催化氣壓機控制系統(tǒng)的升級改造

徐世翔

(陜西延長石油(集團)有限責任公司延安煉油廠電儀車間，陜西 延安 727406)

催化氣壓機控制系統(tǒng)的升級改造

徐世翔

(陜西延長石油(集團)有限責任公司延安煉油廠電儀車間，陜西 延安 727406)

某廠年產100萬噸催化裝置的氣壓機控制系統(tǒng)技術落后、自動化水平低且能耗大，為此，對其控制系統(tǒng)進行升級改造。新系統(tǒng)硬件由TRICON控制器、TurboSentry三取二電子超速保護器和Bently 3500軸系統(tǒng)儀表組成；軟件改造通過系統(tǒng)程序優(yōu)化新的性能控制。實際投運結果表明：氣壓機的轉速平均降低了400r/min，中壓蒸汽一年最低減少8萬噸左右；同時，氣壓機控制系統(tǒng)操作得到了優(yōu)化。

氣壓機 控制系統(tǒng)升級改造 汽輪機轉速 防喘振閥 反應壓力

氣壓機是催化煉化生產過程中的一個重要設備，其作用是將分餾部分來的低壓富氣提高壓力后送至吸收穩(wěn)定部分[1]。其動力主要來源于汽輪機，汽輪機的動力主要來源于4MPa中壓蒸汽。原氣壓機控制系統(tǒng)由于技術落后，使得氣壓機經(jīng)常處于滿負荷運行，能源浪費巨大。因此，氣壓機控制系統(tǒng)不僅要在生產操作方面進行優(yōu)化，更應該在節(jié)能降耗方面有所突破。

陜西延長石油(集團)有限責任公司延安煉油廠年產100萬噸催化裝置的氣壓機控制系統(tǒng)于1998年投產，由于技術落后、系統(tǒng)老化、新舊配件無法兼容、設備故障率高及能耗大等原因，已經(jīng)無法滿足安全平穩(wěn)生產的要求。為了實現(xiàn)裝置的安全長周期運行，給企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益，必須對氣壓機控制系統(tǒng)進行升級改造。

1 原系統(tǒng)現(xiàn)狀

陜西延長石油(集團)有限責任公司延安煉油廠的年產100萬噸催化富氣壓縮機為荏原(EBARA)埃理奧特壓縮機，控制系統(tǒng)為AB PLC雙重冗余控制系統(tǒng)，配有Woodward調速器、505+Loopmate位置操作器、ProTech203超速保護器、CCC防喘振控制器、Bently 3300軸系監(jiān)測系統(tǒng)及YOKOGAWA單回路調節(jié)器等。

在原氣壓機控制系統(tǒng)的控制過程中，每次開車暖機到提速都需要操作工到現(xiàn)場進行手動調節(jié)，而手動調節(jié)最大的弊端就是轉速控制精度低、轉速波動大。尤其在經(jīng)過臨界轉速時，會造成氣壓機長時間抖動，對設備傷害極大。另外，在正常生產時，還需要操作工根據(jù)反應壓力手動調節(jié)汽輪機轉速。

原防喘振控制器為獨立CCC控制器，操作工在畫面上無法看到當前工作點的實際位置，而且防喘振閥需要手動調節(jié)，一旦調節(jié)不及時就會造成防喘振閥全部快速打開，導致反應壓力突然升高，火炬經(jīng)常性冒黑煙。這不但造成裝置運行不穩(wěn)定，而且增加經(jīng)濟損失，污染環(huán)境。

2 新系統(tǒng)升級改造方案

新氣壓機控制系統(tǒng)由TRICON控制器(三冗余故障安全型系統(tǒng))、TurboSentry三取二電子超速保護器和Bently 3500軸系儀表組成。

2.1轉速控制

調速器控制輸出程序主要由VPID功能塊完成，其功能與常規(guī)調節(jié)器類似。但它只采用自動方式，當模式小于2時，輸出強制給0，轉速小于500r/min時輸出最大為30%。自動升速模式極大地減少了操作工的勞動強度，降低了設備的風險域時間。系統(tǒng)轉速控制模塊改造后完全實現(xiàn)了全自動調速，不再需要操作工在現(xiàn)場手動升速，實現(xiàn)了自動通過臨界轉速和自動暖機的功能。

2.2防喘振控制

壓縮機發(fā)生喘振的直接原因是其進口流量與出口壓力不匹配進而造成壓縮機軸向低頻大振幅周期性氣流振蕩。喘振會使壓縮機的性能惡化，氣流參數(shù)(壓力、流量)大幅波動，噪聲和振動加劇，嚴重時足以損壞氣壓機。為此，通過增加反應壓力自動耦合模塊來控制汽輪機轉速和防喘振閥，使工作點在防喘振線附近3%～5%范圍內，實現(xiàn)壓縮機的最佳工作工況和穩(wěn)定運行。當需要降低反應器壓力時，控制系統(tǒng)首先關閉防喘振閥，然后再提升轉速。當需要提高反應器壓力時，首先降低轉速，然后再開防喘振閥。防喘振模塊的升級改造達到了汽輪機轉速、防喘振閥和反應壓力自動控制的目的。

同時，本次改造還增加了喘振線和防喘振線的自動變化功能和可視性，從上位機畫面中可以直接看到當前工作點對應的實際流量與防喘振點之間的真實距離。防喘振控制有3種工作模式：自動，完全由防喘振自動保護程序起作用；半自動，操作工可以根據(jù)裝置和現(xiàn)場情況人為給定一閥位值，防止閥門長時間全部關閉而發(fā)生卡澀，操作工只能向安全方向操作防喘振閥，在關閥時，壓縮機一旦達到喘振控制線，系統(tǒng)會自動限制關閥操作，保證機組安全；手動，在正常生產時，儀表調校閥門時采用手動工作模式，防止排凝導致的防喘振閥打開，造成裝置波動。

2.3新增性能控制方式

本次改造新增了性能控制轉速和性能控制喘振兩個功能，并根據(jù)原設計的理論喘振曲線，重新計算了喘振曲線和防喘振曲線。新的防喘振曲線采用漸開式，具有最大操作性能。為了防止工作點超過防喘振曲線后才開始逐漸打開防喘振閥，在程序中設定，當工作點靠近防喘振曲線3%時，將不再降低轉速或者關閉防喘振閥，而是根據(jù)反應器壓力自動打開防喘振閥或者升高轉速；當工作點大于5%裕度時，再執(zhí)行轉速或者防喘振控制。綜上，既要保證壓縮機以最佳狀態(tài)運行，又要保證工藝平穩(wěn)運行。當兩個性能控制都投入自動時，反應壓力就不需要操作工操作了，系統(tǒng)會根據(jù)設備的運行狀態(tài)通過對轉速的調節(jié)和對反飛動閥的控制來保證反應壓力穩(wěn)定。

3 經(jīng)濟效益

由于氣壓機工作點的壓線運行，改造后氣壓機轉速平均降低了400r/min；而需要的中壓蒸汽從原來的60t/h降到現(xiàn)在的50t/h左右，平均每小時減少中壓蒸汽消耗10t左右，一年最低減少中壓蒸汽80kt左右，具有非常可觀的經(jīng)濟效益。反應崗位直接輸入反應器壓力設定值機組控制系統(tǒng)實現(xiàn)了全自動控制，除了壓縮機故障停機外反應崗位不再需要用防火炬閥來調整壓力，保證了裝置長周期平穩(wěn)運行，實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。

4 結束語

本次氣壓機控制系統(tǒng)的升級改造實現(xiàn)了自動控制的目的，減少了人為操作失誤的可能性，保證了裝置長周期平穩(wěn)運行，創(chuàng)造了非常可觀的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)了節(jié)能減排。尤其是汽輪機轉速、防喘振閥和反應壓力的自動控制得到了工藝和設備人員的高度好評。硬件升級給技術提高創(chuàng)造了良好的實現(xiàn)平臺，此次改造通過系統(tǒng)程序優(yōu)化了很多新的性能控制，可為同行在進行類似系統(tǒng)升級改造時提供一定的借鑒。

[1] 伍凌,易瑩杰,徐杰.國產DCS中富氣壓縮機防喘振控制方案的實施[J].化工自動化及儀表,2011,38(5):624～625.

TH45

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1000-3932(2016)11-1220-02

2016-06-07(修改稿)