HydroCOM系統(tǒng)在加氫裂化裝置新氫壓縮機(jī)上的應(yīng)用

賴(lài)朝喜

（浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316000）

1 引言

某石化分公司煉油廠加氫聯(lián)合車(chē)間200萬(wàn)t/a加氫裂化裝置選用2臺(tái)德國(guó)NEA公司生產(chǎn)的四列平衡式對(duì)稱(chēng)布置三級(jí)往復(fù)式氫氣壓縮機(jī)，一開(kāi)一備，其中單臺(tái)壓縮機(jī)的額定流量為66682 Nm3/h。由于全廠的物料平衡，裝置的加工量一直在60%～70%負(fù)荷運(yùn)行，所以加氫裂化裝置反應(yīng)所需要的氫氣量?jī)H為壓縮機(jī)額定流量的55%～70%，而壓縮機(jī)在原三返一控制系統(tǒng)下100%滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，剩余的氫氣量通過(guò)三返一控制閥返回壓縮機(jī)一級(jí)入口，造成壓縮機(jī)能耗大量浪費(fèi)。2009年5月，裝置停工檢修，2臺(tái)新氫壓縮機(jī)同時(shí)安裝了賀爾碧格公司的HydroCOM無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一次投用成功并實(shí)現(xiàn)了2臺(tái)壓縮機(jī)同時(shí)在HydroCOM系統(tǒng)控制下的相互切換操作。

2 原三返一控制方案

如圖1，根據(jù)入口壓力PC1019A的MV值、三級(jí)出口壓力PC1020的MV值和反應(yīng)系統(tǒng)壓力PC1015的2倍MV值高選后，控制三返一控制閥PV1015的開(kāi)度。即壓縮機(jī)壓縮機(jī)的高壓剩余氫氣經(jīng)過(guò)三返一控制閥PV1015后經(jīng)冷卻器E112返回到壓縮機(jī)一級(jí)入口分液罐V106，再進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，如此反復(fù)循環(huán)，達(dá)到調(diào)節(jié)壓縮機(jī)流量的目的。壓縮機(jī)給經(jīng)三返一控制閥返回的氫氣量做的功為浪費(fèi)能量。

3 安裝HydroCOM系統(tǒng)后的控制方案

安裝HydroCOM系統(tǒng)后，主要有3個(gè)控制回路：一級(jí)進(jìn)氣壓力、三級(jí)排氣壓力和反應(yīng)系統(tǒng)冷高分壓力高選后的一級(jí)控制回路；二級(jí)進(jìn)氣壓力控制回路；三級(jí)進(jìn)氣壓力控制回路。一級(jí)控制器主要控制壓縮機(jī)的排氣量，二、三級(jí)主要控制壓縮機(jī)各級(jí)的壓比。

壓縮機(jī)安裝HydroCOM系統(tǒng)后的控制方案，見(jiàn)圖2，PC1019A控制壓縮機(jī)一級(jí)入口壓力過(guò)低，PC1020控制壓縮機(jī)三級(jí)出口壓力過(guò)高，PC1015控制反應(yīng)系統(tǒng)冷高分壓力穩(wěn)定。正常時(shí)，PC1015作為主控制參數(shù)。PC1019A、PC1020和PC1015三者輸出的MV值經(jīng)過(guò)高選后的一級(jí)控制信號(hào)通過(guò)分程控制器后為2個(gè)信號(hào)：一個(gè)控制壓縮機(jī)的一級(jí)負(fù)荷；另一個(gè)控制三返一控制閥PV1015。

當(dāng)HydroCOM系統(tǒng)PY7002A/B投自動(dòng)控制和三返一控制閥PV1015投串級(jí)控制且高選器輸出值為0～70%時(shí)，高選器輸出值與壓縮機(jī)的負(fù)荷之和等于100。高選器輸出的信號(hào)經(jīng)分程控制器后分別控制壓縮機(jī)一級(jí)負(fù)荷和三返一控制閥，關(guān)系見(jiàn)表1。

另外，當(dāng)PY7002A/B全都投手動(dòng)控制和三返一控制閥PV1015 投串級(jí)控制時(shí)，三返一控制閥PV1015的開(kāi)度為高選器的輸出值。

4 HydroCOM系統(tǒng)的實(shí)際操作應(yīng)用

4.1 DCS組態(tài)問(wèn)題

在HydroCOM系統(tǒng)安裝后的DCS調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)手操器PV1015和分程控制器組態(tài)存在一定缺陷，對(duì)實(shí)際操作可能有風(fēng)險(xiǎn)。在手操器PV1015串級(jí)控制和PY7002A/B手動(dòng)控制情況下，高選器輸出值為50%，三返一控制閥開(kāi)度為50%。模擬操作需要，把手操器PV1015投手動(dòng)控制，通過(guò)手操器PV1015 調(diào)節(jié)三返一控制閥開(kāi)度為35%，調(diào)節(jié)PC1019A、PC1020、PC1015三個(gè)控制器任何一個(gè)使高選器輸出值為35%，然后把手操器PV1015投串級(jí)接受分程控制器的自動(dòng)控制，三返一控制閥的開(kāi)度由35%變?yōu)橹暗?0%，短時(shí)間后（大約2 s）又回到35%。此種情況若出現(xiàn)在實(shí)際操作中，肯定會(huì)整個(gè)控制系統(tǒng)造成波動(dòng)，甚至?xí)?dǎo)致壓縮機(jī)連鎖停機(jī)。經(jīng)過(guò)儀表工程師和賀爾碧格廠家技術(shù)人員查找原因后，處理了此問(wèn)題，但導(dǎo)致了另一個(gè)問(wèn)題。

圖1 安裝HdroCOM系統(tǒng)前三返一控制方案

表1 壓縮機(jī)一級(jí)負(fù)荷與三返一控制閥PV1015開(kāi)度的關(guān)系表

在壓縮機(jī)原三返一控制方案中，裝置正常生產(chǎn)時(shí)，冷高分壓力PC1015為主控制參數(shù)，PC1019A和PC1020的MV值在高選器作用下隨著高選器輸出值的變化而變化，但始終比高選器輸出值（PC1015的MV值2倍）小，若出現(xiàn)PC1019A的實(shí)際PV值比給定SV值低或PC1020的實(shí)際PV值比給定SV值高，PC1019A的MV值或PC1020的MV超過(guò)PC1015的MV值2倍，變?yōu)橹骺刂破?，打開(kāi)三返一控制閥開(kāi)度，以防止壓縮機(jī)入口壓力超低或出口壓力超高。但在安裝HydroCOM 系統(tǒng)運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)PC1019A的MV值和PC1020的MV始終為0，若壓縮機(jī)入口壓力低于設(shè)定值或出口壓力高于給定值，不能快速作用控制三返一控制閥的開(kāi)度。經(jīng)過(guò)分析，此問(wèn)題是由于處理前一個(gè)問(wèn)題產(chǎn)生的新問(wèn)題，擔(dān)心修改不成功，修改后的DCS控制程序下裝可能對(duì)裝置的正常運(yùn)行存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。車(chē)間決定，下次停工后在對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行整改，以切底解決以上2個(gè)DCS組態(tài)問(wèn)題。

4.2 壓縮機(jī)切換時(shí)，操作不當(dāng)造成壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)

圖2 安裝HdroCOM系統(tǒng)后的控制方案

圖3 HydroCOM新增手操器后的各級(jí)控制圖

壓縮機(jī)安裝HydroCOM系統(tǒng)運(yùn)行后，將壓縮機(jī)K102B切換至K102A運(yùn)行。壓縮機(jī)啟動(dòng)前，二級(jí)入口壓力PC7003A自動(dòng)控制SV給定值為4.5 MPa（正常為5.8 MPa），三級(jí)入口壓力PC7004A自動(dòng)控制SV給定值為9.5 MPa（正常為10.8 MPa）。K102A空負(fù)荷啟動(dòng)運(yùn)行正常后，以每次3%的速度提PY7002A的MV值，直到壓縮機(jī)一級(jí)負(fù)荷為25%時(shí)，停止繼續(xù)提負(fù)荷。然后，根據(jù)二級(jí)入口壓力的上升情況，調(diào)節(jié)平穩(wěn)控制在5.8 MPa。但是，當(dāng)三級(jí)入口達(dá)到9.5 MPa以后，PC7004A自動(dòng)提三級(jí)負(fù)荷不及時(shí)，三級(jí)入口快速上升到11.6 MPa，二級(jí)進(jìn)出口差壓超過(guò)5.8 MPa，造成K102A聯(lián)鎖停機(jī)。幸好，K102B仍在正常運(yùn)行，未對(duì)裝置生產(chǎn)造成任何影響。

通過(guò)此次聯(lián)鎖停機(jī)分析原因總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，三級(jí)入口壓力PC7004A自動(dòng)控制SV給定值為9.0 MPa，這樣可以讓PC7004A更提前動(dòng)作提三級(jí)負(fù)荷。另外，在壓縮機(jī)二、三級(jí)入口壓力未達(dá)到正常穩(wěn)定控制之前，一級(jí)負(fù)荷不超過(guò)15%。按照此種操作方法，以后都能保證壓縮機(jī)的平穩(wěn)切換。

4.3 HydroCOM系統(tǒng)故障對(duì)控制系統(tǒng)的影響

HydroCOM系統(tǒng)主要有中間接口單元故障、液壓油壓力低故障、液壓油溫高故障和液壓油液位低故障。HydroCOM系統(tǒng)一旦出現(xiàn)以上任何一種故障時(shí)，液壓油站電機(jī)自動(dòng)聯(lián)鎖停機(jī)。液壓油的油壓為零，吸氣閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)失去動(dòng)力，回到未裝HydroCOM系統(tǒng)的情況下，壓縮機(jī)立即變?yōu)?00%負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)高選器輸出的信號(hào)經(jīng)分程控制器后打開(kāi)三返一控制閥。

在此種情況，各控制器的信號(hào)變化經(jīng)過(guò)如下：HydroCOM系統(tǒng)故障發(fā)生時(shí)，HydroCOM將被自動(dòng)切除后，壓縮機(jī)一級(jí)負(fù)荷控制信號(hào)PY7002A/B立即變?yōu)?00%，三返一控制閥開(kāi)度立即由0變?yōu)楦哌x器的輸出值（即100減去HydroCOM系統(tǒng)正常時(shí)的壓縮機(jī)負(fù)荷值）。根據(jù)裝置加工量為170t/h時(shí)的操作經(jīng)驗(yàn)，未安裝HydroCOM系統(tǒng)前，壓縮機(jī)100%負(fù)荷運(yùn)行，三返一控制閥的開(kāi)度大約為65%，安裝HydroCOM系統(tǒng)后，壓縮機(jī)負(fù)荷大約為65%，三返一控制閥的開(kāi)度為零。若在此種情況下HydroCOM系統(tǒng)故障，壓縮機(jī)負(fù)荷立即變?yōu)?00%，三返一控制閥立即開(kāi)至大約35%，與未安裝HydroCOM系統(tǒng)時(shí)三返一控制閥開(kāi)度65%相差30%，可能會(huì)造成壓縮機(jī)三級(jí)出口壓力超高，聯(lián)鎖停機(jī)。

表2 HydroCOM安裝前后主要運(yùn)行工況數(shù)據(jù)對(duì)比表

出現(xiàn)此種問(wèn)題的主要原因是把三返一控制閥的開(kāi)度與壓縮機(jī)的負(fù)荷看成是等比關(guān)系，即三返一控制閥為1%開(kāi)度就等同于壓縮機(jī)的1%的負(fù)荷。三返一控制閥是等百分比流量特性控制閥，而非直線流量特性控制閥。

車(chē)間針對(duì)HydroCOM系統(tǒng)故障的情況時(shí)，根據(jù)壓縮機(jī)三級(jí)出口壓力的變化速度，操作人員迅速通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)三返一控制閥的開(kāi)度，以快速穩(wěn)定系統(tǒng)的壓力的波動(dòng)，保證裝置正常生產(chǎn)。

4.4 HydroCOM系統(tǒng)的切除和切入操作

若HydroCOM系統(tǒng)出現(xiàn)液壓油站系統(tǒng)漏油等一些小問(wèn)題時(shí)，可以隨時(shí)手動(dòng)切除HydroCOM系統(tǒng)，由三返一控制閥獨(dú)立控制系統(tǒng)的氫氣用量。高選器輸出信號(hào)為35%，壓縮機(jī)65%的負(fù)荷運(yùn)行，三返一控制閥開(kāi)度為0，此時(shí)由于某種原因把Hydro－COM系統(tǒng)切除，即PY7002A/B投手動(dòng)。由于分程控制器的作用，壓縮機(jī)的負(fù)荷在70 s內(nèi)由65%勻速提至100%，同樣三返一控制閥的開(kāi)度在70 s內(nèi)由0勻速開(kāi)至35%，壓縮機(jī)各級(jí)吸氣閥的工作狀況回到未裝HydroCOM系統(tǒng)之前的工作狀況，現(xiàn)場(chǎng)停液壓油站系統(tǒng)電機(jī)。

問(wèn)題處理完畢后，在HydroCOM系統(tǒng)切入操作控制之前，把PY7002A/B的MV值給為100%，現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)液壓油站系統(tǒng)電機(jī)，建立液壓油壓力。然后，手動(dòng)緩慢降PY7002A/B的MV值，降低壓縮機(jī)的負(fù)荷，當(dāng)PY7002A/B的MV值與高選器輸出值之和為100%時(shí)，將PY7002A/B投串級(jí)控制。由于分程控制器的作用，三返一控制閥的開(kāi)度在70 s內(nèi)勻速關(guān)閉，同時(shí)，在三返一控制閥關(guān)閉過(guò)程中，將自動(dòng)提高壓縮機(jī)的負(fù)荷補(bǔ)償關(guān)閉三返一控制閥時(shí)系統(tǒng)流量的變化，以維持反應(yīng)系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定。

4.5 壓縮機(jī)停機(jī)后，緊急啟用備機(jī)操作

未安裝HydroCOM系統(tǒng)之前，若壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)，迅速啟動(dòng)備用壓縮機(jī)100%負(fù)荷運(yùn)行，及時(shí)給反應(yīng)系統(tǒng)補(bǔ)充氫氣，反應(yīng)系統(tǒng)壓力就開(kāi)始緩慢上升，能夠快速保住反應(yīng)系統(tǒng)壓力，恢復(fù)裝置正常生產(chǎn)。

安裝HydroCOM系統(tǒng)之后，不能通過(guò)一次操作同時(shí)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的各級(jí)負(fù)荷，而是通過(guò)PY7002A/B逐步提高壓縮機(jī)的一級(jí)負(fù)荷，二級(jí)入口壓力PC7003A/B和三級(jí)入口壓力PC7004A/B自動(dòng)調(diào)節(jié)二三級(jí)的負(fù)荷。因此，若壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)，迅速啟動(dòng)備用壓縮機(jī)后，每次通過(guò)PY7002A/B對(duì)壓縮機(jī)一級(jí)提負(fù)荷后，必須等到二、三級(jí)自動(dòng)調(diào)節(jié)稍穩(wěn)定后，才能再次提一級(jí)負(fù)荷，否則就可能導(dǎo)致一級(jí)出口壓力高高或二級(jí)進(jìn)出口壓力高高聯(lián)鎖。與未安裝HydroCOM系統(tǒng)之前相比，壓縮機(jī)的負(fù)荷提到能夠滿(mǎn)足反應(yīng)系統(tǒng)耗氫量的時(shí)間較長(zhǎng)，也就是說(shuō)，反應(yīng)系統(tǒng)壓力可能下降至最低值10.2 MPa，裝置必須中斷進(jìn)料。

壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)后，啟動(dòng)備用壓縮機(jī)并迅速提負(fù)荷是保證裝置不中斷進(jìn)料盡快恢復(fù)生產(chǎn)的關(guān)鍵操作步驟。根據(jù)目前的操作經(jīng)驗(yàn)，在最大速度提負(fù)荷并保證不聯(lián)鎖停機(jī)的情況下，只能改進(jìn)HydroCOM系統(tǒng)DCS的操作系統(tǒng)才能切底解決此問(wèn)題。每臺(tái)壓縮機(jī)增加一個(gè)提負(fù)荷手操器PY7000，輸出的MV值分別與PY7002、PC7003、PC7004的MV值高選后，控制各級(jí)壓縮機(jī)的負(fù)荷，見(jiàn)圖3。這樣，只要對(duì)PY7000輸入壓縮機(jī)停機(jī)前的負(fù)荷，即可同時(shí)給壓縮機(jī)各級(jí)提負(fù)荷，縮短壓縮機(jī)提負(fù)荷的時(shí)間，就相當(dāng)于在未安裝HydroCOM系統(tǒng)之前，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)一個(gè)按鈕給壓縮機(jī)帶50%或100%。裝置正常生產(chǎn)時(shí)，手操器的MV輸入值始終為零，禁止對(duì)其進(jìn)行任何操作，對(duì)HydroCOM系統(tǒng)調(diào)節(jié)操作無(wú)任何影響。

5 HydroCOM系統(tǒng)的節(jié)能效果

未安裝HydroCOM系統(tǒng)之前，裝置加工量為170 t/h時(shí)，壓縮機(jī)100%負(fù)荷運(yùn)行，三返一控制閥開(kāi)度為65%左右。安裝HydroCOM系統(tǒng)后，壓縮機(jī)僅僅對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)實(shí)際需要的氣量進(jìn)行壓縮，三返一控制閥開(kāi)度為0，從而能夠最大限度地節(jié)約能源，主要體現(xiàn)在降低壓縮機(jī)主電機(jī)的功率。

通過(guò)表2分析可以得出，在裝置加工量和系統(tǒng)耗氫量相同的情況下，安裝HydroCOM系統(tǒng)前，壓縮機(jī)主電機(jī)的平均工作電流為552A，安裝Hydro-COM系統(tǒng)后，壓縮機(jī)主電機(jī)的平均工作電流為350A。主電機(jī)的工作電壓為6000 V，取功率因數(shù)cosφ為0.9。

根據(jù)三相功率計(jì)算公式

安裝HydroCOM系統(tǒng)前電機(jī)功率

安裝HydroCOM系統(tǒng)后電機(jī)功率

安裝HydroCOM系統(tǒng)后，新增液壓油系統(tǒng)電機(jī)功率為3.0 kW

所以，安裝HydroCOM系統(tǒng)后，每年節(jié)約用電為

Q=（5162.75-3273.5-3）×24×365=16523550 kW·h

工業(yè)用電按照每千瓦時(shí)0.52元，安裝Hydro-COM系統(tǒng)后，每年可以節(jié)約投資

Y=16523550×0.52=859.2萬(wàn)元

6 結(jié)論

（1）由于HydroCOM系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)流量0～100%無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，裝置開(kāi)工時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)升壓速度控制較平穩(wěn)，并基本解決了壓縮機(jī)入口新氫量較低時(shí)開(kāi)壓縮機(jī)升壓困難的問(wèn)題；

（2）壓縮機(jī)切換過(guò)程中，與未安裝HydroCOM系統(tǒng)前相比，反應(yīng)系統(tǒng)壓力和壓縮機(jī)入口壓力控制較平穩(wěn)，但是，壓力控制反饋較慢，壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在低負(fù)荷下運(yùn)行，各級(jí)出口容易超溫，具體的操作經(jīng)驗(yàn)有待于繼續(xù)摸索；

（3）在HydroCOM系統(tǒng)投入自動(dòng)控制時(shí)，三返一控制閥關(guān)閉速度較快（70 s全關(guān)），引起系統(tǒng)波動(dòng)較大，廠家要求將三返一控制閥投手動(dòng)控制緩慢關(guān)小。但這樣做，在三返一控制手動(dòng)控制期間存在一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，若HydroCOM液壓系統(tǒng)故障，三返一控制閥不能及時(shí)打開(kāi)，可能造成壓縮機(jī)三級(jí)出口超壓；

（4）HydroCOM系統(tǒng)故障后，自動(dòng)切除Hydro-COM系統(tǒng)，回到原三返一控制方案，三返一控制閥就會(huì)快速打開(kāi)，肯定會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行及反應(yīng)壓力控制造成一定影響。

總體來(lái)說(shuō)，HydroCOM無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)在3SLV新氫壓縮機(jī)上的改造是成功的，在加氫裂化裝置目前加工量的情況下，節(jié)能效果顯著。