烯烴分離反應(yīng)氣壓縮機(jī)防喘振系統(tǒng)設(shè)計

于宏福(吉林省松原石油化工股份有限公司,吉林　松原　138000)

烯烴分離反應(yīng)氣壓縮機(jī)防喘振系統(tǒng)設(shè)計

于宏福(吉林省松原石油化工股份有限公司,吉林松原138000)

反應(yīng)氣壓縮機(jī)是甲醇制烯烴分離單元中的重要設(shè)備之一，其能夠顯著提升氣體壓力，從而為后續(xù)分離工藝提供基礎(chǔ)。然而壓縮機(jī)在正常運(yùn)行過程中，其也經(jīng)常受到喘振的危害。因此，為確保壓縮機(jī)能夠安全可靠的運(yùn)行，文章重點(diǎn)就壓縮機(jī)的防喘振系統(tǒng)設(shè)計展開探討。

烯烴分離；壓縮機(jī)；防喘振系統(tǒng)；設(shè)計

1　壓縮機(jī)喘振的危害

壓縮機(jī)一旦出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，將會嚴(yán)重危害到壓縮機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。第一，壓縮機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子應(yīng)受到了交變應(yīng)力的影響，將會出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象；第二，壓縮機(jī)的級間壓力出現(xiàn)失常現(xiàn)象，并誘發(fā)出更為劇烈的振動，進(jìn)而損壞推力軸承以及級間密封結(jié)構(gòu)；第三，喘振會引起主軸和葉輪將更大的溫差現(xiàn)象，進(jìn)而破壞到葉輪的過盈量，最終導(dǎo)致葉輪出現(xiàn)松動現(xiàn)象。第四，喘振還應(yīng)該誘發(fā)定子和轉(zhuǎn)子出現(xiàn)相互碰撞現(xiàn)象，進(jìn)而破壞到壓縮機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重情況下還可能誘發(fā)安全事故。

2　反應(yīng)氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的基本需求

2.1反應(yīng)氣壓縮機(jī)

反應(yīng)氣壓壓縮機(jī)屬于四級離心式壓縮機(jī)，其主要由級間冷卻其、級間吸入罐和反應(yīng)氣壓縮機(jī)等部分構(gòu)成，其主要作用在于對反應(yīng)氣中的氣液成分進(jìn)行有效的分離。壓縮機(jī)總共有四級，其中在三級中都設(shè)置的有回流閥，其主要用于第一級后水洗塔到第一級吸入罐的回流，第三極出口到堿洗塔入口的回流以及第四級出口到高壓脫丙烷塔入口的回流。

2.2系統(tǒng)的控制需求

壓縮機(jī)的防喘振控制系統(tǒng)主要用于測量壓縮機(jī)的每一級溫度、壓力和速度等，實(shí)現(xiàn)對防喘振控制閥的開啟狀況和程度等進(jìn)行控制，同時檢查汽輪機(jī)以及壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，以便于確保壓縮機(jī)能夠安全可靠運(yùn)行。因此控制系統(tǒng)的基本需求如下：第一，控制系統(tǒng)的主要輸入輸出變量為數(shù)字量、模擬量和脈沖量等的輸入/輸出。第二，控制系統(tǒng)需要具備自我診斷、與DCS串行串行通信、80ms以下的系統(tǒng)執(zhí)行時間、Windows人機(jī)界面環(huán)境、時間順序記錄SOE、在線編程維護(hù)等。第三，壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的硬件則需要包括：I/O卡件和主處理器的三重化、配備操作站、系統(tǒng)I/O卡15%的備用量、1∶1冗余的電源模塊等。依據(jù)壓縮機(jī)的自身性能及控制系統(tǒng)的基本需求，可以選取透平壓縮機(jī)綜合控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的有效控制，并滿足日常維護(hù)的基本需求。

3　控制邏輯

3.1聯(lián)鎖邏輯

分離烯烴的時候，壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)直接會對整個系統(tǒng)裝置的運(yùn)行狀況產(chǎn)生直接的影響。所以需要采取一定的措施實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)的聯(lián)鎖保護(hù)。壓縮機(jī)在正常運(yùn)行的時候，其功能主要受到進(jìn)排氣壓力、軸承的溫度、軸位移和振動狀況、潤滑油的總管壓力等因素的影響，因此一旦滿足了停機(jī)條件，聯(lián)鎖保護(hù)功能就會啟動停機(jī)功能，同時觸發(fā)報警動作，并直接在聯(lián)鎖控制板中直接顯示。

3.2防喘振控制邏輯

為有效實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的防喘振控制功能，可以借助防喘振控制器，并利用控制邏輯來得以實(shí)現(xiàn)。例如，在壓縮機(jī)的第二級防喘振控制之中，通過計算相應(yīng)的程序之后，能夠?qū)⒔Y(jié)果信號傳送至監(jiān)控DCS系統(tǒng)和人機(jī)界面中。一旦出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，則工作人員只需復(fù)位喘振計數(shù)。防喘振控制程序在收到信號之后，將會顯示喘振的計數(shù)值，同時給出喘振線和壓縮機(jī)工作點(diǎn)間的偏差。依據(jù)上述信息，工作人員就能夠有效解決壓縮機(jī)的喘振問題。

4　防喘振控制

4.1防喘振控制器

防喘振控制器包含了眾多的功能模塊，諸如喘振線、喘振檢測、安全裕度、喘振控制線、防喘振PID控制器、防喘振電磁閥控制等等。防喘振控制器利用上述功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)定懸停線值、喘振超馳、快開慢關(guān)等多種功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)防喘振控制器的各種有效功能，并顯著控制壓縮機(jī)運(yùn)行過程中的喘振現(xiàn)象。

4.2防喘振控制策略

防喘振控制系統(tǒng)對于壓縮機(jī)的控制主要采取三種控制策略，分別是喘振控制線控制策略、速率控制策略、開環(huán)階躍控制策略等。第一，喘振控制線控制策略。若壓縮機(jī)的工作點(diǎn)達(dá)到了喘振控制線，則喘振控制線將立即將防喘振控制閥的開度進(jìn)行改變，并發(fā)送出兩個解耦信號。一個解耦信號用于控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其立即增加；另一個解耦信號則直接發(fā)送到壓縮機(jī)組過程控制中，確保其立即停止對喘振控制線控制的干涉作用。第二，速率控制。該控制策略主要是基于特性曲線上，實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)工作點(diǎn)最大移動速率的有效控制。若壓縮機(jī)的工作點(diǎn)和喘振控制線較為接近，則速率控制策略能夠快速降低工作點(diǎn)的移動速度；若壓縮機(jī)的工作點(diǎn)已經(jīng)到達(dá)了喘振控制線，則速率控制策略能夠快速控制工作點(diǎn)的移動速度為0。第三，開環(huán)階躍控制策略。若采取上述兩種控制策略依然無法實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)工作點(diǎn)的有效控制，且其依然位于喘振控制線的左側(cè)，并逐漸向喘振線移動，則此時就可以開啟開環(huán)階躍控制功能。這種控制策略主要是促使防喘振控制閥迅速進(jìn)入一個較高的閥位狀態(tài)中，使得能夠快速提升壓縮機(jī)入口處的壓力和流量。在一定的調(diào)節(jié)時間之后，緩慢關(guān)閉防喘振控制閥，進(jìn)而確保壓縮機(jī)處于正常的運(yùn)行狀態(tài)中。

總之，喘振現(xiàn)象是壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中的最大宿敵。因此必須通過一定的控制策略來實(shí)現(xiàn)對其的有效控制，進(jìn)而確保壓縮機(jī)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。文章分析了里一共防喘振控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對喘振的有效控制，期望對于同行能夠有所裨益。

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