210 萬(wàn)噸/年二甲苯異構(gòu)化裝置系統(tǒng)配置清單，如表1 所列。

表1 3500 監(jiān)測(cè)保護(hù)控制系統(tǒng)配置清單

三、控制系統(tǒng)下位機(jī)PLC 模塊開(kāi)發(fā)

異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)組的控制系統(tǒng)邏輯功能主要是指對(duì)Bently 3500 采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和分析，具備啟、停車各個(gè)控制功能，開(kāi)發(fā)了報(bào)警聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算和防喘振邏輯等功能。針對(duì)具體模塊開(kāi)發(fā)主要從以下五個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1、模擬量轉(zhuǎn)換邏輯

從現(xiàn)場(chǎng)Bently 3500 采集到的信號(hào)，所有都為模擬信號(hào)，如果被識(shí)別，就需要進(jìn)行轉(zhuǎn)化，它在這個(gè)系統(tǒng)中會(huì)有一定數(shù)值的量程。通過(guò)采集轉(zhuǎn)化的數(shù)值，會(huì)進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)化，本系統(tǒng)中的溫度變送器PT100 是電阻信號(hào)，壓力變送器轉(zhuǎn)換成4 ～ 20mA 信號(hào)，所以模擬信號(hào)測(cè)點(diǎn)均采用同一辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

W41TIA80401 是信號(hào)測(cè)點(diǎn)接入PLLC-AI 卡的地址，機(jī)器碼是819-4059，輸入變量為0～150℃。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后，OUTTO 的數(shù)值為輸出變量。

2、啟車邏輯

機(jī)組的允許啟動(dòng)條件為油溫正常、潤(rùn)滑油總管壓力正常、與機(jī)組有關(guān)的閥門(mén)位置正常和機(jī)組無(wú)聯(lián)鎖等，如果條件滿足，系統(tǒng)將自動(dòng)給出允許開(kāi)車指示。

3、油泵邏輯

機(jī)組的油泵控制是非常重要的，一旦潤(rùn)滑油沒(méi)有放置在壓縮機(jī)組的油路中，會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。這里采用兩臺(tái)油泵，主油泵和輔油泵，即一旦故障出現(xiàn)在主油泵，壓縮機(jī)組的控制系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)潤(rùn)滑油備用泵，發(fā)出對(duì)應(yīng)命令。

4、報(bào)警聯(lián)鎖邏輯

如果在某一工況下，實(shí)際測(cè)量值出現(xiàn)異常，比如超出或低于設(shè)定值，主要是報(bào)警的設(shè)定值或是聯(lián)鎖的設(shè)定值，機(jī)組會(huì)做出反應(yīng)，進(jìn)行報(bào)警，并且狀態(tài)位聯(lián)鎖。軟旁路數(shù)字開(kāi)關(guān)是需要設(shè)置的，它存在于各個(gè)聯(lián)鎖點(diǎn)，如果故障出現(xiàn)在一個(gè)變量?jī)x表中，但不要求聯(lián)鎖停車，單點(diǎn)切除即可，完成單點(diǎn)切除后，在聯(lián)鎖邏輯輸出時(shí)這個(gè)點(diǎn)就不存在了。當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)，且單點(diǎn)切除正常時(shí)，連鎖再次使用，解除旁路開(kāi)始工作。

5、防喘振邏輯功能的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)用戶的防喘振的要求，依據(jù)循環(huán)氫壓縮機(jī)組的相關(guān)參數(shù)控制，比如流量和壓比等，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的，通過(guò)Tristation1131 設(shè)計(jì)了異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)的防喘振技術(shù)，選用Pd/Ps ～h/Ps 算法，如圖3 所示。

圖3 防喘振控制示意圖

對(duì)于異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)的防喘振控制技術(shù)，PID 功能塊是最重要的，隨著不斷變化的SP（在PID 功能塊中），不同工況下的P、I、D 參數(shù)不同。具體P、I、D參數(shù)是保密部分，不做相關(guān)計(jì)算。

四、結(jié)論

本文從用戶需求和設(shè)計(jì)要求出發(fā)，通過(guò)Bently 3500 系統(tǒng)先對(duì)異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)組的保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。同時(shí)，對(duì)機(jī)組控制系統(tǒng)下位機(jī)PLC 的功能模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)。通過(guò)調(diào)試，整套控制系統(tǒng)滿足了機(jī)組要求，其最終的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)、高可靠性的循環(huán)氫壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高度的安全性要求，完全滿足用戶需求和設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了控制方法的有效性。該機(jī)組功能模塊的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，對(duì)開(kāi)發(fā)同類產(chǎn)品具有借鑒作用，同時(shí)，對(duì)提高公司控制水平具有積極地作用。