一．引言： 主風機和富氣壓縮機是催化裂化裝置的關(guān)鍵設備,均易受到喘振的危害，也易造成較大的設備事故，所以如何控制好軸流風機和離心式壓縮機機組成為機組控制和機組保護的重點，各化工企業(yè)亦選用較安全的控制系統(tǒng)來達到機組控制的要求，TRICONEX 的TS3000以獨到的防喘振技術(shù)和三重化冗余技術(shù)用于機組控制較多，玉門油田煉油化工總廠的80萬噸/年重油催化裂化裝置改建工程能量回收三機組和富氣壓縮機組采用該控制系統(tǒng)。 裝置投產(chǎn)運行近一年來,從能量回收角度來看，能量回收三機組具有很好的節(jié)能效果。主風機組采用三機組成熟配置形式：煙機—風機—電機，煙機和電機共同驅(qū)動風機滿足裝置主風需要，電機基本處于空負荷平衡轉(zhuǎn)速的運轉(zhuǎn)。富氣蒸汽透平機組采用裝置余熱鍋爐自產(chǎn)蒸汽驅(qū)動。但如何從機組控制角度進一步提高主風機組和富氣壓縮機組節(jié)能、安全、可靠、長周期運行是目前的重要問題。 二．TS3000控制系統(tǒng)的特點及系統(tǒng)配置 TS3000控制系統(tǒng)具有高可靠性、高可用性、無單點故障等特點，對輸入、輸出信號及中間處理結(jié)果進行全過程三取二表決的TMR三重化冗余容錯控制技術(shù)。 圖1： TRICON 控制器三重化結(jié)構(gòu) 如圖1所示，現(xiàn)場信號進入輸入模塊后，分成三路，三路之間彼此光電隔離，分別送到三個主處理器，在TRIBUS總線上對數(shù)字量信號進行表決，對模擬量信號進行傳輸，這樣保證每個主處理器使用同樣的數(shù)據(jù)進行過程控制，然后把三個處理后的結(jié)果分成三路分別輸出給輸出模塊，在輸出模塊上再進行數(shù)據(jù)輸出表決，以保證輸出結(jié)果的準確性，有效克服了控制系統(tǒng)硬件原因而造成的系統(tǒng)故障。 三重化冗余容錯系統(tǒng)的特點： ● 沒有單點故障造成系統(tǒng)失效。 ● 獨特的I/O邏輯槽位設計，保障故障卡件全部在線更換。 ● 系統(tǒng)集成度高。 ● I/O卡件上的光電隔離器全部三重化。 ● 浮點數(shù)協(xié)處理器，經(jīng)過TǖV六級認證。 ● 32位芯片，保證了系統(tǒng)的快速運行。 ● 按照1131-3國際標準設計的基于WINDOWS 的編成軟件使用方便。 ● 高度的系統(tǒng)診斷覆蓋率，診斷功能皆為系統(tǒng)內(nèi)置，不需編寫應用程序。 ● 系統(tǒng)的維護和診斷非常方便。 ● 所有模擬模塊卡件精度高，并可以自動校驗。 ● 應用軟件在線修改 ● 主處理器的更換與I/O卡件的更換一樣方便。 整個機組的硬件配置是按照安全控制系統(tǒng)故障安全性配置，設計滿足 API612要求，主控制器實現(xiàn)三重化冗余；I/O卡件分能量回收機組和富氣壓縮機組獨立配置，互不影響； 采用兩對4329通信模塊，兩路光纖對控制室操作臺實現(xiàn)雙重冗余通信，任何一路出現(xiàn)問題，都不會影響機組監(jiān)控；同時通過MODBUS和DCS、創(chuàng)為實S8000機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、BENTLY3500相連通訊，實現(xiàn)DCS和網(wǎng)絡對機組的監(jiān)控；采用超速保護器和系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)速雙重超速保護；各卡件箱的供電電源全部雙重冗余；輔助操作臺設有各機組的急停按鈕、旁路開關(guān)和報警指示燈，便于機組緊急處理使用。 三、控制功能： 能量回收三機組主要控制回路：主風機防喘振分成控制、主風機靜葉流量控制、再生器壓力和入口蝶閥控制、煙機輪盤冷卻溫度控制、煙機級間密封控制。自保連鎖控制：機組允許啟動、緊急事故停機、風機逆流檢測、風機安全運行、超速自保、潤滑油動力油泵控制、軸承溫度，軸震動，軸位移監(jiān)控。 油泵控制：潤滑油泵有A、B兩泵，其中一臺運行，另一臺油泵備用，并能達到主輔油泵相互切換。手動時，能夠開停任何一臺泵；自動時，當油壓低時，馬上啟動備用油泵，兩臺油泵同時運行，油壓正常可以停止任何一臺泵；但只有一臺泵運行時，不能停止主泵運行；油壓低低時，機組聯(lián)鎖停機，因此潤滑油泵的控制也是機組運行必備的條件。該邏輯很好的實現(xiàn)了潤滑油泵的控制，可以說不會因為潤滑油泵油壓控制造成機組的停車，所以該控制較為先進和實用。 富氣壓縮機組主要控制回路：壓縮機出口、入口、放火炬閥控制，一、二段、防喘振控制，入口壓力串級和本地轉(zhuǎn)速控制，潤滑油泵控制，氣液分離罐液位控制。 自保聯(lián)鎖控制：壓縮機啟動、緊急停車、軸承溫度、軸震動、軸位移、超速保護油壓低低等聯(lián)鎖控制。 壓縮機轉(zhuǎn)速控制：按壓縮機廠家和汽輪機廠家所提供的升速曲線，將氣壓機組的運行分了8個模式進行轉(zhuǎn)速控制，即： 1、 模式iMODE=0，系統(tǒng)一旦停車或聯(lián)鎖動作后就是方式0，機組處于停機連鎖自保狀態(tài)。 2、 模式iMODE=1，機組連鎖復位，聯(lián)鎖信號消除，速關(guān)油電磁閥得電。 3、 模式iMODE=2，滿足機組啟動條件，機組可以啟動。 4、 模式iMODE=3，按下啟動鍵，機組啟動，低轉(zhuǎn)速升速到暖機1方式暖機，分熱暖和冷暖； 5、 模式iMODE=4，二次穩(wěn)定轉(zhuǎn)速暖機； 6、 模式iMODE=5，機組進入升速階段，并穿越壓縮機臨界轉(zhuǎn)速； 7、 模式iMODE=6，機組進入正常運行段，到達最小管理轉(zhuǎn)速和最大管理轉(zhuǎn)速之間控制； 8、 模式iMODE=7，按下停機鍵，按預定速率降低轉(zhuǎn)速，開始正常停機； 9、 模式iMODE=8，電子跳閘和機械跳閘試驗。 以下詳細闡述機組轉(zhuǎn)速控制過程： 對于富氣壓縮機組的轉(zhuǎn)速的控制過程，主要關(guān)鍵控制點和控制策略有： 機組轉(zhuǎn)速測量：現(xiàn)場三組轉(zhuǎn)速脈沖信號送往ESD系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)進行三取二處理表決，得到最終的轉(zhuǎn)速值； 機組自保控制：滿足機組啟動條件，沒有聯(lián)鎖發(fā)生，啟動復位等； 暖機：根據(jù)暖機條件，進行第一暖機：熱暖和冷暖；第二暖機。 轉(zhuǎn)速爬坡和快速穿越臨界轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)速設定： 目標轉(zhuǎn)速按照轉(zhuǎn)速曲線爬升 點動升速： 現(xiàn)場按鈕和軟按鈕提高轉(zhuǎn)速 自動升速： 在自動方式，按一定速率和時間升速 跨越臨界轉(zhuǎn)速： 以最大速率通過壓縮機臨界轉(zhuǎn)速 PID串級調(diào)節(jié)：入口壓力串級調(diào)節(jié)和本地速度調(diào)節(jié)； 閥位限制和靜態(tài)校驗：開機時根據(jù)壓縮機轉(zhuǎn)速對蒸汽入口閥位進行限制，轉(zhuǎn)速在500rpm/min不超過30%，避免開機飛車；對蒸汽入口閥調(diào)節(jié)在靜態(tài)時進行校驗，確保蒸汽入口閥開度準確。 超速試驗：在超速時汽輪機機械跳閘和電子跳閘起作用，確保機組安全，避免飛車事故發(fā)生。 富氣壓縮機的轉(zhuǎn)速控制如圖2所示： 圖2：壓縮機升速曲線 四：TS3000用于風機和富氣壓縮機防喘震控制 富氣壓縮機所選用的喘振模型及算法如圖3： 圖3：離心壓縮機防喘振控制 rHc：壓縮機入口流量% FLOW：壓縮機入口質(zhì)量流量，由入口差壓h計算獲得 FLOWmax：最大質(zhì)量流量 Psb: 壓縮機設計入口壓力 Pfob:孔板設計壓力 Ps: 壓縮機入口壓力 Px: 壓縮機入口當?shù)卮髿鈮毫?主風機所選用的喘振模型及算法如圖4： 圖4：軸流壓縮機防喘振控制 喘振線：壓縮機防喘振的控制主要決定于機組的實際工況的喘振線，喘振線越符合實際工況，防喘振控制就做得越好。我廠的主風機喘振線開廠時進行了實際測量，由于電機的功率不夠，喘振線在靜葉角度60度時，測量比較保守，能滿足裝置的設計需要，但主風機組防喘振的范圍較小，安全裕度5%，同時增加了最小流量控制和最大壓比控制，嚴防主風機發(fā)生喘振。富氣壓縮機組通過壓縮機預期性能曲線計算設定兩段防喘振線，通過實際運行，發(fā)現(xiàn)壓縮機喘振線的確定較為合適，由于加工量較小，產(chǎn)生富氣較少，富氣壓縮機既要平衡操作又要壓縮機不發(fā)生喘振，工作范圍比較接近壓縮機防喘線，由于工藝操作變化，有時帶來富氣壓縮機喘振。 喘振控制功能： 可選擇進出口壓比Pd/Ps對入口差壓h或進出口壓差Dp對h的算法； 如果喘振發(fā)生，喘振安全裕度可自動調(diào)整； 設定點浮動線功能可以在工作點向喘振線竄動時及時打開防喘閥； 特殊的喘振控制器帶有適應增益及快開/慢關(guān)響應等功能； 比例調(diào)節(jié)功能可以‘迫使’防喘閥獨立于控制過程而打開； 靈活的起機和跳車邏輯； 可選擇手動控制幫助設定、測試和故障排除； 當喘振逼近或透平跳車時，電磁閥觸點輸出可“打開”防喘閥。 喘振線的算法：根據(jù)實測喘振線進行設置，功能塊將計算出防喘振線。下面的圖5顯示的是5段的喘振線。 圖5：喘振曲線――壓比/流量 安全裕度重校： 如果系統(tǒng)檢測到工作點越過喘振線，表示喘振已發(fā)生，喘振控制線將被自動調(diào)節(jié)到右方，發(fā)生喘振一次安全裕度2%增加，加大安全余量。機組運行平穩(wěn)后，通過復位按鈕恢復防喘振線。 手操控制： 第一種為全權(quán)手操控制功能。它允許防喘閥不顧喘振控制器的作用而關(guān)閉。第二種為限權(quán)手操控制功能。通過選擇比較手動輸出和自動輸出的大小來設定了一個防喘閥的開度，它允許操作工開閥，但不一定能關(guān)閉防喘閥。 設定點浮動線： 一般情況下，壓縮機不會在喘振線上持續(xù)運行或過長時間運行。當工作點在控制線右方（安全區(qū)域），喘振控制器的設定點（線）須在當前h值的某一可設百分比范圍內(nèi)以可設值移動。當工作點越過設置點（浮動線），以小幅快速向喘振線竄動時，將發(fā)生如下情形： 防喘閥迅速打開，實現(xiàn)快開功能； 設定點浮動線將以可設值移動直至防喘閥全關(guān)，實現(xiàn)慢關(guān)功能； 新工作點建立。 設定點浮動線如下圖6所示：

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