TS3000系統在CO2壓縮機組中的應用

摘要：介紹了串聯工作的壓縮機組基于TRICON TS300的ITCC系統的設計方案，控制原理，為同類系統的改造提供了可借鑒的方法。

關鍵詞：TS300；防喘振控制；負荷分配控制

1 引言

TRICON TS3000系統將傳統上需要多個分立的功能集成在一套可靠性極高的三重模件冗余容錯控制系統中完成；可實現速度控制、抽汽控制、壓縮機防喘振控制、開停車順序控制、安全聯鎖保護、性能控制（負荷分配）以及解耦控制等。

2 項目現狀

化肥廠尿素裝置現有一臺CO2增壓機K103和一臺CO2壓縮機3102J串聯工作。增壓機K103安全聯鎖由一套GE PLC完成，防喘振和性能控制由一套3C+系統完成。壓縮機3102J防喘振和電子調速功能由另一套3C+系統完成，聯鎖保護由一套ICS系統完成，機組35點溫度由增壓機K103 GE PLC系統監視，機組主要工藝參數和齒輪箱溫度等51點由另一套GE PLC監視，串聯負荷分配控制通過2套3C+系統硬接線實現。兩臺機組的關鍵控制和聯鎖功能目前在三個不同的平臺上實現，操作員要通過不同的操作站進行操作，操作復雜。主要問題如下：

-GE FANUC PLC系統和3C+控制器不向用戶公開編程組態，即使用戶在實際操作中總結出一些操作特性和方式也不能自行進行組態的更改和更新。

-GE 的PLC系統屬于通用型PLC，可靠性遠不及安全型PLC，在使用一段時間后容易出現各類故障，嚴重的造成系統非計劃停車。

-機組監控共由4套獨立系統完成，造成問題查找、維護困難，同時隱患點增加。

3 改造方案

拆除原有4套系統，采用一套TS3000系統完成對增壓機K103和壓縮機3102J的電子調速、防喘振控制、ESD功能及監控。根據現有操作要求和經驗，重新對工藝控制和防喘振控制及其相關回路的協調控制進行重新組態。保持和完善現有控制系統的控制方案所列的全部控制功能。特別是防喘振控制之間的協調控制，壓力超馳控制。以下為重要控制回路功能及實施方案：

3.1 防喘振控制

TRICON 防喘控制器工作時，采用以下現場儀表回路：

詳細的工作原理如下圖：

TRICON 防喘控制器工作原理方框圖

3.1.1 增壓機K103防喘振控制

根據壓縮機出口流量、入口壓力、出口壓力及入口和出口溫度，控制方法采用TRICON防喘振控制算法。性能曲線可以參考原SLL（喘振極限線）線。需要時在調試時進行現場喘振試驗以驗證性能曲線中喘振線的位置。防喘振控制輸出控制增壓機回流閥FV2327防止增壓機發生喘振。

增壓機防喘振控制原理圖

3.1.2 壓縮機3102J防喘振控制

根據壓縮機出口流量、入口壓力、出口壓力及入口和出口溫度，控制方法采用TRICON防喘振控制算法。性能曲線可以參考原SLL（喘振極限線）線。需要時在調試時進行現場喘振試驗以驗證性能曲線中喘振線的位置。

高壓缸和低壓缸的防喘振UIC1和UIC2控制將采取高限選擇，即哪一段先趨于喘振，控制輸出FIC111將發出給那一段的防喘振控制閥FV111和PV111，消除喘振的威脅。FV111和PV111之間為分程控制方式，在進行防喘振保護時，PV111先會被打開，全開后FV111會開始打開保護機組。兩閥在系統高負荷時會全部關閉，之后PV111的作用是防喘振和出口壓力超馳控制。

3102J防喘振控制原理圖

3.2 負荷分配控制

由于增壓機K103和壓縮機3102J是兩臺不同類型的機組（增壓機K103為電動機驅動，壓縮機 3102J為汽輪機驅動），采用不同的方式控制機組的負荷（增壓機K103采用入口導葉控制，壓縮機3102J為汽輪機變轉速控制），當兩臺機組串聯運行時，流經兩臺機組的質量流量是相同的，所以負荷分配的控制調節手段僅限于優化分配每臺機組的壓縮比，使兩臺機組都在效率最佳的方式下運行，防止在運行時發生一臺機組負荷高而另一臺機組有回流的情況發生。

增壓機K103和壓縮機3102J機組負荷分配控制方案：主負荷分配控制功能塊（MPIC101）根據每臺壓縮機運行點與其喘振控制線的相對距離及其它限制條件，在高于限制條件時通過打開FV2327和PV111的方式降低增壓機K103和壓縮機3102J的出口壓力以避免壓力超限（壓力超馳控制POC）。MPIC101的控制功能在低負荷時是控制3102J的出口壓力以保證后系統的壓力需求。當兩臺機組的防喘振閥（FV2327和FV111/PV111）均關閉后可以通過控制增壓機K103入口流量的方式保證上游裝置產出的CO2根據需要進入壓縮機組。

4 結束語

通過本次改造，將原有3種平臺上的四套獨立的系統集成在TS3000控制系統中完成，減少了各個系統間的連接和故障率，提高了故障分析和處理水平，降低了長周期運行成本，并給操作人員提供了良好的監控界面。

參考文獻

[1]陸德民.石油化工自動控制設計手冊（第三版）[M].化學工業出版社.

[1]王樹清，等.工業過程控制工程[M].化學工業出版社.

[3]TRICON關鍵控制和安全系統（第10）版.

作者簡介：魏茂飛（1983-），男，山東省莒南縣人，2007年畢業于中國石油大學（華東）自動化專業，工作于中國昆侖工程公司大慶石化分公司，從事自控儀表設計。