T6300壓縮機控制系統在催化裂化裝置中的應用(下)

伍 凌 蔣 躍 郭君峰

(1.浙江水利水電學院，杭州 310018；2.浙江中控技術股份有限公司，杭州 310053)

3.1.4主風機防喘振控制

利用ICS T6300系統專用的防喘振擴展函數塊實現軸流式主風機(簡稱主風機)的防喘振控制，主風機防喘振控制回路如圖12所示。

圖12 主風機防喘振控制回路界面

主風機防喘振與氣壓機防喘振控制有本質區別，主風機防喘振是壓力防喘振保護，即保證出口壓力不在喘振區(圖13)。

3.1.4.1主風機防喘振擴展函數及功能塊說明

利用ICS T6300系統防喘振擴展函數，實現主風機防喘振控制。下面以主風機防喘振控制為例進行說明。

當主風機需要手動調節而又要杜絕喘振現象發生時，建議選用半自動(部分自動)操作方式，其優點是不僅具有手動控制的功能，而且進入防喘振線區具有喘振優先功能。①

防喘振調節器，初次使用默認比例度為100，積分時間默認為30次/s，用戶可以根據需要在HMI畫面上修改比例度和積分時間，當前操作點不小于防喘振下移線時(操作點工作在防喘振下移線的上側)，強制增大放大倍數，比例度強制為30以加強比例帶作用。比例項在防喘振控制線上側的某一設定區域內開始打開防喘振閥，當操作點到達喘振線時完全打開防喘振閥。同時逆流信號開始判斷，如果逆流就安全運行，持續逆流就啟動聯鎖邏輯。

主風機防喘振擴展函數功能塊的作用分述如下：

a. Ptcomp功能塊，實現喉部差壓、溫度和壓力的補償，主風機防喘振流量、溫度和壓力補償操作點的單位為kPa，主要參數有喉部壓差、入口壓力/設計壓力和入口溫度/設計溫度，用于主風機防喘振的操作點；

b. margin功能塊，進行喘振裕度調節，主要參數有基本裕度/總裕度、喘振標記/復位、喘振計數、喘振下移點、Y軸喘振點及其工作點；

c. table5功能塊，設置喘振線和喘振點，是分別由X、Y軸6個點形成的五段折線喘振線；

d. tmcpid功能塊，進行PID調節，即主風機防喘振的PID控制；

e. moderead功能塊，設置操作模式。

需要說明的是，主風機防喘振PID控制模式，分為手動/自動/半自動3種模式。模式置0為純手動，此時不受測量和給定影響，為純手動輸出到調節閥，操作員可以在上位HMI 畫面上手動輸出調節閥輸出值；模式置1為自動，自動進行防喘振控制，PID控制自動進行；模式置2為半自動，防喘振控制可以相當于手動控制，但進入喘振區后喘振控制優先，即防喘振工作點進入防喘振區域時，雖然是手動輸出但還是優先防喘振自動控制，保證防喘振工作點不進入喘振區。

3.1.4.2主風機防喘振控制

首先進行防喘振線比例度加強，當前操作點遠離防喘振線時，比例度默認為100，保證入口壓力波動不影響防喘振輸出；當前操作點不小于防喘振下移線時，強制增大放大倍數，比例度強制為30。

其次進行PID控制參數的調節，作用方式為正作用；設置控制器快開/慢關速率，即快開2 000則慢關為800；獨立的比例項可以強制防喘振閥打開，其作用與常規PI調節器之間相互獨立，比例項在防喘振控制線上側的某一設定區域內開始打開防喘振閥，當操作點到達喘振線時完全打開防喘振閥，同時逆流信號開始判斷，如果逆流就安全運行，持續逆流就觸發聯鎖邏輯。

積分時間設置初值默認為30次/s，可以在HMI畫面上進行修改；微分時間設置為0s。

手動/自動/半自動的無擾動切換方案如下：

0=手動 純手動

1=自動 純自動

2=半自動 有手動功能，但喘振優先

半自動模式防喘振保護功能，相當于手動輸出，但進入喘振區喘振控制優先；手動輸出跟蹤PID輸出。

防喘振閥調節：防喘振輸出0%～100%分程放大，0%～50%放大到0%～100%，50%～100%放大到0%～100%。

防喘振閥A輸出(大閥)：50%～100%放大到0%～100%，喘振閥大閥分程放大輸出，快開(快開速率2 000)/慢關(慢關速率800)速率。

防喘振閥B輸出(小閥)：0%～50%放大到0%～100%，喘振閥小閥分程放大輸出，快開(快開速率2 000)/慢關(慢關速率800)速率。

此處，主風機潤滑油壓調節控制略去，不作介紹。

3.2 氣壓機機組控制方案

3.2.1汽輪機轉速控制

本項目的汽輪機轉速控制為505系統，正常生產時需將轉速給定切換到遠程MCS給定控制，如圖14所示。

圖14 505調速-給定(505/MCS)和控制 (505/MCS)切換

汽輪機轉速給定切換條件為：

a. 505系統轉速給定與MCS轉速給定切換，輔助操作臺上按鈕(拔出)置1，置1為MCS給定，置0則為505給定；

b. 遠程轉速給定已投用置1，由505系統來。上述兩個條件均置1，左面顯示MCS給定，只有上述有一個條件置0;左面顯示505給定，轉速范圍0～12kr/min，最終給定顯示值在“MCS給定”顯示框中，MCS轉速給定輸出到505系統轉速給定，給定范圍6 808～10 211r/min。

汽輪機控制切換：MCS控制與505控制顯示，選擇現場MCS控制與505控制開關(置1為MCS控制，置0為505控制)，如果置1轉到MCS控制，此時上位顯示MCS控制。當轉到MCS給定時，必須控制現場開關置1并且505到MCS給定同時置1，否則為505給定。由505控制時，MCS給定值自動跟蹤505轉速信號，MCS切換到505控制時也能自動跟蹤MCS，保證了無擾動切換。需要注意的是：

a. MCS輸出到505轉速給定值，量程范圍為6 808～10 211r/min；

b. 505轉速信號測量值的量程范圍為0～12kr/min；

c. MCS給定值的輸入范圍6 808～10 211r/min，也可以按右面的按鈕增加或減小給定值，此時沒有范圍的限制。

氣液分離器的液位調節此處略去，不作介紹。

3.2.2分餾塔壓力與氣壓機防喘振輸出高選

利用ICS T6300系統專用的防喘振擴展函數模塊來完成富氣壓縮機(簡稱氣壓機)的防喘振控制。氣壓機防喘振控制回路如圖15所示。

圖15 分餾塔壓力與氣壓機防喘振輸出 高選控制回路界面

氣壓機防喘振與主風機防喘振控制有本質區別，主風機防喘振是流量防喘振保護，保證入口流量不在喘振區(圖16)。

圖16 主風機防喘振控制界面

3.2.2.1氣壓機防喘振擴展函數及其功能塊說明

利用ICS T6300系統防喘振擴展函數實現氣壓機防喘振控制。下面以氣壓機防喘振控制為例進行說明。

當氣壓機需要進行手動調節，又要杜絕喘振現象發生時，建議選用半自動(部分自動)操作方式，不但實現了手動控制功能，而且進入防喘振線區后具有喘振優先功能。

初次使用防喘振調節器時默認比例度為200，積分時間默認為30次/s，用戶可以根據需要修改比例度和積分時間。

氣壓機防喘振擴展函數的各功能塊的功能如下：

a. opcalc功能塊，設置流量和溫度/壓力補償的操作點。氣壓機壓縮機防喘振操作點(X軸)的主要參數有入口流量、入口孔板壓力/設計壓力和入口孔板溫度/設計溫度。

b. margin功能塊，喘振裕度的設置，主要參數有基本裕度/總裕度、喘振標記/復位、喘振計數、喘振下移點，X(Y)軸喘振點和工作點。

c. table5功能塊，形成喘振線和喘振點，即分別由X/Y軸6個點形成的五段折線喘振線。

d. tmcpid功能塊的功能是實現PID調節，即主風機防喘振PID控制。

e. moderead功能塊用于設置操作模式。

主風機防喘振PID控制模式，分為手動/自動/半自動3種模式：模式置0為純手動，不受測量和給定的影響，為純手動輸出到調節閥，可以由操作員在上位HMI畫面上的手動輸出按鈕上設置調節閥輸出值；模式置1為自動，自動進行防喘振控制，PID控制自動進行；模式置2為半自動，防喘振控制可以相當于手動控制，但喘振控制優先，即防喘振工作點進入防喘振區域時，雖然手動輸出，但還是優先防喘振自動控制，以保證防喘振工作點不進入喘振區。

3.2.2.2氣壓機防喘振控制

應用防喘振PID控制功能塊時，如果前操作點遠離防喘振線，則比例度默認為200，保證入口流量波動不影響防喘振輸出；當前操作點不大于防喘振下移線時，強制增大放大倍數，比例度強制為50。

PID控制參數的作用方式為反作用；設置控制器快開/慢關功能，快開為1 000，慢關為200。

獨立的比例項可強制防喘振閥打開，其作用與常規PI調節器之間相互獨立。比例度設置初值默認200，可以在HMI畫面上修改比例度，當前操作點不大于防喘振下移線時(操作點工作在防喘振下移線的左側)，強制增大放大倍數，比例度強制為50以加強比例帶作用。比例項在防喘振控制線(下移線)左側的某一設定區域內開始打開防喘振閥，當操作點到達喘振線時完全打開防喘振閥。

積分時間設置初值默認為30次/s，可以在HMI畫面上進行修改；微分時間設置為0s。

手動/自動/半自動的無擾動切換：

0=手動 純手動

1=自動 純自動

2=半自動 有手動功能但喘振優先

半自動模式防喘振保護功能相當于手動輸出，但進入喘振區喘振控制優先；手動輸出跟蹤PID輸出。

防喘振閥的調節：本地/遠程控制選擇半自動時，本地(MCS)/遠程(DCS)選擇控制，本地置0，遠程置1。

分餾塔的壓力控制此處略去，不作介紹。

防喘振輸出與分餾塔壓力調節輸出高選，操作方法有兩種：

a. 本項目設計要求分餾塔壓力要與防喘振閥輸出進行高選邏輯控制，為此，正常防喘振設置為半自動位置，并且運行正常時，防喘振閥輸出為0全關，一般不會選中，具有節能措施，當進入喘振區時，自動調節打開防喘振閥；用分餾塔壓力調節，調節分餾塔壓力，并與防喘振控制輸出高選共享一個防喘振閥控制，保證分餾塔壓力，進入喘振區防喘振起作用。

b. 分餾塔壓力調節，正常時作為壓力保護，設定好分餾塔壓力保護值，使得分餾塔壓力調節輸出為0，保證正常生產時，不被選中，分餾塔壓力過高時起作用；正常防喘振設置為半自動位置，喘振優先，然后進行防喘振控制“本地”與“遠程”選擇。

需要注意的是，要求在選擇切換時，一定要注意“部分自動遠程控制”中的輸出值，務必要與防喘振控制的輸出值一致，保證切換輸出值不變。

氣壓機防喘振調節器輸出與分餾塔頂壓力調節輸出進行高選輸出，經快開(快開速率1 000)/慢關(慢關速率200)速率。

當進入喘振時，就會產生喘振標志燈紅色閃爍，并且喘振累計數加1，總裕度增加2%(量程600)，此時防喘振線下移2%，形成第三條粉色線即喘振下移線。

如果按“喘振復位”按鈕，下移線復位，喘振標志正常(常綠)，喘振裕度恢復正常，喘振累計數不變。按“防喘振控制FIC-1501”會彈出防喘振調節器界面。

氣壓機潤滑油壓力調節此處略去，不作介紹。

3.3 裝置和機組聯鎖邏輯特殊說明

除了常規的裝置和機組邏輯外，對以下幾個特殊邏輯進行說明。

對于裝置和機組聯鎖邏輯條件不能滿足的信號，進行特殊處理。例如：機組聯鎖邏輯中電機聯鎖狀態，停車時信號觸點為斷開(NO)，運行時觸點閉合(NC)，為了能使電機停機時機組聯鎖邏輯能聯鎖復位(滿足條件)，就需要做特殊處理，使得電機停機觸點斷開1s后觸點閉合，保證機組聯鎖邏輯可以滿足條件(聯鎖復位)。

軸流風機逆流保護邏輯(圖17)。軸流風機逆流保護邏輯分為逆流(安全運行)和持續逆流(緊急停機)，逆流可以使得安全運行邏輯動作，持續逆流可以使得聯鎖邏輯動作，逆流保護邏輯功能動作，需要轉速限制，當三機組轉速不小于正常轉速的98%(6 128.92r/min)時，逆流保護功能起作用；但二機組運行(電機+軸流式風機)時，沒有轉速信號(轉速安裝在煙機上)。為此，增加一個二機組和三機組選擇按鈕(置0為二機組，置1為三機組)，利用電機合閘信號，當二機組運行時，只要電機合閘信號置1(在60s內)正常。

逆流條件(安全運行)：如果喉部差壓還是低于1.2kPa置1或主風機喘振標志置1延時1s，并且再延時3s還低或有喘振標志時，主風機安全運行置1，安全運行聯鎖動作。并且在20s內有兩次置1則安全運行置1。持續逆流條件(緊急停機)：如果喉部差壓還是低于1.2kPa置1或主風機喘振標志置1延時1s，并且再延時3s還低或有喘振標志時，主風機安全運行置1，并且延時3s還低或有喘振標志時(安全運行)，再延時5s還低，則三機組聯鎖停機。

圖17 逆流保護邏輯界面

增加主風機總出口電動閥關聯鎖復位條件，保證聯鎖復位后單向阻尼閥電磁閥帶電(強制關，隨動開)，但主風機總出口電動閥關(增壓機出口閥同樣增加一個回訊)。

4 結束語

ICS T6300壓縮機控制系統在濱化催化裂化裝置機組綜合控制系統(包括機組的組成、系統硬件、通信和主要控制方案)中的實際應用實例，證實該系統可以較好地完成各種控制功能和聯鎖功能。ICS T6300三重化冗余安全控制系統克服了傳統分散控制系統的缺點，把機組的各個控制部分(調速、防喘振控制、事件順序記錄、故障診斷及機組的緊急停車聯鎖等)完美地結合在一起，集成為一套壓縮機控制系統，實現了機組綜合控制功能。該系統組態簡單方便，安全可靠，維護方便，在石油化工生產過程中發揮了重要作用。