連續重整裝置反應壓力的自動控制

羅楠　鄭天一　謝忠旭

摘要：連續重整裝置的反應壓力的控制對重整裝置意義重大，本文詳細的描述了反應壓力自動投用過程中所遇到的問題以及解決的過程。

關鍵詞：防喘振、反應壓力、分程控制

某煉化有限公司共有3套320萬噸/年連續重整裝置，采用法國Axens超低壓工藝技術，反應壓力和機組轉速、喘振控制分別在DCS和CCS執行。開工階段，在投用反應壓力自動控制過程中，發現原工藝包設計的壓力分程控制、轉速串級及喘振控制存在不合理因素，投不上自動控制;現場只能定轉速手動操作機組，導致反應系統壓力波動大、機組運行不穩定、頻繁喘振和停車，給生產造成極大影響。為徹底解決上述問題，決定對DCS和CCS的控制方案進行優化。

反應系統壓力控制回路介紹

反應系統的壓力控制由兩個壓力控制器來執行，即：

控制器PIC-1101：整個反應部分的壓力控制都是通過分離罐V-102頂部的壓力控制器PIC-1101來實現的。PIC-1101通過由排放閥A/B和壓縮機轉速構成的分程調節來控制。

控制器PIC-1601：PIC-1601位于高壓吸收罐V-106的頂部，通過對PV-1601和富氫壓縮機轉速的分程控制，達到控制壓縮機出口壓力和轉速。

當V-106中的壓力降低時，控制系統提高汽輪機的速度，直到最大速度和功率;如果壓力仍然低于PIC-1601設定值，關閉出口閥至氫氣總管的PV-1601，當有轉速信號輸至SIC時，進而影響到壓縮機入口的反應壓力。

當V-106中的壓力增加時，控制器PIC-1601將打開出口閥PV-1601，如果壓力仍然增加，則汽輪機的速度將減小以限制外送氫氣的流量，同樣，因為機組轉速的變化，進而影響到壓縮機入口的反應壓力。

富氫壓縮機轉速自動投用

富氫壓縮機采用意大利新比隆制造的三段筒式壓縮機，每個缸體有獨立的防喘振閥。轉速和防喘振控制在德國西門子公司的壓縮機控制系統（CCS）完成，而反應系統壓力控制在橫河DCS完成，轉速自動的投用需在CCS和DCS協作完成，即分離罐壓力控制器PIC-1101換算成需要的轉速傳給CCS調整轉速。

DCS轉速串級投用后，富氫壓縮機的轉速和反應系統的壓力波動幅度較大，造成系統不穩定的主要原因如下：

DCS轉速和壓力投用串級時，沒有做到無擾動切換;即DCS轉速輸出和CCS實際轉速偏差較大，壓縮機轉速調整過大造成系統壓力波動。

投壓力自動控制時，設定值和實際值偏差較大，造成轉速調整過快，從而導致系統壓力波動不穩定。

壓縮機正常工作時的出口壓力高于級間容器的設計壓力，導致安全閥起跳造成下一段的入口流量低防喘振閥打開，壓縮機三個防喘振閥工作不協調，嚴重時壓縮機出口壓力高高聯鎖。

4）CCS防喘振控制運行點在防喘振控制線（SCL）上距離階躍線（RTL快開線）2%太接近，很容易運行點超過階躍線導致防喘振閥開度增加20%，造成壓縮機乃至反應系統壓力波動，而且三段式壓縮機一個防喘振閥動作其他均受影響。

出口控制器PIC-1601與反應壓力控制器PIC-1101功能沖突，PIC-1601受管網壓力（壓縮機出口壓力）影響很大，氫氣管網壓力高于設計值。當PIC-1101壓力低需要降低轉速，而PIC-1601需要更高的轉速才能滿足出口設定壓力時，通過高選，只能有一個信號能控制轉速，反之也是。這勢必會造成系統的入口壓力、出口壓力、轉速的頻繁波動，不利工藝的穩定。

控制方案的修改

針對反應壓力投自動控制過程中發現的上述問題，決定對DCS和CCS控制部分進行修改，具體方案如下：

DCS控制方案的修改：

壓力自動控制時控制器PIC-1101的MV值的兩倍即為轉速控制的SV值，所以我們要求控制器PIC-1101的MV可以手動鍵入，所以投用前把轉速控制的SV值（實際轉速反饋值）除以二后鍵入控制器PIC-1101的MV值即可做到無擾動切換。

DCS轉速控制器輸出要有升速率要求，即：PI-1101壓力偏差小于±10%轉速輸出≤4RPM/S，超過偏差范圍轉速輸出按≤8RPM/S。由于轉速輸出，若反應系統壓力出現大幅波動時轉速跟蹤不上，控制器PIC-1101輸出超過50%時，放空閥將會根據控制器的輸出緩慢打開，同時兼顧了穩定和安全。

由控制器PIC-1601和PIC-1101輸出高選來控制轉速，這導致對反應系統壓力控制造成干擾，連續重整反應壓力控制是核心，而壓縮機出口只要滿足再接觸和外送壓力即可，故改為壓力單回路控制或者取消控制器PIC-1601將閥門PV-1601全開。

CCS控制系統的功能修改：

增設壓縮機各段出口壓力高限，一旦壓縮機出口壓力快速升高到設定高限，三個防喘振控制器就陸續打開防喘振回流閥，以保證它們各自的出口最高壓力不高于安全閥起跳壓力，避免了安全閥起跳引起各級壓力波動而造成停機的風險。考慮到壓縮機出口至分離罐存在一定的阻力故壓力高限設定值和分離罐設計壓力一致。

3）對防喘振控制部分進行修改，由于SCL距離RTL太近（2%）導致機組運行不穩定，所以我們在SCL右側增加了CAL（Close to Antisurge line Low）距離SCL有3%，機組運行點將控制在CAL上，修改后運行點距離RTL變遠（距離由2%變成5%），不易造成防喘振閥快開，增加了機組運行的穩定性。

SURGE PID、出口壓力高限、手操給定值三個參數高選輸出至防喘振閥，防喘振閥可選擇自動控制、半自動控制兩種控制方式。

投用后的效果

在DCS和CCS優化控制方案后對反應系統壓力投用自動控制，從5月份運行至今非常穩定，徹底解決了由于手動控制壓縮機轉速導致反應系統壓力不穩定、壓縮機頻繁喘振甚至停機的情況。

小結

重整反應壓力主要由富氫壓縮機轉速控制，因重整裝置反應過程復雜特殊，傳統控制方案中，重整富氫壓縮機的入口壓力和防喘振基本是手動操作，開工時壓縮機容易喘振、氫氣放空量變化大、工藝控制不穩定等成為操作難點。我們優化了控制方案，在開工初期就投用了自動控制，實現了機組和工藝的平穩運行。

參考文獻：

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張成寶.離心式壓縮機的喘振分析與控制[J].壓縮機技術，2003.

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