周原成

【摘 要】本文系統(tǒng)地介紹乙烯裝置三機的自動控制系統(tǒng)，包括油系統(tǒng)、氣系統(tǒng)和工藝系統(tǒng)的控制，并對運行以來發(fā)生的主要故障進行了分析，最后對控制系統(tǒng)發(fā)展的前景進行了展望。

【關鍵詞】壓縮機；控制系統(tǒng)；調節(jié)；故障分析

乙烯裝置三機指裂解氣壓縮機（E-GB201）、丙烯冷劑壓縮機（E-GB501）和乙烯冷劑壓縮機（E-GB601）。由于3臺壓縮機的控制系統(tǒng)類同，故本文重點以裂解氣壓縮機自控系統(tǒng)為例說明。

1 油系統(tǒng)控制

整個油系統(tǒng)分為潤滑油（LO）、調速油（GO）及密封油（SO）3個系統(tǒng)。

1.1 潤滑油（LO）系統(tǒng)

注入潤滑油的目的：一是，為了減輕機械磨損；二是，防止壓縮機軸承溫度升高，引起燒瓦等事故。為了保證壓縮機在潤滑油壓力正常的條件下運行，設有以下幾個信號聯(lián)鎖回路。

1.1.1 潤滑油低壓報警及輔助油泵自啟動

當潤滑油壓力降低到82kPa以下時，由壓力開關（PS-2014）發(fā)出低壓報警信號，同時經另一個壓力開關（PS-2015）通過聯(lián)鎖回路自啟動潤滑油輔助油泵（GA-2011B），使壓力回升，待壓力回復正常后，由手動停輔助油泵。

1.1.2 壓縮機自動停車

在采取了上述措施之后，若壓力仍繼續(xù)下降，當降低到55kPa時，壓力開關（PS2016）常開接點斷開，經聯(lián)鎖系統(tǒng)將壓縮機自動停車。否則壓縮機軸承溫度將迅速增高，以致燒壞軸承，造成嚴重事故。PS-2016同時啟動危急油泵（GA-2013）。

1.1.3 軸承溫度過高報警

為測定裂解氣壓縮機各個軸承的溫度，每個軸承均裝有熱電偶（TE-203-1～9）。當其中某一點溫度高于80℃時，發(fā)出高溫報警信號。

1.2 密封油系統(tǒng)（見圖1）

密封油的作用是阻止易燃易爆的被壓縮氣體從壓縮機中漏入大氣。

密封油由蒸汽驅動的主油泵（GA-2012A）打出，分兩路分別進入壓縮機吸入端和排出端的密封腔B，壓縮機排出端密封腔A與高位槽上部連通，以保證兩者壓力相等。由于B腔壓力比A腔壓力高約35kPa，因此可以防止漏氣，達到密封目的。

密封油高位槽的液位變化，實際代表密封差壓的變化。密封油高位槽安裝于比壓縮機軸中心高4570mm處，槽的頂部接基準壓，因此這段油液位柱就可以提供比機內氣體高35kPa的密封壓差。

1.2.1 密封油壓力調節(jié)回路（PIC-2012）

通過調節(jié)油泵出口返回至油槽的回流量使壓力保持恒定。采用就地氣動指示調節(jié)器（Y/43A）調節(jié)，PG-2018指示。

1.2.2 密封油高位槽液位控制回路

裂解氣壓縮機有3個氣缸，每個氣缸均設有1個密封油高位槽。為此設計3個密封油高位槽液位控制系統(tǒng)（LIC-2011、2012、2013）控制密封差壓。

B腔壓力PB和A腔壓力PA之差△P=PB-PA，稱為密封差壓，其值要求控制在35kPa左右。該密封差等于從密封油高位槽液位線至壓縮機軸中心線這段油柱產生的靜壓。

緩沖罐又稱隔離罐，內裝有丁腈橡膠膠帶，將密封油與高位槽中的油隔開。

1.2.3 密封油高位槽信號聯(lián)鎖回路

1）高液位報警（PS-2017、2021、2025）。當高位槽液位達68%時，則發(fā)出高液位報警信號。

2）低液位報警（PS-2018、2022、2026）。當高位槽液位低于30%時，發(fā)出低液位報警信號。

3）低液位報警及輔助油泵自啟動（PS-2019、2023、2027）。當高位槽液位低于30%時，經聯(lián)鎖系統(tǒng)自啟動輔助油泵（GA-2012B）。

4）高位槽液位過低壓縮機自動停車（LS-2012、2013、2014）。3個高位槽上分別裝有外浮球式液位開關。當液位過低時（低于18mm油柱），液位開關接點將自動斷開，經聯(lián)鎖系統(tǒng)使壓縮機自動停車，防止因密封差壓過低，而導致裂解氣大量泄露而造成事故。

1.3 調速油系統(tǒng)

調速油系統(tǒng)用于控制調速機構和蒸汽閥，以油為介質傳遞有關信號及能量，是液壓調節(jié)系統(tǒng)。

1.3.1 油壓指示（PG-2016）

調速油油源正常壓力約為0.7MPa，該壓力由裝在就地儀表盤上的PG-2016進行指示。

1.3.2 調速油壓低輔助油泵自啟動（PS-2011）

當調速油壓低于0.65MPa時，經聯(lián)鎖回路自動啟動輔助油泵，使油壓回升。

1.3.3 調速油壓低報警（PS-2012）

當調速油壓低于0.65MPa時，發(fā)出低壓報警信號。

1.3.4 透平跳閘顯示（PS-2013）

透平跳閘后，PS-2013壓力開關連接的油室泄壓，使主切閥與止逆閥關閉（蒸汽通道被切斷，壓縮機自動停車）。當該油壓泄至0.25MPa時，壓力開關（PS-2013）接點斷開，發(fā)出“透平跳閘指示”信號。

2 裂解氣壓縮機氣封系統(tǒng)的控制

密封氣的作用是將裂解氣（裂解氣中含有少量的酸性氣體會污染密封油）與密封油隔離，使密封油不被裂解氣污染，同時防止密封油滲入機內。

裂解氣壓縮機的3個缸都有密封氣壓差控制系統(tǒng)（PdIC-2015、2016、2017）。密封氣壓差控制系統(tǒng)的作用是保證密封腔E中密封氣的壓力比密封腔D中裂解氣的壓力高約35kPa，以使裂解氣無法通過密封氣串入密封腔B的密封油中。

3 調速和抽氣系統(tǒng)的控制

3.1 一段吸入罐壓力控制系統(tǒng)

正常運行時，透平的轉速系由一段吸入罐壓力調節(jié)回路（PRCA-201）進行自動調節(jié)，該回路的設定值SP=41kPa，調節(jié)器為正作用，其4～20mA的輸出信號，經電/氣轉換器轉換成19.6～98.1kPa的氣動信號，再經氣動手操器送往蒸汽透平的液動調速器（Woodward）作為轉速設定值，改變透平進汽量，進而改變透平轉速。

此外，一段吸入罐還沒有超壓放火炬調節(jié)回路（PIC-202），該回路的設定值SP=59kPa。壓縮機各段中間壓力取決于一段進口壓力、裂解氣分子量及壓縮機的結構，不加以控制。三機采用蒸汽透平驅動，因此需要控制蒸汽透平，才能達到控制三機的目的，現分述如下。

3.2 抽汽量控制

3.2.1 GT-201的抽汽量調節(jié)（PRC-910）

GT-201的抽汽并入高壓蒸汽管網，額定抽汽量為180t/h，抽汽參數為4.22MPa、388℃。抽汽量可以調整，但透平的出軸功率必須保持不變，因為它是由壓縮機的負載所決定的。抽氣量調節(jié)器的輸出經電/氣轉換器轉換成19.6～98.1kPa的氣動信號，作用于Askania抽汽調節(jié)器。

3.2.2 GT-501的抽汽量調節(jié)（PRC-907）

GT-501的抽汽并入中壓蒸汽管網，額定抽汽量為58t/h，抽汽參數為1.62MPa、290℃。

GT-501設有抽氣壓力調節(jié)回路（PRC-907），以保持中壓蒸汽管網壓力恒定，調節(jié)器的輸出經電/氣轉換器轉換成19.6～98.1kPa的氣動信號，作用于Askania抽汽調節(jié)器。

4 裂解氣壓縮機（GB-201）的控制

裂解氣壓縮機同其他離心式壓縮機一樣，使同時必須滿足工藝過程對壓縮機的要求，即壓縮機出口流量和壓力必須在一定范圍內變化，各段入口壓力和溫度均需要滿足壓縮機設計的范圍。為了安全運轉，還有一些必要的操作限制條件，其中最重要的一點是防止轉速或流量太低而產生喘振。此外，各段吸入罐的液位不能太高，否則將使壓縮機入口帶液而影響正常運行。

4.1 入口壓力調節(jié)（見圖2）

保證一段入口壓力恒定，是所有壓縮機的共同要求。在一段吸入罐FA-201上設有壓力調節(jié)系統(tǒng)，通過調節(jié)透平轉速來維持壓力恒定。

在一段吸入罐上設有2套壓力調節(jié)回路，其中PRCA-201為正常壓力調節(jié)回路；PIC-202為超壓調節(jié)回路，裂解氣壓縮機各段間壓力均不加以控制。圖2為一段吸入罐壓力控制圖。

4.2 入口溫度調節(jié)

一段吸入罐裂解氣來自急冷水塔（DA-104）、汽油汽提塔（DA-201）和第二急冷塔（DA-160），其溫度基本維持在44℃，不會有太大的波動。

裂解氣壓縮機各段間都設有水冷器（三、四段間經堿洗水洗塔冷卻；一、二段間—EA-203；二、三段間—EA-204；四、五段間—EA-207），將裂解氣冷卻至41℃左右再進入各段入口，但均未設置溫度自動調節(jié)系統(tǒng)，僅有超溫報警。

裂解氣經三段壓縮后，由EA-205冷卻至41℃后送到三段排出罐（FA-204），FA-204出口裂解氣由EA-206加熱至45℃（為防止烴類在吸收塔內冷凝），在此設置了溫度自動調節(jié)回路（TIC-208），通過調節(jié)進入換熱器（EA-206）的急冷水量（QW）以使溫度恒定。

4.3 出口壓力調節(jié)

裂解氣壓縮機的出口壓力沒有直接控制，該壓力實際上受與其連通的脫甲烷塔第三進料分離罐（FA-306）壓力控制。若該分離器壓力增加，則由PIC-312（PIC-312B）控制，改變調節(jié)閥的開度，加大送往界區(qū)、燃料氣或火炬系統(tǒng)的氫氣流量，使FA-306壓力回降，從而達到使壓縮機出口壓力回降的目的。這是因為在裂解氣壓縮機出口與FA-306之間未設壓力調節(jié)系統(tǒng)，可以認為FA-306壓力就是扣除管道總壓降后壓縮機出口壓力。

為防止壓縮機出口壓力過高，在裂解氣壓縮機五段出口設置了超壓調節(jié)回路（PRCA-255）。當壓力超過設定值時，打開去火炬的調節(jié)閥，使壓力回降。

由于壓縮機一段吸入壓力控制一定，在壓縮機流量一定的情況下，出口壓力的改變將引起壓縮機轉速的變化。

4.4 出口溫度調節(jié)

裂解氣壓縮機五段出口冷卻器設有溫度調節(jié)系統(tǒng)，以保證將裂解氣冷卻到15℃，但又不得低于10℃。

裂解氣經五段壓縮后，出口裂解氣溫度為93℃，經水冷器（EA-208）冷卻到41℃后，進入裂解氣干燥器進料洗滌塔（DA-204），EA-208未設溫度自動調節(jié)系統(tǒng)。

在DA-204塔內，裂解氣與來自該塔回流罐（FA-208）的15℃烴類凝液逆流接觸，分離掉苯等重烴類。裂解氣經洗滌后，一部分進EA-209管程，由18℃的丙烯冷卻劑冷卻至20℃。如殼程丙烯液面過高，將使蒸發(fā)空間過小，換熱器效率降低，為此設置了一個液位自動調節(jié)回路（LC-531），將EA-209丙烯液位控制在一定范圍內。從EA-209出來的裂解氣進入EA-210，用脫甲烷塔釜液進一步冷卻。EA-210出口設有溫度自動調節(jié)回路（TIC235），通過調節(jié)進入EA-210的脫甲烷塔釜液的流量，將裂解氣溫度控制在15℃；另一部分裂解氣經EA-209、210的壓差控制（PdIC-263），進入EA-220出口設有溫度自動調節(jié)回路（TIC-288），通過調節(jié)進入EA-220的脫甲烷塔釜液流量，將裂解氣溫度控制在15℃。

其他各段出口溫度均未直接控制，壓縮機設計時已考慮出口溫度低于100℃。

4.5 防喘振控制

4.5.1 離心式壓縮機的特性曲線與喘振

離心式壓縮機各段排出壓力與入口流量的關系曲線稱為壓力特性曲線。

對應于每一個轉速，壓縮機每段均設有最小極限入口流量（一般不得低于正常流量的80%），小于此流量時，壓縮機發(fā)生喘振，故此流量稱為喘振極限流量。

喘振是離心式壓縮機的一種特有現象，因此大型離心式壓縮機一般都配有防喘振控制系統(tǒng)。防止喘振的方法是當壓縮機低負荷運行時使部分出口氣體返回至入口，即采用部分回流法，以增加入口流量，使之大于運行轉速下的喘振極限流量。

三機都設有幾套防喘振控制系統(tǒng)，設計思想完全相同。

4.5.2 裂解氣壓縮機防喘振控制系統(tǒng)（見圖3）

裂解氣壓縮機共五段，每段流量都必須高于喘振極限流量。由于裂解氣壓縮機的二段和三段入口都無其它補充氣體，損耗也不大（除各段吸入罐分離出少量被冷卻下來的液體），所以可認為一、二、三段的氣體流量基本相等，保證了一段入口流量也就保證了二段和三段入口流量。一般來講，應在一段進口管線上測量流量。由于裂解氣壓縮機進口壓力較低，且壓縮比較大（約100），在前三段設置了“三返一”最小流量旁路控制回路（FIC-205）。根據三段出口返回至一段入口的氣體流量。三段出口氣體通過胺洗和堿洗系統(tǒng)，因脫除了CO2、H2S等酸性氣體，裂解氣量有所減少。四段和五段的氣體流量基本相同，因此在后二段設置了“五返四”最小流量旁路控制回路（FIC-275）。根據五段出口流量來控制從五段出口返回至四段入口的氣體流量。

由于最小流量旁路上調節(jié)閥前后的壓差較大，會產生“噪音”問題，所以調節(jié)閥（FV-205、FV-275）均選用低噪音套筒式雙座閥。在正常狀態(tài)下，兩閥關閉時還需保證沒有內漏，即必須能“嚴密關死”。

4.6 吸入罐、排出罐液位控制

三機各段吸入罐液位的高低對壓縮機及工藝系統(tǒng)安全正常運行關系極大。液位過高，可能使吸入氣體中嚴重帶液，危及壓縮機的安全運行；液位過低，又可能使裂解氣隨排液帶出。三段排出罐液位如果過高，對胺洗塔的操作不利。各段吸入罐都設有液位開關，用于報警及聯(lián)鎖系統(tǒng)。當液位超過一定值（HH）時，為防止壓縮機帶液，聯(lián)鎖系統(tǒng)使壓縮機自動停車免遭破壞。

4.6.1 一段吸入罐液位控制

一段吸入罐設有報警回路（LA-204），該罐中的凝液為冷凝水，因壓力低不能直接送至急冷塔（DA-104），而需由排液泵（GA-207）加壓后送出。當液位高時（71%滿量程），GA-207自動啟動，罐中凝液經泵排至急冷塔；當液位低時（5%滿量程）泵自動停。另外，該罐還設有高高液位開關（LSW-203）。

4.6.2 二段吸入罐液位控制

二段吸入罐中的凝液是冷凝水和烴類的混合物，除上部有高高液位開關（LSW-206）外，還設有界面和液面2套調節(jié)回路；中部有烴液液位調節(jié)回路（LICA-207），調節(jié)經泵（GA-208）送至裂解汽油汽提塔（DA-201）的烴/水界面調節(jié)回路（LICA-205），調節(jié)返回至急冷塔的水相凝液。因為當水的液位發(fā)生變化時，則水和烴的交界面發(fā)生變化，導致烴的液位也發(fā)生變化。LICA-205和LICA-207的輸出同時改變以克服干擾，使界面和液位恢復至正常值。

4.6.3 三段吸入罐和三段排出罐液位控制

兩罐中的凝液主要是烴液，含有很少量的水，它們也都設有液位調節(jié)回路。三段排出罐的凝液在該罐液位調節(jié)回路（LICA-211）作用下，排至三段吸入灌（與凝液汽提塔DA-202第八塊塔板采集的含烴水匯合）。與三段吸入罐凝液匯合，再在三段吸入罐液位調節(jié)回路（LICA-209）作用下，排至二段吸入罐。另外三段吸入罐還設有“高高”液位開關（LSW-208）。

4.6.4 四段吸入罐液位控制

該罐凝液為冷凝水，冷凝水在液位調節(jié)回路（LICA-206）作用下，排至急冷塔（DA-104）。該液位監(jiān)控系統(tǒng)與三段吸入罐相似，另外，該罐還設有“高高”液位開關（LSW-265）

4.6.5 五段吸入罐液位控制

該罐中的凝液時冷凝水和烴液的混合物，除上部設有“高高”液位開關（LSW-270）外，還設有界面和液位2個調節(jié)回路；中部設有烴液液位調節(jié)回路（LICA-268），調節(jié)送至凝液汽提塔（DA-202）的烴液流量；下部設有烴/水界面調節(jié)回路（LICA-267），調節(jié)返回至四段吸入罐的冷凝水量。五段吸入罐與二段吸入罐的液位監(jiān)控系統(tǒng)基本相似。

5 裂解氣壓縮機的聯(lián)鎖控制（見圖4）

圖4 裂解氣壓縮機的聯(lián)鎖方框圖

6 故障分析

6.1 FIC205與FIC275指示波動

原設計孔板取壓方式是取壓管直接向下至變送器，由于裂解氣中含有一定的液態(tài)成分，取壓管中積液致使致使波動。后改為取壓管先向上后再向下至變送器，解決了此問題。

6.2 軸位移（XIA-6051）測量用趨近器與延伸電纜接頭處接觸不好，導致GB-601停車

·原因分析：接線盒太小，延伸電纜被扭住。

密封不好，接線盒內進了大量油。

·采取對策：更換密封圈；更換為大的接線盒。

6.3 未按儀表盤監(jiān)視儀上的復位（Reset）按鈕來消除聯(lián)鎖信號，就掛XIA-5052聯(lián)鎖，導致了GB-501停車，GB-601也相繼停車

·原因分析：處理XIA-5052回路正常后，僅看了US操作站畫面上該回路指示正常，卻忘記按儀表盤監(jiān)視儀上的Reset按鈕來消除聯(lián)鎖信號。

·采取對策：加強工藝、儀表之間的互相監(jiān)督。在軸位移旁路開關處貼上警示標志。

6.4 GB-201由于一段吸入罐液位高聯(lián)鎖停車

·原因分析：工藝人員在投用EA-425C時，先投了丙烯，致使丙烯直接進入FA-408，導致DA-406塔壓升高。通過聯(lián)鎖系統(tǒng)切斷再沸器熱源QW，QW溫度升高引起DA-104塔壓升高，開大FV-175保溫降壓，致使QW由裂解氣帶入一段吸入罐中，從而導致液位高，聯(lián)鎖動作停GB-201。

目前，電子調速系統(tǒng)和壓縮機防喘振控制軟件已投入使用，在新建乙烯裝置改擴建中，壓縮機的自動控制水平進一步提高。該裝置1000kt/a乙烯改擴建中將采用這些新技術。

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[責任編輯：程龍]