任海杰（山東京博石油化工有限公司，山東 濱州 256500）

Tricon系統(tǒng)在催化富氣壓縮機(jī)性能控制中的應(yīng)用與改進(jìn)

任海杰
（山東京博石油化工有限公司，山東 濱州 256500）

隨著人類(lèi)社會(huì)的快速發(fā)展，工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，使人類(lèi)逐漸的認(rèn)識(shí)到科學(xué)、合理的利用資源已經(jīng)成為當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的主要方向，對(duì)于石油化工企業(yè)需要解決的主要問(wèn)題就是節(jié)能減排、提高生產(chǎn)效率、安全生產(chǎn)。下面介紹Tricon系統(tǒng)在催化富氣壓縮機(jī)防喘振控制及分餾塔頂壓力控制中的應(yīng)用與改進(jìn)。

富氣壓縮機(jī)；防喘振；Tricon

1 引言

催化裝置富氣壓縮機(jī)的控制為汽輪機(jī)拖動(dòng)，為了節(jié)約蒸汽同時(shí)達(dá)到平穩(wěn)操作的目的，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)優(yōu)化防喘振及分餾塔頂壓力控制來(lái)優(yōu)化性能控制。

2 壓縮機(jī)的防喘振功能實(shí)現(xiàn)

2.1 防喘振擴(kuò)展函數(shù)及功能塊說(shuō)明

我們利用TRICON防喘振擴(kuò)展函數(shù)功能模塊來(lái)完成壓縮機(jī)的防喘振控制。

防喘振擴(kuò)展函數(shù)的各功能塊作用如下：

喘振線(xiàn)功能塊為（Surge_Line）SRG_LINE

喘振監(jiān)測(cè)功能塊為（Surge_Detect_02）Recal02

喘振調(diào)節(jié)功能塊為（Surge_Control_02）SP_Hover02

我們使用的是壓比rPRATIO1A對(duì)流量百分比rHX1A（Pd/Ps對(duì)h/ Ps）的算法。

在完全手動(dòng)狀態(tài)下gMANUAL1A置1，輸出閥位由操作員在HMI“手動(dòng)輸出”上給出，當(dāng)在部分手動(dòng)狀態(tài)下，手動(dòng)控制值與喘振控制輸出值選高值。

防喘振程序采用的是壓比rPRATIO1A對(duì)流量百分比rHX1A（Pd/Ps對(duì)h/ Ps）的算法。

2.1.1 計(jì)算工作點(diǎn)

把現(xiàn)場(chǎng)流量變送器FT_601送來(lái)的標(biāo)況狀態(tài)下測(cè)的的流量、溫度aTI_611、入口壓力aPT_601換算成設(shè)計(jì)溫度40℃，設(shè)計(jì)壓力0.1428MPa時(shí)，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量流量為rFT_601comp，然后再把rFT_601comp換算成百分比r1HX，即工作點(diǎn)。

2.1.2 計(jì)算喘振點(diǎn)

利用SRG_LINE計(jì)算出在固定喘振線(xiàn)下的對(duì)應(yīng)不同出入口壓比r1PRAT下的喘振點(diǎn)。

喘振線(xiàn)的計(jì)算如下：

把表1計(jì)算所得的橫、縱坐標(biāo)值輸入給SRG_LINE對(duì)應(yīng)的管腳。即得到對(duì)應(yīng)的喘振線(xiàn)。

表1

圖1 防喘振控制操作畫(huà)面

2.1.3 計(jì)算防喘振線(xiàn)和喘振下移線(xiàn)

首先，利用功能塊SAFETY_MAR計(jì)算出固定裕度r1SAFETY_OP=7%，然后利用Recal02計(jì)算出每發(fā)生一次喘振防喘振線(xiàn)下移的裕度r1RECAL_1，本喘振設(shè)置為每喘振一次下移2%的裕度，最大調(diào)整裕度為32%。把計(jì)算所得的固定裕度與調(diào)整裕度相加得到整個(gè)安全裕度r1TOT_SAFETY=r1SAFETY_ OP+r1RECAL_1。最后利用Cntline把喘振線(xiàn)線(xiàn)性平移對(duì)應(yīng)的安全裕度。即得對(duì)應(yīng)的防喘振線(xiàn)和喘振下移線(xiàn)。

2.1.4 計(jì)算防喘振PID的輸出值

首先，計(jì)算PID 的SP 值，它是利用SP_Hover02 計(jì)算出SP 值，r1SRG_ SP=r1MAR-r1TOT_SAFETY-k1HOVER。其中k1HOVER=5%為設(shè)定點(diǎn)與工作點(diǎn)的盤(pán)旋距離，盤(pán)旋移動(dòng)增量為1%。然后，利用ADPTV_TUN03產(chǎn)生PID設(shè)定的GAIN 和RESET值。ADPTV_TUN03的基本工作原理是在r1SRG_SP左右設(shè)置6%的裕度，當(dāng)r1MAR ＜r1SRG_SP-6時(shí)，GAIN將線(xiàn)性增加，最大增加到20.0；RESET將線(xiàn)性增加，最大增加到500.0，當(dāng)r1MAR ＜r1SRG_SP+6時(shí)，GAIN將線(xiàn)性減小直至-20.0；RESET將線(xiàn)性減小，最大減小到-500.0，最后利用PID_SRG03輸出PID的值r1SRG_CON。

2.1.5 計(jì)算防喘振比例項(xiàng)的輸出值

當(dāng)工作點(diǎn)突然減小到了整個(gè)安全裕度內(nèi)的70%時(shí)，此比例作用才有效。Srg_Ovrd03是利用r1MAR＜r1TOT_ SAFETY*70%時(shí)，r1SRG_OVRD將由0%開(kāi)到100%的閥位輸出。

2.1.6 計(jì)算防喘振閥的輸出值

它是利用Valve_Sel06功能塊實(shí)現(xiàn)最終的閥位輸出的。它的輸出是選擇r1SRG_CON、r1SRG_OVRD、e1MAN_ DMD三個(gè)中的最大值輸出到閥。此功能塊定義了三種工作模式：

（1）全自動(dòng)g1AUTO=1；g1MANUAL=0；（2）半自動(dòng)g1AUTO=0；g1MANUAL=0；（3）全手動(dòng)g1MANUAL=1；在全自動(dòng)時(shí)輸出是選擇r1SRG_CON和r1SRG_OVRD、的最大值。

在半自動(dòng)時(shí)是選擇r1SRG_CON、r1SRG_OVRD、和e1MAN_DMD的最大值輸出去的。在全手動(dòng)時(shí)是全部由e1MAN_ DMD輸出到閥位的。

2.2 防喘振控制操作畫(huà)面

圖1中 1 部分為：為喘振控制圖。紅色線(xiàn)是喘振線(xiàn)，綠色是喘振下移線(xiàn)，黃色是防喘振線(xiàn)。

圖中 2 部分為：防喘振控制操作如下圖。控制方式選擇，設(shè)有自動(dòng)，半自動(dòng)，手動(dòng)三種控制方式。

手動(dòng)方式：輸出閥位由操作員在HMI“手動(dòng)輸出”上給出，或由、按鈕給出。

圖2 防喘振調(diào)試畫(huà)面

圖4 性能控制效果圖

自動(dòng)方式：輸出完全由防喘振程序決定。

半自動(dòng)方式：輸出是手動(dòng)控制值與喘振控制輸出值選高值。

圖中 3 部分為：防喘振控制喉部差壓、出口壓力、入口溫度、輸出閥位的實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖。

圖中 4 部分為：防喘振控制參數(shù)的實(shí)際值，主風(fēng)機(jī)入口溫度TI40111，主風(fēng)機(jī)喉部差壓PDI40102A、PDI40102B、PDI40102C，主風(fēng)機(jī)出口壓力PI40107，主風(fēng)機(jī)入口壓力PI40109及防喘振閥FV40102A、FV40102B輸出閥位的數(shù)值顯示。

喘振線(xiàn)下移數(shù)：當(dāng)前喘振下移線(xiàn)下移的裕度。

喘振累積數(shù)：從喘振投用到現(xiàn)在的所發(fā)生喘振的次數(shù)。

喘振數(shù)：上次點(diǎn)擊了喘振復(fù)位按鈕到現(xiàn)在所發(fā)生的喘振數(shù)。

圖中 5 部分為：防喘振控制的喘振點(diǎn)和實(shí)際工作點(diǎn)及控制點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)值。

畫(huà)面如圖1所示。

特別說(shuō)明：當(dāng)發(fā)生喘振時(shí)，工作點(diǎn)越過(guò)喘振線(xiàn)，同時(shí)出現(xiàn)喘振下移線(xiàn)，喘振標(biāo)志指示為紅色。

喘振下移線(xiàn)作為下次防喘振控制線(xiàn)，只有當(dāng)點(diǎn)擊復(fù)位按鈕后，才可以把喘振下移線(xiàn)復(fù)位到初始的防喘振線(xiàn)。這要根據(jù)主風(fēng)機(jī)當(dāng)時(shí)的工作狀態(tài)。是否選用新的防喘振線(xiàn)，以至于早點(diǎn)開(kāi)防喘振閥。靜態(tài)調(diào)試用來(lái)在主風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)，調(diào)試防喘振閥的。點(diǎn)擊此標(biāo)志出現(xiàn)如下窗口：圖2防喘振調(diào)試畫(huà)面，這時(shí)點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)按鈕開(kāi)始調(diào)試，調(diào)試結(jié)束點(diǎn)擊取消，否則會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果。

3 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制入口壓力與防喘振閥的解耦控制方案

3.1 降分餾塔頂壓力控制方案

3.1.1 首先判斷防喘振工作點(diǎn)是否在安全區(qū)域，如果在安全區(qū)域，則先關(guān)閉防喘振閥，當(dāng)防喘振閥投用全自動(dòng)時(shí)可以直接關(guān)到滿(mǎn)足入口壓力為止，如果關(guān)到一定值時(shí)已滿(mǎn)足入口壓力，并且工作點(diǎn)還遠(yuǎn)離控制線(xiàn)，則開(kāi)始以60RPM開(kāi)始降速，此時(shí)回流閥仍然投在自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，開(kāi)始以PID慢慢關(guān)回流閥，直至回流閥不能再關(guān)，或者轉(zhuǎn)速降至最低為止。

3.1.2 首先判斷防喘振工作點(diǎn)是否在安全區(qū)域，如果在安全區(qū)域，則先關(guān)閉防喘振閥，如果回流閥關(guān)到全部關(guān)閉值時(shí)，還沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值，則開(kāi)始升轉(zhuǎn)速，直至達(dá)到設(shè)定值為止。

3.1.3 首先判斷防喘振工作點(diǎn)是否在安全區(qū)域，如果在安全區(qū)域，則先關(guān)閉防喘振閥，如果回流閥在半自動(dòng)狀態(tài)，則關(guān)到半自動(dòng)狀態(tài)設(shè)定值時(shí)，還沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值，則開(kāi)始升轉(zhuǎn)速，直至達(dá)到設(shè)定值為止。

3.1.4 首先判斷防喘振工作點(diǎn)是否在安全區(qū)域，如果在安全區(qū)域，則先關(guān)閉防喘振閥，如果防喘振工作點(diǎn)已經(jīng)進(jìn)入離控制線(xiàn)1%范圍內(nèi)時(shí)，還沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值，則開(kāi)始升轉(zhuǎn)速，如果升轉(zhuǎn)速時(shí)，工作點(diǎn)達(dá)到離控制線(xiàn)大于3%時(shí)，還沒(méi)達(dá)到設(shè)定值，此時(shí)停止升轉(zhuǎn)速，開(kāi)始繼續(xù)關(guān)閉防喘振閥，當(dāng)關(guān)閉防喘振閥時(shí)，工作點(diǎn)進(jìn)入離控制線(xiàn)1%到3%之間時(shí)達(dá)到設(shè)定值則保持當(dāng)前狀態(tài)，入口壓力調(diào)節(jié)防喘振閥，反之繼續(xù)循環(huán)前面的操作。直至達(dá)到設(shè)定值為止。

3.2 升分餾塔頂壓力控制方案

3.2.1 首先判斷防喘振工作點(diǎn)是否在安全區(qū)域，如果在安全區(qū)域，則先降低轉(zhuǎn)速，如果降到最低轉(zhuǎn)速時(shí)，還沒(méi)有達(dá)到設(shè)定壓力，則開(kāi)始打開(kāi)回流閥，直至達(dá)到設(shè)定壓力為止。

3.2.2 首先判斷防喘振工作點(diǎn)是否在安全區(qū)域，如果在安全區(qū)域，則先降低轉(zhuǎn)速，如果防喘振工作點(diǎn)已經(jīng)進(jìn)入離控制線(xiàn)1%范圍內(nèi)時(shí)，停止降速，此時(shí)開(kāi)始開(kāi)回流閥，等到工作點(diǎn)到達(dá)離控制線(xiàn)大于3%安全區(qū)域時(shí)，再降低轉(zhuǎn)速，直至達(dá)到設(shè)定壓力為止。

3.3 分餾塔頂壓力三取二控制方案

原設(shè)計(jì)分餾塔頂壓力只有1個(gè)，故障率較高，改造后增加2個(gè)壓力變送器，通過(guò)三取二的方式提高運(yùn)行的穩(wěn)定性。主要控制方案：當(dāng)3個(gè)壓力都正常時(shí)，取中值作為控制點(diǎn)；當(dāng)有1個(gè)壓力失靈時(shí)，取正常2個(gè)中的高值作為控制點(diǎn)；當(dāng)2個(gè)壓力失靈時(shí)，取正常的1個(gè)作為控制點(diǎn)；當(dāng)3個(gè)壓力全部失靈時(shí)，取失靈瞬間的正常值作為控制點(diǎn)，邏輯圖如圖3所示。

3.4 具體效果圖（如圖4所示）。

4 改進(jìn)后效果分析

4.1 降低勞動(dòng)強(qiáng)度：投用性能控制，減少操作工頻繁操作，降低操作工勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.2 平穩(wěn)操作：投用性能控制，富氣壓縮機(jī)操作更加平穩(wěn)。

4.3蒸汽節(jié)能：每小時(shí)節(jié)約2.5T蒸汽，按照每噸蒸汽220元、每年運(yùn)行300天計(jì)算，每年可以節(jié)約=220×300×24×2.5=396萬(wàn)元。

4.4富氣節(jié)能：反飛動(dòng)閥正常處于關(guān)閉狀態(tài)，特殊情況才打開(kāi)，減少了回流量也是一種節(jié)能。

結(jié)語(yǔ)

TRICON控制系統(tǒng)自投用以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定，改進(jìn)后的轉(zhuǎn)速控制和防喘振控制完全滿(mǎn)足工藝要求，降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，有力的保障了機(jī)組的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。

[1]王福兵，袁培剛.TRICON控制系統(tǒng)在催化富氣壓縮機(jī)組中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀表， 2011， 26（04）：34-38.

TP273

A

任海杰（1984-），男，山東廣饒人，山東京博石油化工有限公司，儀表主任工程師，研究方向自動(dòng)控制。