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防喘振控制空壓機(jī)組運用革新

發(fā)布日期:2011-05-20 來源: 中國空壓機(jī)網(wǎng) 查看次數(shù): 1026 

核心提示:
  1概述。

  催化裂化裝置的主風(fēng)機(jī)組在整個裝置的生產(chǎn)運行中主要擔(dān)負(fù)向再生器提供主風(fēng)的任務(wù),用來滿足燒焦需要的氧氣,同時也起著維持再生器壓力,保持熱平衡,氧平衡,壓力平衡及流化的關(guān)鍵作用。如果主風(fēng)機(jī)組停運,催化裂化反應(yīng)也將被迫停止,因此主風(fēng)機(jī)組的運行狀況直接影響整個催化裂化裝置的安全穩(wěn)定長周期運行。而大型壓縮機(jī)組的防喘振控制更是機(jī)組控制的關(guān)鍵和核心部分。因為一旦喘振得不到及時的遏制,進(jìn)而發(fā)展為逆流,持續(xù)逆流就會發(fā)生毀機(jī)的嚴(yán)重后果。

  大慶石化公司煉油廠1106 t/a重油催化裂化裝置的能量回收裝置機(jī)組配置情況為:煙機(jī)+軸流式壓縮機(jī)+電機(jī)/發(fā)電機(jī),是自1989年投產(chǎn)以來已連續(xù)運行近17年的老機(jī)組。對于機(jī)組的防喘振控制,經(jīng)過幾次升級改造和完善,目前已形成一套獨特的控制系統(tǒng),通過近幾年的持續(xù)安全平穩(wěn)運行,經(jīng)過多次檢驗,該機(jī)組儀表自保系統(tǒng)的可靠性,穩(wěn)定性都是很高的。

  2主風(fēng)機(jī)機(jī)組防喘振控制工作原理。

  防止壓縮機(jī)喘振的控制方法有兩類。一類是使壓縮機(jī)的流量不小于臨界值,當(dāng)流量接近喘振臨界值時就打開旁路閥;另一類是按某種計算函數(shù)來實現(xiàn)關(guān)系。飛動點的軌跡在坐標(biāo)圖上接近一根曲線,當(dāng)流量/(入口壓力-出口壓力)小于某一臨界值后,壓縮機(jī)將進(jìn)入喘振區(qū)域。此時應(yīng)將旁路閥打開,以增加壓縮機(jī)的進(jìn)氣量,同時使入口壓力減小,出口壓力增大,有利于防止喘振。

  大型軸流式風(fēng)機(jī)的防喘振宜采用隨動式喘振控制方案。繪制防喘振曲線有兩種方法。一種是跟據(jù)制造廠所提供的機(jī)組特性曲線繪制,另一種是通過現(xiàn)場實測軸流風(fēng)機(jī)的運行數(shù)據(jù)繪制。

  在軸流風(fēng)機(jī)的防喘振控制中,通過喉部差壓控制防喘振調(diào)節(jié)閥V2,其防喘振調(diào)節(jié)器的設(shè)定值取自出口壓力和靜葉角的函數(shù)SV=F(P,2),見圖1中的防喘振線,檢測信號取自喉部差壓。當(dāng)軸流機(jī)運行在防喘振線以下時,即:PV>SP,調(diào)節(jié)器輸出20mA,防喘振放空閥全關(guān);而當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)運行超過防喘振線時,即:PV<SP,則放空閥自動打開,機(jī)組將運行在防喘振線上,此時雖已不是正常工況,但卻避免了機(jī)組喘振所造成的嚴(yán)重破壞。一旦外部條件正常,軸流風(fēng)機(jī)將重新運行在正常工況的工作點上。

  防喘振曲線防喘振曲線是根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)表和開工初期經(jīng)過在不同靜葉角度下喘振臨界點的數(shù)據(jù),即:出口壓力值和喉部差壓值,實際測得的軸流風(fēng)機(jī)喘振曲線。在此曲線上,將曲線向右偏移喘振流量的10%作為控制余量,就得到了防喘振控制線。

  3原設(shè)計的防喘振控制系統(tǒng)。

  大慶石化公司煉油廠1106 t/a重油催化裂化裝置在1992年建裝置之初,該裝置主風(fēng)機(jī)防喘振控制系統(tǒng)由一臺PMK調(diào)節(jié)儀進(jìn)行簡單的PID回路控制,防喘振系統(tǒng)的測量值只有喉部差壓PDT005,出口壓力PI004.所示為簡單的防喘收稿日期:20100112振控制。

  該控制系統(tǒng)不能實現(xiàn)復(fù)雜的防喘振控制,只是用PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),當(dāng)測量值低于某一固定值時,輸出一個報警信號,使電磁閥帶電,調(diào)節(jié)閥全開。因此,防喘振控制方法較簡單,無法充分發(fā)揮機(jī)組潛能。

  簡單的防喘振控制4ESD防喘振控制系統(tǒng)。

  1998年6月主風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造,采用美國ICS公司生產(chǎn)的ESD控制系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)組保護(hù)及控制。在ESD系統(tǒng)上主要進(jìn)行了主風(fēng)機(jī)啟機(jī),自動操作,安全運行,逆流保護(hù),緊急停機(jī),潤滑油自啟動,動力油自啟動,防喘振控制等功能。它采用了性能可靠的三重化技術(shù),其CPU模件,電源,CPU總線及I/O總線均采用TMR配置。CPU模件及I/O卡件采用硬件容錯(HIFT)技術(shù)和硬件表決方式,加快了系統(tǒng)反應(yīng)速度,使控制系統(tǒng)的可靠性和安全性更高。該控制系統(tǒng)在1998年8月使用以來,沒有出現(xiàn)過誤動作或其它故障,比較穩(wěn)定。

  4.1ESD防喘振控制系統(tǒng)構(gòu)成。

  ESD的防喘振控制系統(tǒng)是由ESD內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)的。參與防喘振控制的共有四個參數(shù),分別是喉部差壓值PDT005,出口壓力PT004,入口溫度TI011及入口壓力PT005.在ESD系統(tǒng)中,通過BIC004,B1,B2等功能塊實現(xiàn)防喘振控制功能。主要用于建立防喘振控制曲線,防喘振的調(diào)節(jié)控制及實現(xiàn)喘振閥門的快開慢關(guān)等性能。

  4.1.1ESD防喘振控制曲線的建立。

  在B1,B2功能塊中,對14#和28#兩條防喘振曲線進(jìn)行了定義。防喘振曲線通過邏輯語言分段編寫而成。針對冬季和夏季不同的環(huán)境溫度下機(jī)組的性能曲線不同,分別作出了兩條防喘振曲線,即冬季的14#和夏季的28#兩條防喘振曲線。

  兩條曲線按照喉部差壓值的百分?jǐn)?shù)進(jìn)行分段控制,將七條線段連接起來,就是該溫度時的防喘振曲線。然后向右移動一定的余量,即為軸流風(fēng)機(jī)的防喘振設(shè)定曲線,防喘振調(diào)節(jié)回路采用PID算法。

  4.1.2ESD防喘振的控制方案。

  在BIC004功能塊中,程序定義了機(jī)組的工作點與喘振線進(jìn)行比較。當(dāng)PV值小于SP值時(即工作點遠(yuǎn)離防喘振線),HIC004(喘振閥控制輸出)為全關(guān);當(dāng)PV值大于SP值時(即工作點超過防喘振線),HIC004全部打開。同時分別定義了喘振閥門的快開速率及慢關(guān)速率,從而保證裝置的平穩(wěn)運行。

  4.2ESD防喘振控制系統(tǒng)存在的問題。

  美國ICS公司生產(chǎn)的ESD控制系統(tǒng)主要致力于機(jī)組的保護(hù)控制,并非專業(yè)的機(jī)組防喘振控制專家,其防喘振系統(tǒng)不能將機(jī)組的效率*大化,當(dāng)裝置的再生器壓力控制超出0.235~0.245MPa時,整個機(jī)組就會出現(xiàn)發(fā)電困難,催化劑消耗高,能源耗大的缺點。

  53C防喘振控制系統(tǒng)。

  針對ESD控制系統(tǒng)存在的問題,該裝置于2002年針對防喘振系統(tǒng)引進(jìn)了美國CCC公司的PLUS+ 104化工自動化及儀表第37卷系列控制器,以下簡稱3C控制器。

  通常機(jī)組發(fā)生防喘振時,一是必須將部分流量回流到壓縮機(jī)入口或放空,以使壓縮機(jī)工作點遠(yuǎn)離其喘振極限。二是回流或放空部分氣體要損失掉大量的壓縮功。美國CCC公司是一家專業(yè)從事機(jī)組研究的公司。在機(jī)組控制中解決了壓縮機(jī)的壓縮功損失這一經(jīng)濟(jì)性難題。3C控制系統(tǒng)能夠精確地確定壓縮機(jī)工作點離喘振點有多遠(yuǎn),從而維持一個足夠但又不過分大的回流量。

  5.13C防喘振控制系統(tǒng)構(gòu)成。

  該裝置主風(fēng)機(jī)機(jī)組的3C防喘振控制系統(tǒng),是通過喉部差壓值PDT005,出口壓力PT004,入口溫度TI011,入口壓力PT005及出口溫度TI012等參數(shù)進(jìn)行復(fù)雜運算,控制BIC004調(diào)節(jié)閥。3C控制器防喘振控制示意。

  5.2控制器中防喘振多種控制線的定義在3C控制器中,根據(jù)軸流風(fēng)機(jī)喘振的特點,控制器定義了若干曲線,當(dāng)壓縮機(jī)操作點越過這些曲線時,控制器隨即動作產(chǎn)生響應(yīng),避免壓縮機(jī)喘振,減少生產(chǎn)過程不必要的波動和循環(huán)能量的消耗。

  控制器內(nèi)定義的各種曲線如所示。

  控制器內(nèi)定義的各種曲線5.33C防喘振控制方案。

  在控制器內(nèi)部,喘振極限是一個復(fù)雜的函數(shù),它隨各種工藝條件如:氣體組分,入口壓力和溫度,轉(zhuǎn)速和入口導(dǎo)流葉片角度的變化而變化。因此使用了多元函數(shù)來計算工作點相對于喘振極限的趨近程度。對于小而慢的擾動,則使用比例-積分控制,并能在控制閥完全關(guān)閉時防止復(fù)位。對快速擾動,控制器將產(chǎn)生一個微分響應(yīng),從而加大安全裕量,提高比例-積分響應(yīng)的控制速度。

  防喘控制器通過多種開環(huán)路和閉環(huán)控制算法來制定對擾動大小的響應(yīng),從而避免一個很寬的浪費能量的安全裕量。

  5.43C防喘振控制器的特點。

  3C防喘振控制器,能夠?qū)⒋竦木_預(yù)報和特制的控制響應(yīng)有機(jī)地結(jié)合,使壓縮機(jī)的喘振安全裕量*小,其結(jié)果是,既保護(hù)了壓縮機(jī),又使浪費性的回流或放空量降到*低限度。這是3C控制器被廣泛使用的主要原因。由于先進(jìn)的防喘振控制方案,壓縮機(jī)可以在非??拷駱O限的地方運行,而不必打回流。使機(jī)組耗能低,更經(jīng)濟(jì),機(jī)組運行更加可靠。由于采用保守策略控制方法,控制器能在變送器發(fā)生故障時,繼續(xù)防止喘振,能使主風(fēng)出口壓力控制在0.33MPa. 6改進(jìn)后防喘振控制系統(tǒng)。

  針對上述兩套防喘振控制系統(tǒng)的特點,為避免由于儀表的設(shè)備故障引起誤動作停車,采取了3C控制器與ESD控制兩套防喘振控制系統(tǒng)互為主備的控制方案。正常工況下采用3C控制器,當(dāng)3C控制器出現(xiàn)異常時及時切入ESD系統(tǒng)內(nèi)部控制。

  6.1改進(jìn)后防喘振控制方案。

  由于采用了兩種控制系統(tǒng)的互備方式,因此各種儀表的控制信號需要同時接入兩套控制系統(tǒng)當(dāng)中。

  現(xiàn)場輸入信號通過一入二出式安全柵分別進(jìn)入ESD系統(tǒng)和3C系統(tǒng)。需要同時進(jìn)入兩套系統(tǒng)的共有四個信號,分別為PDT005,PT004,TI011,PT005,采用MTL5043型的安全柵將輸入的4~20mA信號分兩路進(jìn)入ESD的AI卡及3C控制器的接線端子板。改進(jìn)后的防喘振控制系統(tǒng)。

  6.2改進(jìn)后防喘振控制系統(tǒng)的切換。

  將3C控制器輸出控制信號引入ESD,在防喘振控制畫面上增加3C與ESD切換開關(guān),當(dāng)使用3C防喘振控制器時選擇3C,如3C防喘振控制器有問題可及時切換到ESD防喘振控制器控制。

  6.3改進(jìn)后控制系統(tǒng)中的ESD系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)曲線由于ESD系統(tǒng)原來的防喘振曲線不能移動,對調(diào)節(jié)軸流風(fēng)機(jī)的流量產(chǎn)生一定的約束。對原防105第7期孫永剛等。防喘振控制在催化裂化主風(fēng)機(jī)組應(yīng)用的改進(jìn)喘振控制進(jìn)行修改:刪除28#曲線,在14#曲線的基礎(chǔ)上將防喘振曲線變?yōu)閯討B(tài)曲線,增加了曲線偏移量按鈕,通過調(diào)整曲線偏移量,達(dá)到防喘振曲線適應(yīng)環(huán)境溫度變化的目的,*大偏移量定為4%. 6.4改進(jìn)后ESD系統(tǒng)對控制點進(jìn)行溫壓補(bǔ)償處理針對本地區(qū)冬夏兩季的溫度差異對介質(zhì)的影響,在系統(tǒng)中也對控制點進(jìn)行了溫度與壓力的補(bǔ)償計算。把TI011(入口溫度),PI005(入口壓力)引入控制點的公式中對控制點進(jìn)行溫度和壓力的補(bǔ)償,從而使控制點更能反應(yīng)實際工況。同時在ESD防喘振操作畫面上新增溫壓補(bǔ)償開關(guān),可選補(bǔ)償和未補(bǔ)償兩檔,補(bǔ)償指對入口流量進(jìn)行溫壓補(bǔ)償,未補(bǔ)償反之。新增一個顯示補(bǔ)償和無顯示按鈕,當(dāng)按鈕顯示顯示補(bǔ)償在防喘振曲線圖上顯示兩個工作點:一個是有補(bǔ)償,一個是無補(bǔ)償,防止選擇溫壓補(bǔ)償切換開關(guān)時,因不知道另一工作點是否在喘振區(qū)內(nèi)而誤切換。

  6.5喘振線的重新標(biāo)定和修改防喘振線。

  2007年該裝置主風(fēng)機(jī)組為了提高系統(tǒng)壓力,軸流風(fēng)機(jī)增加了一級葉片(由14級更改為15級),致使壓縮機(jī)的喘振線發(fā)生變化。為了適應(yīng)這一情況更準(zhǔn)確地進(jìn)行防喘振控制,我們將3C控制系統(tǒng)及ESD控制系統(tǒng)的現(xiàn)場服務(wù)技術(shù)人員請到現(xiàn)場,在機(jī)組運行情況下,通過現(xiàn)場測試和調(diào)整的方法標(biāo)定了機(jī)組變化后的真實喘振線,并對兩套系統(tǒng)的防喘振線進(jìn)行了修改,以確保生產(chǎn)的需要和機(jī)組的安全。

  7結(jié)語。

  隨著催化裂化裝置技術(shù)的不斷發(fā)展,主風(fēng)機(jī)組的控制系統(tǒng)也不斷地得到改進(jìn)和完善,同時各石化生產(chǎn)廠都結(jié)合自己本單位機(jī)組的實際工況采取不同的控制方案來確保機(jī)組的安全。根據(jù)生產(chǎn)裝置的特點及機(jī)組的運行情況,改進(jìn)的防喘振控制系統(tǒng),確保了催化裂化裝置和機(jī)組能夠高效,平穩(wěn),安全的生產(chǎn)及長周期運行并使效益*大化。

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