50萬噸催化柴油加氫裝置及機組ESD緊急停車系統
1．前言
緊急停車系統ESD，對石油化工生產裝置或不采取措施將繼續惡化的狀態進行相應的保護，使生產裝置進入一個預定義的安全停車工況，從而使危險降低到可以接受的最低程度，以保證人員、設備、生產和裝置的安全。ESD是適用于高溫、高壓、易燃、易爆等連續性生產裝置的安全保護系統，為提高企業的經濟效益，安全平穩、長周期地連續生產是至關重要的。“該動則動，不該動則一定不動”是ESD的明顯特征。玉門油田分公司-煉油化工總廠50萬噸/年催化柴油加氫改質裝置上，對裝置及機組ESD緊急聯鎖停車系統的要求,為了更好地提高機組控制系統的整體性、可用性、保證機組控制安全可靠，系統選用了MOORE 公司的QUADLOG雙重化控制系統。
2．系統配置及控制原理
該系統是MOORE于1995年推出的一套專門為安全應用場合提供完善解決方案的可編程序電子控制系統，具有獨特的、很強的自診斷功能，安全級別高達 TǙV AK6，能夠方便實現于第三方DCS通訊，基于WINNT平臺的開放系統，把連續控制、梯形邏輯、順序控制、結構語言放在同一控制軟件包中和安全PLC系統有機的相連，符合IEC1131國際標準的組態軟件。其系統總圖如圖1:
2．1硬件配置及功能說明：
工程師站及操作站：選用2臺DELL工作站作為該裝置的工程師站及操作站，工程師站可以離線和在線組態、修改、設置參數及系統維護和操作功能，并作為操作站監控現場和調節操作。
控制器及I/O卡：選用2對CCM+控制器和17對I/O卡件（模擬量輸入卡件CAI、開關量輸入輸出卡件CDM、模擬量輸入輸出CAM 熱電阻卡件RTD）組成該控制系統，每種類型I/O卡件具備雙重化冗余容錯功能，同時卡件具備對故障和信號出錯的鑒別及處理功能，所有I/O卡件還具備對現場開路及短路等故障的鑒別及處理功能，每種類型卡件均能在線熱插拔和更換，I/O通道和P+F隔離珊與現場的信號隔離相連。其冗余結構如下圖：
W505控制器：選用杭州汽輪機廠提供的伍德瓦特505E型控制器，分冷啟動和熱機啟動兩種SEQUENCE啟動程序，第一階段從零轉速上升到暖機轉速，每秒1%的閥位開度升速，暖機1刻種，第二階段IDEL1從暖機轉速上升到3000r/min，升速率10r/s,暖機1刻種，第三階段IDEL2從3000r/min上升到7810r/min,升速率10r/s，其中轉速從5500r/min 到 6000r/min過程中以50r/s穿過極限轉速，最后達到可調轉速，和ESD實現遠傳控制壓縮機的轉速及聯鎖保護，額定轉速為10413 r/min。
2．2控制系統功能：
邏輯控制功能主要完成加氫裝置的開停車聯鎖及機組部份的聯鎖與控制，具有高可靠性的實時故障診斷控制系統和完整的過程控制聯鎖功能。采用故障限制原則，使系統采用有效的安全措施將系統硬軟件的故障對系統造成的影響限制在最小范圍內。該裝置組態包括：裝置聯鎖部分、新氫往復壓縮機部分、循環氫蒸汽透平離心壓縮機部分。
循環氫壓縮機控制包括主副油泵的自啟動切換，潤滑油溫度控制，軸溫度、軸震動和軸位移雙重冗余保護，干氣密封聯鎖，轉速調節，凝汽器水位調節以及啟動聯鎖條件等；并設有手動操作臺裝有該機組復位、投自動、急停按鈕、運行指示和聯鎖聲光報警等；潤滑油總管壓力采用三取二邏輯聯鎖，壓縮機入口壓力采用1oo2D聯鎖。其部分邏輯功能塊如下：
往復壓縮機和進料泵以及高壓注水泵主要有油泵控制和軸溫度保護控制及聯鎖，部分軸溫度保護通過雙支熱電阻冗余到現場。
2．3防喘振控制特點：
壓縮機都是設計在遠離喘振狀態下工作的。不過，操作中以外的變化會使壓縮機在運行過程中吸入流量減少到一定值時，出現一種不穩定的工作現象，其吸入流量和出口壓力會周期低頻率大幅度的波動，并引起設備的強烈震動，這種現象被稱為壓縮機的喘振。每臺離心式或軸流式壓縮機都有一個最大壓頭和最小流量的極限，超過這個極限，壓縮機將會發生喘震。
壓縮機喘振控制在工藝操作過程視為次要的，但作為壓縮機的保護裝置則是主要的，防止這種有害現象發生是壓縮機控制系統最重要的任務之一。為避免喘振，必須改變操作，或者降低出口流體的阻力，或者增加壓縮機的流量。但喘振往往產生得非常快,因此必須應用專門的控制技術及時開啟喘振閥,來防止喘振發生。
要想防止壓縮機喘振的發生，就要知道壓縮機運行時它的喘振點在哪里，才能確定一個合適的喘振控制裕度，再根據喘振發生的特點通過一些特定的控制來控制防喘振的發生，保護機組安全穩定地運行。一般離心式壓縮機喘振控制系統的基本原理圖見圖3，采用Pd/Ps和C•h/Ps做喘振線，其基本形狀為拋物線，而采用Pd/Ps和（C•h/Ps）2做圖時得到的喘振線則在工作點附近基本呈直線形狀。
由廠家提供的壓縮機預期性能圖和數據表得出壓縮機正常工況下的喘振線如上右圖4，通過氣體狀態方程將絕對狀況曲線轉化為實際狀況曲線。P1 V1/ T1=P2 V2/ T2
由流量與差壓的關系：Q2=C△h/ρ, ρ= PsM/ZRTi
該機組喘震線方程為：Pd/Ps=a+b*△h/Ps
式中：Pd——出口壓力，Kpa；Ps——入口壓力，Kpa；C——常數（由孔板尺寸決定），m2；△h——孔板差壓（與流量的關系式為Q2=h），Kpa; Ti——入口溫度；Z為壓縮因數，R為氣體常數，M為分子量；ρ——密度；a、b為喘振線系數，由機組特性決定。
通過廠家提供的壓縮機預期性能圖和數據表確定a,b 的值，得到壓縮機喘振曲線，然后向右移動10%的余量，即為壓縮機的防喘振設定曲線，構成PID壓縮機防喘振調節回路。我廠在實際的調試中以5%的余量設為緊急開啟線，然后通過3次1%的余量調整的逐步逼近，最后得到近似的實際喘振線。該喘振調節系統最主要的目的是有效地調節壓縮機的流量已滿足各種工藝過程的操作要求；其次，在各種正常和非正常的工藝條件下保護壓縮機也是十分重要的。
2．4過程控制及SOE功能：
系統帶有SOE功能，I/O卡件給CCM+控制器提供事件順序能力，在每次掃描期間，控制器檢查所指定的被稱為事件的離散變量的狀態改變。當一個事件發生時，控制器將變量的當前狀態和時間協簽存儲在緩沖區內，以便組態提取事件順序。SOE的識別時間間隔為≤1ms，SOE的事件記錄存儲時間為不少于6個月，并可實時存貯在硬盤的歷史中，并可通過打印機打印出來。
2．5 MODUBUS通訊功能：
CCM+控制器與DCS通過RS－232/485接口與DCS系統進行通訊，通過系統組態，將部分有用的數據實時傳遞給DCS，方便車間操作人員通過DCS監視大型機組的運行狀況。
2．5 機組診斷：
分析壓縮機機組故障診斷的特點，對壓縮機機組引入模糊集合概念和模糊控制思想，通過維修專家的頭腦中構成的故障現象模型，進行實際比較和綜合運行情況的評定，建立壓縮機機組故障診斷模型，應用于實際的機組控制系統的診斷過程，能有效的減少人為因素的主觀影響，使得故障診斷準確、快速。
通過對壓縮機機組故障診斷的分解情況，應用模糊數學的基本原理，選定典型故障原因及故障現象，確定為論域。然后分析故障與原因之間的多種對應關系，確定各種現象與原因之間的權系數，確定模糊關系矩陣。再通過系統的組態，使壓縮機的診斷系統模塊融入到機組保護系統中間，確保大型機組安全、穩定的運行。
3．總結:
通過對壓縮機機組的控制系統的組態和調試，以最佳控制方案，使壓縮機機組在非滿負荷的工況下，效率最高，操作范圍寬，設備安全，具有足夠的靈活性和可靠的防喘振保護系統。然后通過熟悉掌握工藝過程和壓縮機的操作性能，對壓縮機機組故障進行分析和研究，確定壓縮機機組診斷系統，從而使壓縮機控制系統達到最佳化和最優化。
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