HRCS氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制原理解析

蔡云興(浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316000)

1 系統(tǒng)簡介

2#500 000 Nm3/h重整氫提純裝置(CCR PSA裝置)是某石化公司4 000萬噸/年煉化一體化項目二期工程煉油區(qū)裝置之一，裝置以混合原料氣(包含重整氫和乙烯氫)為原料，設(shè)計公稱產(chǎn)氫能力500 000 Nm3/h。其中CCR一段解析氣二級壓縮機2125-K1302A/B/C設(shè)置三臺，兩開一備，選用往復(fù)式壓縮機4M50-135.8/5.5-24.5型，該系列壓縮機為四列一級對稱平衡式壓縮機、氣缸為少油潤滑，雙作用水冷式，雙層布置，由增安型同步電動機驅(qū)動，壓縮機組額定工況軸功率為2 693 kW,電機容量為3 150 kW,其中2125-K-1302A裝備HRCS系統(tǒng)。

HRCS系統(tǒng)是國產(chǎn)化專為往復(fù)式壓縮機設(shè)計的氣量無級調(diào)節(jié)裝置，可以實現(xiàn)壓縮機負荷0%(30%)～100%范圍內(nèi)無級調(diào)節(jié)[1]。本裝置DCS系統(tǒng)采用浙江中控ECS-700系統(tǒng)，將高度集成的HRCS電子控制系統(tǒng)完全嵌入其中。HRCS系統(tǒng)投用后，當系統(tǒng)負荷低于30%時，HRCS系統(tǒng)以30%負荷運行，多余的氣量通過回流閥調(diào)節(jié)。當負荷高于30%時，回流閥全部關(guān)閉，由HRCS系統(tǒng)單獨控制壓縮機負荷。當HRCS系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，HRCS系統(tǒng)切除，發(fā)出故障信號給DCS，由DCS控制壓縮機回流閥增加開度來調(diào)節(jié)氣量，壓縮機處于100%滿負荷狀態(tài)。該系統(tǒng)優(yōu)化穩(wěn)定壓縮機的出、入口壓力，根據(jù)不同工況負荷，只對實際需要的氣量進行壓縮，在系統(tǒng)耗氣量降低的同時，其消耗的功率也成比例降低，從而能夠最大限度地節(jié)約能源。

2 組態(tài)方案

2.1 系統(tǒng)控制框架

壓縮機增加HRCS系統(tǒng)控制方式如圖1所示。

圖1 壓縮機增加HRCS系統(tǒng)控制方式

增加HRCS系統(tǒng)后，控制取壓點不變，控制方案不變，只是將原來直接送到回流閥的信號經(jīng)過分程計算之后再分別送到HRCS控制系統(tǒng)和回流閥。

2.2 HRCS系統(tǒng)分程模塊說明

2.2.1 DCS內(nèi)部變量的定義

CSV：原來的回流閥開度；HRCSTQ：表示HRCS投用狀態(tài)，1=投用，0=未投用；SWAM：表示HRCS手操器狀態(tài)，1=自動，0=手動；HRCSOUT：表示分程模塊輸出到HRCS手操器的負荷值；PVOUT：表示分程模塊輸出到回流閥手操器值(回流閥開度值)；RP：分程點；MANSW：分程點變化方向；為1表示分程點每秒加1，為0表示每秒減1；RPV_SET：分程點每秒變化值，一般設(shè)為1；RPTOP：分程點的最大值。

2.2.2 分程模塊需要實現(xiàn)的功能如下

(1)當HRCSTQ=0，HRCS系統(tǒng)不起作用；

(2)當HRCSTQ=1，HRCS系統(tǒng)開始起作用；

HRCSOUT計算公式：HRCSOUT=100-CSV；

PVOUT 計算公式：PVOUT=100(CSV-RP)/(100-RP)；

根據(jù)計算公式當HRCSOUT小于100-RPTOP時，HRCSOUT=100-RPTOP；

手自動切換過程：當SWAM為1時，MANSW輸出1，RP從0每秒加RPV_SET，直到RP=RPTOP；當SWAM為0時，MANSW仍為1，RP從當前值每秒減RPV_SET，直到RP遞減到0，MANSW輸出0。

2.3 組態(tài)參考代碼及分程點程序

組態(tài)參考代碼及分程點程序如表1所示。

表1 組態(tài)參考代碼及分程點程序

3 系統(tǒng)投切

3.1 帶HRCS系統(tǒng)壓縮機開機

首先，現(xiàn)場啟動液壓站，內(nèi)操點擊“投用”按鈕，確認出口油壓超過9.0 MPa；將一級負荷設(shè)定為0%，二級負荷設(shè)定為30%；確認系統(tǒng)投用、零負荷指示為綠色；啟動壓縮機；待壓縮機運行平穩(wěn)后，轉(zhuǎn)速正常指示為綠色，一級負荷改30%；關(guān)小回流閥，直至0，如果未到0就滿足工藝要求，就保持回流閥的開度；如果回流閥全關(guān)還不能滿足工藝要求，提升一、二級負荷直到滿足工藝要求。

3.2 帶HRCS系統(tǒng)壓縮機關(guān)機

首先，慢慢降低HRCS一、二級負荷，直到30%負荷；將一級負荷給0，此時壓縮機處于0負荷；停壓縮機主電機；待壓縮機主電機停穩(wěn)后，點擊“切除”按鈕。

4 結(jié)語

HRCS無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過DCS分程控制，將油動電磁換向閥實現(xiàn)智能化操作，通過準確快速地控制氣體流量和壓力等可控變量，實現(xiàn)從 0～100%范圍內(nèi)的氣量調(diào)節(jié)，讓工藝操作流程更具彈性，并讓壓縮機的啟停更加自如。同時該系統(tǒng)通過對實際負荷對應(yīng)需要的氣體進行做功壓縮，大幅度減少壓縮機組的磨損和做功能量的浪費，從而實現(xiàn)工廠能源節(jié)約，提高了投資回報率[2]。在設(shè)計方面，HRCS無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)使用模塊化設(shè)計，設(shè)備、電氣、儀表元件的標準化安裝，比其他傳統(tǒng)控制系統(tǒng)更加快速便捷，同時設(shè)備的標準化也體現(xiàn)出性能可靠，較低的易損件也降低使用維護成本，從而降低了維修資金的投入。在系統(tǒng)長周期運行下，快速而精確地調(diào)控，能滿足工藝流程的動態(tài)控制要求；高度自動化的控制方式，僅需要極少的人工干預(yù)，有利于生產(chǎn)裝置更加高效節(jié)能、安全穩(wěn)定的長周期運行。