重整裝置增壓機機組控制方案優化

徐進濤

(中國石化上海石油化工股份有限公司公用事業部，上海200540)

重整裝置增壓機機組控制方案優化

徐進濤

(中國石化上海石油化工股份有限公司公用事業部，上海200540)

由于某煉化企業重整裝置增壓機機組控制采用的是半自動操作，存在操作強度大、調節不靈敏等問題，通過新增串聯機組負荷分配控制、單臺壓縮機轉速與防喘振閥解耦控制等優化方案，不僅讓壓縮機得以更加安全地運行，減少了裝置工藝波動，還可獲得較好的經濟效益。

機組控制方案 優化 安全 經濟效益

某煉化企業3#重整裝置建于2012年，設計規模為1 Mt/a，年開工時間為8 400 h，采用美國環球油品公司(UOP)超低壓連續重整工藝技術及國產催化劑PS-VI。UOP鉑重整再生部分由一套獨立于重整反應工段但又與反應工段密切相連的聯合設備組成，可保證鉑重整反應器在最佳催化劑性能以及高苛刻度條件下進行長周期運行。重整裝置的產品為高辛烷值的重整汽油、C6餾分和重整氫。重整汽油做汽油調和組分，氫氣送氫氣管網，C6餾分送抽提做原料，副產的液化石油氣送到液化氣裝置，而戊烷油則送出界區。

3#重整裝置的氫氣增壓機為沈陽鼓風機股份有限公司生產的離心式壓縮機，驅動裝置采用杭州汽輪機股份有限公司生產的凝氣式汽輪機。為了提高氫氣壓力，需要3臺壓縮機串聯運行，串聯運行時，壓縮機之間容易相互影響和制約，操作和控制的難度相對加大。裝置使用的壓縮機曲線是2012年10月3#重整裝置首次開車時根據設計資料數據繪制的曲線，而機組廠家提供的預期性能曲線與壓縮機實際喘振線存在一定偏差。裝置在低負荷產氫量小時，由于性能曲線偏差會使防喘振閥開度加大，造成機組功率增加，蒸汽消耗較大。目前壓縮機喘振控制閥正常運轉時約有5%的開度，造成了一定量的氫氣回流到壓縮機入口，導致壓縮機做了較多的無用功。為了提高裝置操作水平，降低裝置能耗，在2015年進行了增壓機機組控制方案的優化。

1 機組工藝概況及存在的問題

3#重整裝置3臺氫氣增壓機是由3臺獨立汽輪機驅動采用串聯運行的方式來實現的離心式壓縮機，3臺壓縮機分別為低壓缸壓縮機K3201-1、中壓缸壓縮機K3202-2以及高壓缸壓縮機K3202-3。每個機組入口設有氣液分離罐實現氣液分離，防止液體進入壓縮機內部導致壓縮機機體受損；出口有空冷器進行冷卻，通過控制中間冷卻器的溫度控制氫氣純度。機組防喘振保護則采用每臺壓縮機的出口回流至入口冷卻器前的回路管線，每個管線上都裝有一臺防喘振閥。低壓缸壓縮機K3202-1防喘振閥為FV326221，中壓缸壓縮機K3202-2防喘振閥為FV327221，高壓缸壓縮機K3202-3防喘振閥為FV328221。低壓缸壓縮機K3202-1入口分液罐有放火炬閥，壓力高時閥打開降低壓縮機入口壓力。

3臺氫氣增壓機控制系統采用國內某自動化廠商開發的TS3000 ITCC系統，實現壓縮機的開車、停車以及綜合控制，同時控制系統中包括壓縮機喘振控制。最初控制系統的設計方案是每個機組獨立控制，沒有考慮機組間負荷分配的解耦控制。系統投運后入口壓力控制及壓縮機組防喘振控制多為半自動操作，操作人員根據工況變化手動調節防喘振閥開度和機組轉速設定點，操作強度大；防喘振線按照預期喘振線控制，沒有經過實際的喘振測試，防喘振策略偏重保護而未考慮工藝節能的需求，防喘振閥開度有優化的空間，因此現有操作模式有優化節能運行的潛力；壓縮機機組在開車階段氫氣并網操作難度大，操作過程中很容易導致氫氣放火炬。3臺防喘振控制閥實際使用過程中在小開度變化的時候存在滯后、調節不靈敏的問題。

2 解決方案及優化措施

2.1 新增串聯機組負荷分配控制方案

串聯機組的控制核心是協調每臺機組的運行，當需要增加壓縮機功率時，3臺壓縮機功率要同步提高；降低壓縮機功率時，3臺壓縮機功率則要同步降低。匹配的壓縮機功率控制使3臺壓縮機的入口壓力都能穩定到設計值，從而使機組平穩運行。采用重整產物分離罐壓力控制主性能控制器PC320801，3臺壓縮機的負荷會跟著PC320801的輸出同時升或降。當3臺壓縮機升降負荷不匹配時，會造成段間壓力的升高或降低，由偏置計算器計算出用來修正主性能控制器的控制偏差。其中偏置計算器1用來解決3臺壓縮機升降負荷不匹配時，導致的低壓缸K3202-1與中壓缸壓縮機K3202-2的段間壓力PC321003的升高或降低。在負荷分配控制使能后，操作人員可調整PC321003控制回路的SP值。而偏置計算器2用來解決3臺壓縮機升降負荷不匹配時，導致的中壓缸壓縮機K3202-2與高壓缸壓縮機K3202-3的段間壓力PC321201的升高或降低。在負荷分配控制使能后，操作人員可調整PC321201控制回路的SP值。3臺壓縮機機組的負荷分配控制器A/B/C接收主性能控制器、偏置計算器1和2的輸出信號，最終計算出單臺機組的負荷，進而通過調節防喘振閥和轉速來實現壓縮機負荷調整。

2.2 新增單臺壓縮機轉速與防喘振閥解耦控制方案

控制方案為當低負荷(負荷小于50%)時由防喘振閥來控制入口壓力。隨著性能負荷輸出增加，防喘振閥關小，性能控制器輸出大于50%后轉速開始增加，此時負荷由轉速控制。負荷輸出減小(100%～50%)時，降低轉速的同時動態分程線向左移動，移動有速率限制，當防喘振控制工作點距離控制線很近時，移動速率為0 m/s，即不允許動態分程線向左移動，同時轉速不再降低，如還需要減小負荷，將開防喘振閥；而當負荷輸出小于動態分程線時，由防喘振閥來控制負荷，此時如果防喘振的工作點距離控制線大于5%(可調)，待流量穩定后，防喘振閥開度減小，轉速降低，保持性能不變。

2.3 優化現場變送器的阻尼時間

原來壓縮機入口和出口流量計變送器的阻尼時間設置為1 s，2015年8月大修期間，對壓縮機入口和出口流量計變送器的阻尼時間修改為0.1 s，提高控制系統響應速度，控制系統調整將更加迅速、及時。

2.4 防喘振閥性能測試和專項檢修

3#重整裝置3臺壓縮機防喘振閥采用的是費希爾公司生產的氣動薄膜式調節閥，此閥為氣關閥，并帶有實時閥門開度反饋的智能閥門定位器，該閥具有快開慢關特性。由于這種閥的特性決定了閥門從全關到小開度(5%)時存在一定的滯后時間，如果滯后時間較長,會對調節控制造成很大的干擾，因此需要在避免閥抖動的前提下盡量減少小開度的調整響應時間。

2015年8月裝置大修期間，對一段防喘振閥FV326221性能測試后發現：FV326221的輸出指令從0%開到5%，現場閥門1 s后才開始打開，到2.6 s后趨近5%，同時還發現閥門實際開度一直有小于閥門開度輸出指令1%左右的情況。

對于二段防喘振閥FV327221閥門性能測試發現：FV327221的輸出指令從0%開到5%，現場閥門實際上9 s后才動作；同時閥門FV327221輸出指令從0%開到5%時，閥門開度回訊先開到6%后才趨向5%。

對于三段防喘振閥FV328221閥門性能測試發現：FV328221的輸出指令從0%開大到5%，現場閥門3 s后才響應打開；同時FV328221輸出指令從0%開到25%時，FV328221開度回訊先開到32%,然后回落到22%，最后才趨向25%。

針對以上閥門出現的問題，在裝置大修消缺中對閥門氣路完整性進行檢查，及時消除氣路中漏氣問題，同時對過濾減壓閥進行排氣除塵，閥門的部分填料進行更換；用HART375完成閥門行程、零點、閥門定位器PID參數校正；通過控制室與現場閥門開度聯調，確保3臺閥門的行程、零點、靈敏性完全達到控制要求。

2.5 壓縮機喘振線實際驗證

由于制造誤差、運行損耗導致機組的喘振線偏離預期喘振線，運行條件與設計不同，致使機組工藝控制和防喘振控制產生偏差。通過喘振線驗證可以得到準確的喘振線，以確定工藝控制和防喘振控制限制值，為工藝控制優化奠定基礎。為了能夠得到機組的實際喘振線，確保對壓縮機和工藝影響降到最小，各方技術人員一起探討，制定詳細的喘振測試和調試方案、工作危險性分析、應急預案，最終在裝置停車前順利完成3臺壓縮機喘振線驗證。經過喘振線驗證試驗后，確認在保證安全的前提下，可將原預期喘振線向左移動6%作為新的機組喘振線，擴大了性能控制的范圍。

3 優化后的效果及經濟效益

3.1 防喘振優化后防喘振閥控制更加精確、及時、安全

經過喘振線驗證試驗后，在保證安全的前提下，可將原預期喘振線向左移動6%作為新的機組喘振線，擴大了性能控制的范圍。在全自動控制下，機組工作點穩定地運行在新的防喘振控制線附近，既保障了機組穩定運行，又使機組在低負荷時防喘振閥開度最小，實現了節能高效運行，而這在以往半自動控制模式下是無法實現的。

新的控制算法可以避免如K3202-1喘振閥快速打開,造成壓縮機入口壓力高放火炬閥打開的危害，避免了機組控制造成的生產事故。

3.2 解耦控制提高了單臺壓縮機的控制效率

增加了機組轉速和防喘振閥解耦控制，使機組在低負荷時轉速和防喘振閥之間實行高效調節，避免機組轉速過高產生的額外能耗，保障了機組高效運行。

3.3 串聯機組負荷分配控制投運效果明顯

負荷分配程序投用后，3臺機組之間的自動協調控制使機組的工藝參數平穩。當出現裝置工藝變化時可減少壓縮機組運行的波動，就會減少機組對上、下游工藝的擾動；提高產品的收率和品質，帶來更大的綜合效益，同時可以避免工藝波動對其他裝置的干擾以及避免其他裝置波動產生的損失；避免壓縮機防喘振閥在工藝波動時的不合理打開，減少能耗，使工藝穩定；通過將重整產物分離罐壓力控制穩定，避免壓力波動對反應的影響，提高了裝置的效率，最終帶來效益。現重整產物分離罐壓力穩定后，保障了壓縮機入口壓力穩定，避免了壓縮機入口前放火炬閥在工藝波動時不合理的打開，減少物料損失。

控制程序全自動控制的投用，使機組的自動化控制水平提高，減少操作人員的操作頻次，節約操作時間，更好地保障裝置的操作平穩，帶來潛在的效益。

3.4 優化后的直接經濟效益

3#重整增壓機機組控制方案經過優化后，壓縮機K3202-1防喘振閥開度FV326221、壓縮機K3202-2防喘振閥開度FV327221和壓縮機K3202-3防喘振閥開度FV328221變化情況請見表1。

表1 優化前后喘振閥開度變化情況

優化前后蒸汽用量變化情況見表2。

表2 優化前后蒸汽用量變化情況

在裝置負荷106 t/h的情況下，經過此次優化后為裝置節約蒸汽：19.1-18.0+19.9-18.3+18.5-17.8=3.4 t/h，則每年為裝置節約3.4×24×365=29 784 t,1.3 MPa蒸汽按38.86元/t計算，經過優化后為裝置節約115.7萬元。

4 結語

通過對3#重整裝置增壓機機組控制方案進行優化，減少了裝置因出現工藝變化時引起壓縮機組運行的波動，從而減少機組波動帶來機組上、下游工藝的擾動，提高了產品的收率和品質。控制程序全自動控制的投用，使機組的自動化控制水平提高，減少操作人員的操作頻次，節約操作時間，更好地保證裝置的操作平穩。總之，優化后壓縮機的運行更加平穩、智能、安全、可靠，還減少了裝置的能耗，帶來比較直觀的經濟效益，實現一舉多得。

Optimization of Control Scheme for Turbocharger Unit of Reformer

Xu Jintao

(PublicUtilitiesDepartment,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.，Shanghai200540)

As a result of the semi-automatic operation of the turbocharger unit control of the reforming unit of the refinery enterprise,there are some defects as high operation intensity and the insensitive regulation.By adding a series of load sharing control and a single compressor speed and anti-surge valve decoupling control optimization program,the compressor was able to operate more securely,the plant process fluctuations were reduced,which helped to get better economic benefits.

unit control scheme,optimization,safety,economic benefit

2016-11-15。

徐進濤，男，1987年出生，2010年畢業于常州大學自動化專業，工學學士，工程師，主要從事于儀表管理工作，已公開發表論文6篇。

1674-1099 (2017)01-0035-03

TH452

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