基于DCS的機組控制在橡膠廠丁苯裝置約克冰機中的應用

黃光靈 梁 瑜 劉從濤

(中國石油蘭州石化公司電儀事業部)

基于DCS的機組控制在橡膠廠丁苯裝置約克冰機中的應用

黃光靈 梁 瑜 劉從濤

(中國石油蘭州石化公司電儀事業部)

橡膠廠丁苯裝置約克冰機原在自帶的QUANTUM 4控制板上進行控制，通過對原控制程序進行分析，針對其缺陷，改為在DeltaV DCS系統中實現機組的運行控制。改造后減少了故障頻次，降低了維護成本，故障查找更為直接高效。

DCS 丁苯裝置 約克冰機

中國石油蘭州石化公司橡膠廠的丁苯裝置約克冰機采用雙螺桿制冷壓縮機，為裝置聚合、單體回收單元提供制冷劑。冰機的長周期穩定運行是保證橡膠廠丁苯裝置平穩運行的一個必要條件。約克冰機在約克自帶的QUANTUM 4控制板上進行控制，人機界面無歷史趨勢，事件記錄不全，有時會發生誤報警現象，在發生設備故障時無法準確分析故障原因，控制主板也已停產，升級費用較高。為此，將C-701C冰機控制從約克單板機控制器引入DCS控制。

1 丁苯裝置氨冷單元的工藝流程簡介

丁苯裝置氨冷單元的工藝流程如圖1所示，丁苯裝置聚合單元與單體回收單元來的氣氨送至氣液分離器，將氣氨中夾帶的液氨進行分離，分離后的氣氨去螺桿式冰機壓縮升壓變為高溫高壓氣氨，再經過油分離器進入冷凝器，通過冷卻水冷凝為液氨送往聚合和單體回收單元。

圖1 丁苯裝置氨冷單元工藝流程

2 螺桿壓縮機工作原理

螺桿壓縮機殼體內裝有一對陰、陽轉子。電機通過傳動裝置驅動陽轉子，再由陽轉子帶動陰轉子，使陰陽轉子以一定的間隙保持同步旋轉。噴油螺桿壓縮機在機殼內噴入了少量的壓縮機油，油進入殼體內轉化成油霧，然后與殼體內的壓縮氣體混合后在轉子的齒槽間被有效地壓縮，壓縮后的油氣混合物經過下游的油氣分離器分離后排出。油在機體內的作用主要有：潤滑轉子，因此陽轉子可直接帶動陰轉子，省去了同步齒輪；密封轉子各部分的間隙和轉子與殼體的間隙，提高產氣效率；吸收壓縮過程中產生的大部分熱量，因而其單級壓比較高[1]。

3 螺桿壓縮機容量控制原理與組態實現

丁苯裝置約克冰機的雙螺桿制冷壓縮機為容積式壓縮機，容量調節裝置采用滑閥調節。這種調節方法是在螺桿壓縮機的機體上裝一調節滑閥，成為壓縮機機體的一部分。滑閥位于壓縮機機體高壓側兩內圓的交點處，在轉子下方的一個槽中由液壓缸驅動在氣缸軸線平行的方向移動，通過改變螺桿的有效軸向工作長度，使能量在10%～100%之間連續無級調節[2]，多余部分的氣體未經壓縮而重新返回到進氣總管，僅壓縮實際需要的介質，最大限度地節省功率的消耗，以達到能量調節的目的。調節滑閥的容量調節作用，可使壓縮機在調節工況下保持較高的效率。滑閥工作原理如圖2所示。

滑閥控制分為現場就地控制和DCS遠程控制兩種方式：

a. 現場就地控制。現場就地控制盤的“滑閥就地/遠程”切換至“滑閥就地”位置時，通過操作現場就地控制盤“滑閥加載/卸載”按鈕實現冰機負荷調節。

b. DCS遠程控制。現場就地控制盤上的“滑閥就地/遠程”切換至“滑閥遠程”位置，通過控制室DCS畫面操作實現冰機負荷調節。手動控制時通過DCS“手動加載/卸載”按鈕實現調節。自動控制時通過吸氣壓力和滑閥位置的串級控制實現。加載電磁閥YY-402C帶電時，滑閥加載；卸載電磁閥YY-401C帶電時，滑閥卸載。容量控制邏輯如圖3所示。

冰機容量控制為冰機吸氣壓力控制和滑閥控制的串級控制。

圖2 螺桿壓縮機滑閥工作原理示意圖

自動加載判斷。位置控制器ZIC-2C測量值與其設定值之差大于偏差設定值T(T缺省2%設定)且位置控制器ZIC-2C輸出值與前一掃描周期(2s)FLTR輸出值之差大于零。

自動卸載判斷。位置控制器ZIC-2C測量值與其設定值之差小于負的偏差設定值T(T缺省2%設定)且位置控制器ZIC-2C輸出值與前一掃描周期(2s)FLTR輸出值之差小于零。

4 滑塊控制原理與組態實現

螺桿壓縮機工作過程的重要特點之一是具有內壓縮過程。雙螺桿轉子隨著轉子容積的縮小而壓縮齒間容積內的氣體，直到工作容積與排氣口邊緣相連通為止，這一過程稱為內壓縮過程。壓縮終了時工作容積內的氣體壓力稱為壓縮終了壓力。當壓縮過程終了，排氣過程剛剛開始時，由于在某些工況下排氣壓力和壓縮終了壓力不相等而引起工作容積內氣體壓力突然降低或增高，即產生等容膨脹或等容壓縮，使壓力等于背壓(油分內壓力)時再進行排氣過程。容積比調節機構的目的是通過改變徑向排氣孔口的位置來改變內容積比，以適應不同的運行工況。滑塊控制實現冰機容積比調節，對于工況變化范圍大的機組，有必要實現內容積比隨工況變化進行無級自動調節。而對于工況變化范圍不大的機組，滑塊位置一般保持在一個固定值。

圖3 C-701C冰機容量控制邏輯

滑塊控制只能在DCS手動調節，加載電磁閥YY-403C帶電時，滑塊加載；卸載電磁閥YY-404C帶電時，滑塊卸載。滑塊控制邏輯如圖4所示。

圖4 C-701C冰機滑塊控制邏輯

自動加載判斷。ZIC-1C測量值與其設定值之差大于偏差設定值T(T可設定)和ZIC-1C輸出值與前一掃描周期(2s)FLTR輸出值之差大于零兩個條件同時滿足。

自動卸載判斷。ZIC-1C測量值與其設定值之差小于負的偏差設定值T(T可設定)和ZIC-1C輸出值與前一掃描周期(2s)FLTR輸出值之差小于零兩個條件同時滿足。

手動加/卸載。通過現場手/自動切換開關和現場手動加/卸載按鈕實現。

5 經濟器電磁閥控制

當冰機滑閥位置ZI-2C不小于90%時，經濟器電磁閥YY-701C帶電，經濟器投用，液氨儲罐送出的液氨一部分進入經濟器殼程，對經濟器管程中的液氨進行二次冷凝，經濟器熱交換產生的氣氨送回冰機入口；當冰機滑閥位置ZI-2C不大于85%時，經濟器電磁閥YY-701C失電，經濟器切出，液氨直接送往聚合和單體回收單元。冰機停機時經濟器電磁閥YY-701C不允許打開。經濟器電磁閥控制邏輯如圖5所示。

圖5 C-701C冰機經濟器電磁閥控制邏輯

6 聯鎖保護程序

根據約克公司提供的資料，通過實際模擬啟機調試，最后發現有6個開車條件，12個停車條件。編制冰機啟動/停機程序，邏輯如圖6所示。

圖6 C-701C冰機啟動/停機邏輯

7 結束語

約克冰機控制在DeltaV DCS實現，依托原有DCS系統無需另行采購，節約原約克系統控制主板、觸摸屏及IO卡件等備件采購成本約9.5萬元；利用DCS直觀的程序運行管理功能、完善的趨勢記錄和事件記錄優勢，平均故障查找時間由原來的1h縮短為5min；利用DCS強大的流程圖畫面監控和聲光報警功能，將冰機運行所需的44個監控參數全部列出在一頁流程圖畫面中，工藝人員操作監控更加直觀高效，使工藝人員對冰機的運行狀態實現全面掌控，達到了優化控制的目的。

[1] 吳寶志.螺桿式制冷壓縮機[M].北京：機械工業出版社，1995.

[2] 牛冠博.氨氣壓縮機控制方案在DCS中的實現[J].石油化工自動化,2015,51(5)：57～59.

ApplicationofDCS-basedUnitControlinSBRYorkRefrigerationCompressor

HUANG Guang-ling, LIANG Yu, LIU Cong-tao
(Electrical&InstrumentDepartment,PetroChinaLanzhouPetrochemicalCorporation)

The YORK refrigeration compressor in a SBR plant is originally controlled by a built-in QUANTUM4 control panel. Through analyzing its original control program and shortcomings, having DeltaV DCS system based to control it was implemented. The results show that, after renovation, the refrigeration compressor’s fault frequency can be reduced along with a decreased maintenance cost and an efficient trouble shooting.

DCS, SBR plant, YORK refrigeration compressor

TH865

B

1000-3932(2017)04-0379-05

2016-11-05，

2017-02-13)

黃光靈(1982-)，工程師，從事儀表維修工作，huangguangl@petrochina.com.cn。