王 薇，孫紅軍

(滄州大化集團(tuán)股份公司儀表車間，河北 滄州 061000)

滄州大化尿素生產(chǎn)設(shè)備是20世紀(jì)70年代從荷蘭引進(jìn)的日產(chǎn)1 620 t的CO2汽提法裝置，至今已經(jīng)運(yùn)行30多年。作為尿素生產(chǎn)核心設(shè)備的CO2壓縮機(jī)，是意大利新比隆公司生產(chǎn)的2M CL607+2BCL306a型透平驅(qū)動(dòng)抽汽-注汽-冷凝式壓縮機(jī)，其葉輪做功分為沖動(dòng)級(jí)、速度級(jí)和反動(dòng)級(jí)三級(jí)?？紤]到能源效率和穩(wěn)定運(yùn)行因素，我公司于2002年10月份大修期間，將壓縮機(jī)透平的調(diào)速機(jī)構(gòu)由原來機(jī)械液壓伺服調(diào)速器機(jī)構(gòu)(伍德瓦特阿司卡尼亞調(diào)速器)更新改造為美國壓縮機(jī)控制公司(COM PRESSO R CON T RO LS CORPO RATION，簡稱CCC公司)的3+系列調(diào)速系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)配置方案和功能介紹

1.1 硬件配置方案

CO2壓縮機(jī)3C控制系統(tǒng)的電子調(diào)速由速度控制器SIC112、抽汽壓力控制器PIC920、入口壓力性能控制器PIC106、一段出口防喘振控制器U IC101以及四段出口防喘振控制器U IC102組成。通過將機(jī)組的透平轉(zhuǎn)速、負(fù)荷分配控制、壓縮機(jī)防喘振控制、壓縮機(jī)各段進(jìn)口壓力、流量的性能控制集成為一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，由速度控制器控制現(xiàn)場的電液轉(zhuǎn)換器，電液轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為二次油壓調(diào)整高壓提板伐，來達(dá)到調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、抽汽流量和控制壓力的目的。系統(tǒng)完成后控制器總布置圖如圖1所示，控制方案簡圖如圖2所示。

1.2 速度控制器功能介紹

1.2.1 速度控制器SIC112

SIC112采用以微處理器和先進(jìn)的數(shù)字通訊為核心的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，提供了一種多用途的、緊湊的和經(jīng)濟(jì)的手段來對(duì)透平的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確控制，防止超速損壞并實(shí)施自動(dòng)開停車程序，達(dá)到使機(jī)組快速地跳過兩個(gè)臨界速度范圍或停留在需求轉(zhuǎn)速的目的[1]。啟動(dòng)升速控制曲線和停機(jī)降速控制曲線參見參考文獻(xiàn)1。

SIC112的輸出信號(hào)同UIC101/UIC102防喘振和PIC106性能控制器的輸出信號(hào)直接解耦，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)組更加精確控制和更加有效保護(hù)的全機(jī)組控制；也可與PIC920抽汽控制器結(jié)合協(xié)調(diào)功率和抽氣壓力的控制。

1.2.2 電子速度控制器的優(yōu)點(diǎn)

(1)轉(zhuǎn)速控制回路采用PID控制算法，每20 ms對(duì)調(diào)速器的閥位進(jìn)行一次計(jì)算，消除了機(jī)械空隙時(shí)間和滯后效應(yīng)，提高了控制精度，對(duì)速度的控制更加準(zhǔn)確。

圖1 控制器總控布置圖

圖2 控制方案示意簡圖

(2)通過安裝在透平軸上的3個(gè)磁探頭的頻率輸入來確定轉(zhuǎn)速值，測(cè)量可靠誤差小，輔以專利超速保護(hù)相應(yīng)，減少了壓縮機(jī)跳車次數(shù)和停車時(shí)間，降低了維修費(fèi)用，大大提高了企業(yè)效益。

(3)透平轉(zhuǎn)速的設(shè)定值可由 PIC106性能控制器的輸出來串級(jí)控制回路設(shè)定、也可由操作者人為設(shè)定，同時(shí)在自動(dòng)、手動(dòng)、遠(yuǎn)程、本機(jī)控制或串級(jí)控制方式之間切換操作簡單，過程平穩(wěn)。

1.3 防喘振控制器的功能

1.3.1 壓縮機(jī)的防喘振

離心式壓縮機(jī)都有一個(gè)最大壓力和最小流量的極限，超過這個(gè)極限，壓縮機(jī)將發(fā)生喘振。

防喘振的唯一辦法是將部分流量回流到壓縮機(jī)的入口或放空，以使壓縮機(jī)工作點(diǎn)遠(yuǎn)離其喘振極限。然而回流或放空部分氣體將損失掉大量的壓縮功，導(dǎo)致壓縮機(jī)能耗的增加。為了使壓縮機(jī)工況點(diǎn)始終位于喘振極限右側(cè)安全區(qū)域內(nèi)運(yùn)行并且保證能耗最小，采用可變極限流量控制方法，是壓縮機(jī)防喘振控制普遍采用的控制策略。只要使壓縮機(jī)工況點(diǎn)沿防喘振控制線變化，就可保證壓縮機(jī)工況點(diǎn)不進(jìn)入喘振區(qū)域，且能耗最小。

CCC公司防喘振控制器采用多元函數(shù)來計(jì)算壓縮機(jī)工作點(diǎn)對(duì)喘振的趨近程度，精確地確定對(duì)擾動(dòng)大小的響應(yīng)，從而使壓縮機(jī)防喘振安全裕量最小，其結(jié)果是既保護(hù)了壓縮機(jī)，又使回流量或放空量降到最低程度。

1.3.2 UIC101/102的優(yōu)點(diǎn)

壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)有兩個(gè)主控制回路，速度控制器用于控制轉(zhuǎn)速，防喘振控制器用于控制防喘振回流閥或放空閥以防止喘振。為防止回路之間產(chǎn)生相互干擾作用，產(chǎn)生壓力和流量的振蕩，兩個(gè)控制回路之間采用專用的串行數(shù)字通訊通道來協(xié)調(diào)各自要實(shí)施的控制動(dòng)作，從而使每一個(gè)控制器對(duì)自己的輸出做出調(diào)整，使得壓縮機(jī)在非?？拷駱O限的地方運(yùn)行，而不必打回流。

U IC101控制器內(nèi)置的回路解耦(Loop decoupling)算法提供了更加可靠的喘振保護(hù)和精確的性能控制，消除了防喘振控制動(dòng)作可能產(chǎn)生的間斷效應(yīng)，壓縮機(jī)可以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。減少了因機(jī)組負(fù)荷調(diào)整或工藝條件突變?cè)斐纱?、過載停車的次數(shù)，降低了維修費(fèi)用。

1.4 抽汽控制器PIC920功能介紹

PIC920加強(qiáng)型抽汽控制器是專用于單抽汽壓縮機(jī)的抽汽汽流壓力的調(diào)節(jié)，和 SIC112速度控制器一起為CO2壓縮機(jī)提供精確、完整而又可靠的性能控制。

PIC920控制器的優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，和DCS系統(tǒng)PL0920組成串級(jí)控制，操作人員只要操作 PL0920.SV即可實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器SP給定的設(shè)定，完成抽汽壓力控制；轉(zhuǎn)速小于5 760r/m時(shí)，抽汽閥全關(guān)；大于5 760r/m時(shí)可把控制器投用遠(yuǎn)程DCS系統(tǒng)控制?？刂破鞯摹斑h(yuǎn)程”和“就地”切換通過在DCS系統(tǒng)中進(jìn)行聯(lián)鎖設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)勿擾切換。

2 改造后的運(yùn)行效果

(1)增加3C速度控制器控制壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，為確保3C控制和DCS控制聯(lián)鎖能夠安全可靠同步，兩者故障后分別有信號(hào)反饋給對(duì)方。在3C控制器故障后輸出一個(gè)開關(guān)量到DCS的聯(lián)鎖條件實(shí)現(xiàn)停車聯(lián)鎖動(dòng)作，并出現(xiàn)3C系統(tǒng)停車報(bào)警信息，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的跟蹤確保持兩套系統(tǒng)動(dòng)作統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)無擾切換。DCS系統(tǒng)停車后反饋給3C系統(tǒng)，只起到報(bào)警提示作用。

(2)改造后的1102-J二氧化碳?jí)嚎s機(jī)停車聯(lián)鎖電磁閥20HD由兩路供電，除了DCS系統(tǒng)聯(lián)鎖動(dòng)作會(huì)使其帶電泄油停車外，3C系統(tǒng)也會(huì)使其聯(lián)鎖動(dòng)作，同樣會(huì)引起聯(lián)鎖停車的控制功能。如圖3所示為20HD現(xiàn)場接線圖。

圖3 20 HD現(xiàn)場接線圖

3 結(jié)束語

CCC+系統(tǒng)在CO2 壓縮機(jī)投入運(yùn)行近2年，提高了尿素裝置的供氣可靠性和負(fù)載變化的調(diào)節(jié)能力，避免了多次停車事故；大大延長了壓縮機(jī)的使用壽命及檢修周期，節(jié)約了維修成本；同時(shí)提高了自動(dòng)化程度，基本實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場無人職守，減輕了生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度。目前CCC控制系統(tǒng)已成為我公司尿素裝置壓縮機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)的重要保障力量。

[1]石長旭，張立麗.T S3000電子調(diào)速系統(tǒng)控制策略[J].大氮肥，2009，32(3)：183-185.