TS3000系統(tǒng)在CO2壓縮機(jī)組中的應(yīng)用

摘要：介紹了串聯(lián)工作的壓縮機(jī)組基于TRICON TS300的ITCC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，控制原理，為同類系統(tǒng)的改造提供了可借鑒的方法。

關(guān)鍵詞：TS300；防喘振控制；負(fù)荷分配控制

1 引言

TRICON TS3000系統(tǒng)將傳統(tǒng)上需要多個(gè)分立的功能集成在一套可靠性極高的三重模件冗余容錯(cuò)控制系統(tǒng)中完成；可實(shí)現(xiàn)速度控制、抽汽控制、壓縮機(jī)防喘振控制、開停車順序控制、安全聯(lián)鎖保護(hù)、性能控制（負(fù)荷分配）以及解耦控制等。

2 項(xiàng)目現(xiàn)狀

化肥廠尿素裝置現(xiàn)有一臺(tái)CO2增壓機(jī)K103和一臺(tái)CO2壓縮機(jī)3102J串聯(lián)工作。增壓機(jī)K103安全聯(lián)鎖由一套GE PLC完成，防喘振和性能控制由一套3C+系統(tǒng)完成。壓縮機(jī)3102J防喘振和電子調(diào)速功能由另一套3C+系統(tǒng)完成，聯(lián)鎖保護(hù)由一套ICS系統(tǒng)完成，機(jī)組35點(diǎn)溫度由增壓機(jī)K103 GE PLC系統(tǒng)監(jiān)視，機(jī)組主要工藝參數(shù)和齒輪箱溫度等51點(diǎn)由另一套GE PLC監(jiān)視，串聯(lián)負(fù)荷分配控制通過2套3C+系統(tǒng)硬接線實(shí)現(xiàn)。兩臺(tái)機(jī)組的關(guān)鍵控制和聯(lián)鎖功能目前在三個(gè)不同的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，操作員要通過不同的操作站進(jìn)行操作，操作復(fù)雜。主要問題如下：

-GE FANUC PLC系統(tǒng)和3C+控制器不向用戶公開編程組態(tài)，即使用戶在實(shí)際操作中總結(jié)出一些操作特性和方式也不能自行進(jìn)行組態(tài)的更改和更新。

-GE 的PLC系統(tǒng)屬于通用型PLC，可靠性遠(yuǎn)不及安全型PLC，在使用一段時(shí)間后容易出現(xiàn)各類故障，嚴(yán)重的造成系統(tǒng)非計(jì)劃停車。

-機(jī)組監(jiān)控共由4套獨(dú)立系統(tǒng)完成，造成問題查找、維護(hù)困難，同時(shí)隱患點(diǎn)增加。

3 改造方案

拆除原有4套系統(tǒng)，采用一套TS3000系統(tǒng)完成對(duì)增壓機(jī)K103和壓縮機(jī)3102J的電子調(diào)速、防喘振控制、ESD功能及監(jiān)控。根據(jù)現(xiàn)有操作要求和經(jīng)驗(yàn)，重新對(duì)工藝控制和防喘振控制及其相關(guān)回路的協(xié)調(diào)控制進(jìn)行重新組態(tài)。保持和完善現(xiàn)有控制系統(tǒng)的控制方案所列的全部控制功能。特別是防喘振控制之間的協(xié)調(diào)控制，壓力超馳控制。以下為重要控制回路功能及實(shí)施方案：

3.1 防喘振控制

TRICON 防喘控制器工作時(shí)，采用以下現(xiàn)場(chǎng)儀表回路：

詳細(xì)的工作原理如下圖：

TRICON 防喘控制器工作原理方框圖

3.1.1 增壓機(jī)K103防喘振控制

根據(jù)壓縮機(jī)出口流量、入口壓力、出口壓力及入口和出口溫度，控制方法采用TRICON防喘振控制算法。性能曲線可以參考原SLL（喘振極限線）線。需要時(shí)在調(diào)試時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)喘振試驗(yàn)以驗(yàn)證性能曲線中喘振線的位置。防喘振控制輸出控制增壓機(jī)回流閥FV2327防止增壓機(jī)發(fā)生喘振。

增壓機(jī)防喘振控制原理圖

3.1.2 壓縮機(jī)3102J防喘振控制

根據(jù)壓縮機(jī)出口流量、入口壓力、出口壓力及入口和出口溫度，控制方法采用TRICON防喘振控制算法。性能曲線可以參考原SLL（喘振極限線）線。需要時(shí)在調(diào)試時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)喘振試驗(yàn)以驗(yàn)證性能曲線中喘振線的位置。

高壓缸和低壓缸的防喘振UIC1和UIC2控制將采取高限選擇，即哪一段先趨于喘振，控制輸出FIC111將發(fā)出給那一段的防喘振控制閥FV111和PV111，消除喘振的威脅。FV111和PV111之間為分程控制方式，在進(jìn)行防喘振保護(hù)時(shí)，PV111先會(huì)被打開，全開后FV111會(huì)開始打開保護(hù)機(jī)組。兩閥在系統(tǒng)高負(fù)荷時(shí)會(huì)全部關(guān)閉，之后PV111的作用是防喘振和出口壓力超馳控制。

3102J防喘振控制原理圖

3.2 負(fù)荷分配控制

由于增壓機(jī)K103和壓縮機(jī)3102J是兩臺(tái)不同類型的機(jī)組（增壓機(jī)K103為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，壓縮機(jī) 3102J為汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)），采用不同的方式控制機(jī)組的負(fù)荷（增壓機(jī)K103采用入口導(dǎo)葉控制，壓縮機(jī)3102J為汽輪機(jī)變轉(zhuǎn)速控制），當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組串聯(lián)運(yùn)行時(shí)，流經(jīng)兩臺(tái)機(jī)組的質(zhì)量流量是相同的，所以負(fù)荷分配的控制調(diào)節(jié)手段僅限于優(yōu)化分配每臺(tái)機(jī)組的壓縮比，使兩臺(tái)機(jī)組都在效率最佳的方式下運(yùn)行，防止在運(yùn)行時(shí)發(fā)生一臺(tái)機(jī)組負(fù)荷高而另一臺(tái)機(jī)組有回流的情況發(fā)生。

增壓機(jī)K103和壓縮機(jī)3102J機(jī)組負(fù)荷分配控制方案：主負(fù)荷分配控制功能塊（MPIC101）根據(jù)每臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)與其喘振控制線的相對(duì)距離及其它限制條件，在高于限制條件時(shí)通過打開FV2327和PV111的方式降低增壓機(jī)K103和壓縮機(jī)3102J的出口壓力以避免壓力超限（壓力超馳控制POC）。MPIC101的控制功能在低負(fù)荷時(shí)是控制3102J的出口壓力以保證后系統(tǒng)的壓力需求。當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組的防喘振閥（FV2327和FV111/PV111）均關(guān)閉后可以通過控制增壓機(jī)K103入口流量的方式保證上游裝置產(chǎn)出的CO2根據(jù)需要進(jìn)入壓縮機(jī)組。

4 結(jié)束語

通過本次改造，將原有3種平臺(tái)上的四套獨(dú)立的系統(tǒng)集成在TS3000控制系統(tǒng)中完成，減少了各個(gè)系統(tǒng)間的連接和故障率，提高了故障分析和處理水平，降低了長(zhǎng)周期運(yùn)行成本，并給操作人員提供了良好的監(jiān)控界面。

參考文獻(xiàn)

[1]陸德民.石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）[M].化學(xué)工業(yè)出版社.

[1]王樹清，等.工業(yè)過程控制工程[M].化學(xué)工業(yè)出版社.

[3]TRICON關(guān)鍵控制和安全系統(tǒng)（第10）版.

作者簡(jiǎn)介：魏茂飛（1983-），男，山東省莒南縣人，2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）自動(dòng)化專業(yè)，工作于中國(guó)昆侖工程公司大慶石化分公司，從事自控儀表設(shè)計(jì)。