Tricon系統在催化富氣壓縮機性能控制中的應用與改進

任海杰（山東京博石油化工有限公司，山東 濱州 256500）

Tricon系統在催化富氣壓縮機性能控制中的應用與改進

任海杰
（山東京博石油化工有限公司，山東 濱州 256500）

隨著人類社會的快速發展，工業技術水平的不斷提高，使人類逐漸的認識到科學、合理的利用資源已經成為當代社會發展的主要方向，對于石油化工企業需要解決的主要問題就是節能減排、提高生產效率、安全生產。下面介紹Tricon系統在催化富氣壓縮機防喘振控制及分餾塔頂壓力控制中的應用與改進。

富氣壓縮機；防喘振；Tricon

1 引言

催化裝置富氣壓縮機的控制為汽輪機拖動，為了節約蒸汽同時達到平穩操作的目的，在原有基礎上進行改進，通過優化防喘振及分餾塔頂壓力控制來優化性能控制。

2 壓縮機的防喘振功能實現

2.1 防喘振擴展函數及功能塊說明

我們利用TRICON防喘振擴展函數功能模塊來完成壓縮機的防喘振控制。

防喘振擴展函數的各功能塊作用如下：

喘振線功能塊為（Surge_Line）SRG_LINE

喘振監測功能塊為（Surge_Detect_02）Recal02

喘振調節功能塊為（Surge_Control_02）SP_Hover02

我們使用的是壓比rPRATIO1A對流量百分比rHX1A（Pd/Ps對h/ Ps）的算法。

在完全手動狀態下gMANUAL1A置1，輸出閥位由操作員在HMI“手動輸出”上給出，當在部分手動狀態下，手動控制值與喘振控制輸出值選高值。

防喘振程序采用的是壓比rPRATIO1A對流量百分比rHX1A（Pd/Ps對h/ Ps）的算法。

2.1.1 計算工作點

把現場流量變送器FT_601送來的標況狀態下測的的流量、溫度aTI_611、入口壓力aPT_601換算成設計溫度40℃，設計壓力0.1428MPa時，對應的質量流量為rFT_601comp，然后再把rFT_601comp換算成百分比r1HX，即工作點。

2.1.2 計算喘振點

利用SRG_LINE計算出在固定喘振線下的對應不同出入口壓比r1PRAT下的喘振點。

喘振線的計算如下：

把表1計算所得的橫、縱坐標值輸入給SRG_LINE對應的管腳。即得到對應的喘振線。

表1

圖1 防喘振控制操作畫面

2.1.3 計算防喘振線和喘振下移線

首先，利用功能塊SAFETY_MAR計算出固定裕度r1SAFETY_OP=7%，然后利用Recal02計算出每發生一次喘振防喘振線下移的裕度r1RECAL_1，本喘振設置為每喘振一次下移2%的裕度，最大調整裕度為32%。把計算所得的固定裕度與調整裕度相加得到整個安全裕度r1TOT_SAFETY=r1SAFETY_ OP+r1RECAL_1。最后利用Cntline把喘振線線性平移對應的安全裕度。即得對應的防喘振線和喘振下移線。

2.1.4 計算防喘振PID的輸出值

首先，計算PID 的SP 值，它是利用SP_Hover02 計算出SP 值，r1SRG_ SP=r1MAR-r1TOT_SAFETY-k1HOVER。其中k1HOVER=5%為設定點與工作點的盤旋距離，盤旋移動增量為1%。然后，利用ADPTV_TUN03產生PID設定的GAIN 和RESET值。ADPTV_TUN03的基本工作原理是在r1SRG_SP左右設置6%的裕度，當r1MAR ＜r1SRG_SP-6時，GAIN將線性增加，最大增加到20.0；RESET將線性增加，最大增加到500.0，當r1MAR ＜r1SRG_SP+6時，GAIN將線性減小直至-20.0；RESET將線性減小，最大減小到-500.0，最后利用PID_SRG03輸出PID的值r1SRG_CON。

2.1.5 計算防喘振比例項的輸出值

當工作點突然減小到了整個安全裕度內的70%時，此比例作用才有效。Srg_Ovrd03是利用r1MAR＜r1TOT_ SAFETY*70%時，r1SRG_OVRD將由0%開到100%的閥位輸出。

2.1.6 計算防喘振閥的輸出值

它是利用Valve_Sel06功能塊實現最終的閥位輸出的。它的輸出是選擇r1SRG_CON、r1SRG_OVRD、e1MAN_ DMD三個中的最大值輸出到閥。此功能塊定義了三種工作模式：

（1）全自動g1AUTO=1；g1MANUAL=0；（2）半自動g1AUTO=0；g1MANUAL=0；（3）全手動g1MANUAL=1；在全自動時輸出是選擇r1SRG_CON和r1SRG_OVRD、的最大值。

在半自動時是選擇r1SRG_CON、r1SRG_OVRD、和e1MAN_DMD的最大值輸出去的。在全手動時是全部由e1MAN_ DMD輸出到閥位的。

2.2 防喘振控制操作畫面

圖1中 1 部分為：為喘振控制圖。紅色線是喘振線，綠色是喘振下移線，黃色是防喘振線。

圖中 2 部分為：防喘振控制操作如下圖。控制方式選擇，設有自動，半自動，手動三種控制方式。

手動方式：輸出閥位由操作員在HMI“手動輸出”上給出，或由、按鈕給出。

圖2 防喘振調試畫面

圖4 性能控制效果圖

自動方式：輸出完全由防喘振程序決定。

半自動方式：輸出是手動控制值與喘振控制輸出值選高值。

圖中 3 部分為：防喘振控制喉部差壓、出口壓力、入口溫度、輸出閥位的實時趨勢圖。

圖中 4 部分為：防喘振控制參數的實際值，主風機入口溫度TI40111，主風機喉部差壓PDI40102A、PDI40102B、PDI40102C，主風機出口壓力PI40107，主風機入口壓力PI40109及防喘振閥FV40102A、FV40102B輸出閥位的數值顯示。

喘振線下移數：當前喘振下移線下移的裕度。

喘振累積數：從喘振投用到現在的所發生喘振的次數。

喘振數：上次點擊了喘振復位按鈕到現在所發生的喘振數。

圖中 5 部分為：防喘振控制的喘振點和實際工作點及控制點的實際坐標值。

畫面如圖1所示。

特別說明：當發生喘振時，工作點越過喘振線，同時出現喘振下移線，喘振標志指示為紅色。

喘振下移線作為下次防喘振控制線，只有當點擊復位按鈕后，才可以把喘振下移線復位到初始的防喘振線。這要根據主風機當時的工作狀態。是否選用新的防喘振線，以至于早點開防喘振閥。靜態調試用來在主風機停機時，調試防喘振閥的。點擊此標志出現如下窗口：圖2防喘振調試畫面，這時點擊實驗按鈕開始調試，調試結束點擊取消，否則會帶來嚴重后果。

3 壓縮機轉速控制入口壓力與防喘振閥的解耦控制方案

3.1 降分餾塔頂壓力控制方案

3.1.1 首先判斷防喘振工作點是否在安全區域，如果在安全區域，則先關閉防喘振閥，當防喘振閥投用全自動時可以直接關到滿足入口壓力為止，如果關到一定值時已滿足入口壓力，并且工作點還遠離控制線，則開始以60RPM開始降速，此時回流閥仍然投在自動調節狀態，開始以PID慢慢關回流閥，直至回流閥不能再關，或者轉速降至最低為止。

3.1.2 首先判斷防喘振工作點是否在安全區域，如果在安全區域，則先關閉防喘振閥，如果回流閥關到全部關閉值時，還沒有達到設定值，則開始升轉速，直至達到設定值為止。

3.1.3 首先判斷防喘振工作點是否在安全區域，如果在安全區域，則先關閉防喘振閥，如果回流閥在半自動狀態，則關到半自動狀態設定值時，還沒有達到設定值，則開始升轉速，直至達到設定值為止。

3.1.4 首先判斷防喘振工作點是否在安全區域，如果在安全區域，則先關閉防喘振閥，如果防喘振工作點已經進入離控制線1%范圍內時，還沒有達到設定值，則開始升轉速，如果升轉速時，工作點達到離控制線大于3%時，還沒達到設定值，此時停止升轉速，開始繼續關閉防喘振閥，當關閉防喘振閥時，工作點進入離控制線1%到3%之間時達到設定值則保持當前狀態，入口壓力調節防喘振閥，反之繼續循環前面的操作。直至達到設定值為止。

3.2 升分餾塔頂壓力控制方案

3.2.1 首先判斷防喘振工作點是否在安全區域，如果在安全區域，則先降低轉速，如果降到最低轉速時，還沒有達到設定壓力，則開始打開回流閥，直至達到設定壓力為止。

3.2.2 首先判斷防喘振工作點是否在安全區域，如果在安全區域，則先降低轉速，如果防喘振工作點已經進入離控制線1%范圍內時，停止降速，此時開始開回流閥，等到工作點到達離控制線大于3%安全區域時，再降低轉速，直至達到設定壓力為止。

3.3 分餾塔頂壓力三取二控制方案

原設計分餾塔頂壓力只有1個，故障率較高，改造后增加2個壓力變送器，通過三取二的方式提高運行的穩定性。主要控制方案：當3個壓力都正常時，取中值作為控制點；當有1個壓力失靈時，取正常2個中的高值作為控制點；當2個壓力失靈時，取正常的1個作為控制點；當3個壓力全部失靈時，取失靈瞬間的正常值作為控制點，邏輯圖如圖3所示。

3.4 具體效果圖（如圖4所示）。

4 改進后效果分析

4.1 降低勞動強度：投用性能控制，減少操作工頻繁操作，降低操作工勞動強度。

4.2 平穩操作：投用性能控制，富氣壓縮機操作更加平穩。

4.3蒸汽節能：每小時節約2.5T蒸汽，按照每噸蒸汽220元、每年運行300天計算，每年可以節約=220×300×24×2.5=396萬元。

4.4富氣節能：反飛動閥正常處于關閉狀態，特殊情況才打開，減少了回流量也是一種節能。

結語

TRICON控制系統自投用以來運行穩定，改進后的轉速控制和防喘振控制完全滿足工藝要求，降低了操作工的勞動強度，有力的保障了機組的長周期平穩運行。

[1]王福兵，袁培剛.TRICON控制系統在催化富氣壓縮機組中的應用[J].自動化與儀表， 2011， 26（04）：34-38.

TP273

A

任海杰（1984-），男，山東廣饒人，山東京博石油化工有限公司，儀表主任工程師，研究方向自動控制。