一．引言： 主風機和富氣壓縮機是催化裂化裝置的關鍵設備,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，各化工企業亦選用較安全的控制系統來達到機組控制的要求，TRICONEX 的TS3000以獨到的防喘振技術和三重化冗余技術用于機組控制較多，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。 裝置投產運行近一年來,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，煙機和電機共同驅動風機滿足裝置主風需要，電機基本處于空負荷平衡轉速的運轉。富氣蒸汽透平機組采用裝置余熱鍋爐自產蒸汽驅動。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能、安全、可靠、長周期運行是目前的重要問題。 二．TS3000控制系統的特點及系統配置 TS3000控制系統具有高可靠性、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果進行全過程三取二表決的TMR三重化冗余容錯控制技術。 圖1： TRICON 控制器三重化結構 如圖1所示，現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據進行過程控制，然后把三個處理后的結果分成三路分別輸出給輸出模塊，在輸出模塊上再進行數據輸出表決，以保證輸出結果的準確性，有效克服了控制系統硬件原因而造成的系統故障。 三重化冗余容錯系統的特點： ● 沒有單點故障造成系統失效。 ● 獨特的I/O邏輯槽位設計，保障故障卡件全部在線更換。 ● 系統集成度高。 ● I/O卡件上的光電隔離器全部三重化。 ● 浮點數協處理器，經過TǖV六級認證。 ● 32位芯片，保證了系統的快速運行。 ● 按照1131-3國際標準設計的基于WINDOWS 的編成軟件使用方便。 ● 高度的系統診斷覆蓋率，診斷功能皆為系統內置，不需編寫應用程序。 ● 系統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故障安全性配置，設計滿足 API612要求，主控制器實現三重化冗余；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雙重冗余通信，任何一路出現問題，都不會影響機組監控；同時通過MODBUS和DCS、創為實S8000機組狀態監測系統、BENTLY3500相連通訊，實現DCS和網絡對機組的監控；采用超速保護器和系統進行轉速雙重超速保護；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?？梢酝Ｖ谷魏我慌_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速控制，潤滑油泵控制，氣液分離罐液位控制。 自保聯鎖控制：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鎖控制。 壓縮機轉速控制：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個模式進行轉速控制，即： 1、 模式iMODE=0，系統一旦停車或聯鎖動作后就是方式0，機組處于停機連鎖自保狀態。 2、 模式iMODE=1，機組連鎖復位，聯鎖信號消除，速關油電磁閥得電。 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=4，二次穩定轉速暖機； 6、 模式iMODE=5，機組進入升速階段，并穿越壓縮機臨界轉速； 7、 模式iMODE=6，機組進入正常運行段，到達最小管理轉速和最大管理轉速之間控制； 8、 模式iMODE=7，按下停機鍵，按預定速率降低轉速，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速控制過程： 對于富氣壓縮機組的轉速的控制過程，主要關鍵控制點和控制策略有： 機組轉速測量：現場三組轉速脈沖信號送往ESD系統，在系統內進行三取二處理表決，得到最終的轉速值； 機組自?？刂疲簼M足機組啟動條件，沒有聯鎖發生，啟動復位等； 暖機：根據暖機條件，進行第一暖機：熱暖和冷暖；第二暖機。 轉速爬坡和快速穿越臨界轉速： 轉速設定： 目標轉速按照轉速曲線爬升 點動升速： 現場按鈕和軟按鈕提高轉速 自動升速： 在自動方式，按一定速率和時間升速 跨越臨界轉速： 以最大速率通過壓縮機臨界轉速 PID串級調節：入口壓力串級調節和本地速度調節； 閥位限制和靜態校驗：開機時根據壓縮機轉速對蒸汽入口閥位進行限制，轉速在500rpm/min不超過30%，避免開機飛車；對蒸汽入口閥調節在靜態時進行校驗，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，避免飛車事故發生。 富氣壓縮機的轉速控制如圖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：壓縮機入口質量流量，由入口差壓h計算獲得 FLOWmax：最大質量流量 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: 壓縮機入口當地大氣壓力 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，發現壓縮機喘振線的確定較為合適，由于加工量較小，產生富氣較少，富氣壓縮機既要平衡操作又要壓縮機不發生喘振，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； 如果喘振發生，喘振安全裕度可自動調整； 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/慢關響應等功能； 比例調節功能可以‘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： 如果系統檢測到工作點越過喘振線，表示喘振已發生，喘振控制線將被自動調節到右方，發生喘振一次安全裕度2%增加，加大安全余量。機組運行平穩后，通過復位按鈕恢復防喘振線。 手操控制： 第一種為全權手操控制功能。它允許防喘閥不顧喘振控制器的作用而關閉。第二種為限權手操控制功能。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運行或過長時間運行。當工作點在控制線右方（安全區域），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，將發生如下情形： 防喘閥迅速打開，實現快開功能； 設定點浮動線將以可設值移動直至防喘閥全關，實現慢關功能； 新工作點建立。 設定點浮動線如下圖6所示：

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