烯烴分離反應(yīng)氣壓縮機(jī)防喘振系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于宏福(吉林省松原石油化工股份有限公司,吉林　松原　138000)

烯烴分離反應(yīng)氣壓縮機(jī)防喘振系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于宏福(吉林省松原石油化工股份有限公司,吉林松原138000)

反應(yīng)氣壓縮機(jī)是甲醇制烯烴分離單元中的重要設(shè)備之一，其能夠顯著提升氣體壓力，從而為后續(xù)分離工藝提供基礎(chǔ)。然而壓縮機(jī)在正常運(yùn)行過程中，其也經(jīng)常受到喘振的危害。因此，為確保壓縮機(jī)能夠安全可靠的運(yùn)行，文章重點(diǎn)就壓縮機(jī)的防喘振系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開探討。

烯烴分離；壓縮機(jī)；防喘振系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1　壓縮機(jī)喘振的危害

壓縮機(jī)一旦出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，將會(huì)嚴(yán)重危害到壓縮機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。第一，壓縮機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子應(yīng)受到了交變應(yīng)力的影響，將會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象；第二，壓縮機(jī)的級(jí)間壓力出現(xiàn)失?，F(xiàn)象，并誘發(fā)出更為劇烈的振動(dòng)，進(jìn)而損壞推力軸承以及級(jí)間密封結(jié)構(gòu)；第三，喘振會(huì)引起主軸和葉輪將更大的溫差現(xiàn)象，進(jìn)而破壞到葉輪的過盈量，最終導(dǎo)致葉輪出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。第四，喘振還應(yīng)該誘發(fā)定子和轉(zhuǎn)子出現(xiàn)相互碰撞現(xiàn)象，進(jìn)而破壞到壓縮機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重情況下還可能誘發(fā)安全事故。

2　反應(yīng)氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的基本需求

2.1反應(yīng)氣壓縮機(jī)

反應(yīng)氣壓壓縮機(jī)屬于四級(jí)離心式壓縮機(jī)，其主要由級(jí)間冷卻其、級(jí)間吸入罐和反應(yīng)氣壓縮機(jī)等部分構(gòu)成，其主要作用在于對反應(yīng)氣中的氣液成分進(jìn)行有效的分離。壓縮機(jī)總共有四級(jí)，其中在三級(jí)中都設(shè)置的有回流閥，其主要用于第一級(jí)后水洗塔到第一級(jí)吸入罐的回流，第三極出口到堿洗塔入口的回流以及第四級(jí)出口到高壓脫丙烷塔入口的回流。

2.2系統(tǒng)的控制需求

壓縮機(jī)的防喘振控制系統(tǒng)主要用于測量壓縮機(jī)的每一級(jí)溫度、壓力和速度等，實(shí)現(xiàn)對防喘振控制閥的開啟狀況和程度等進(jìn)行控制，同時(shí)檢查汽輪機(jī)以及壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，以便于確保壓縮機(jī)能夠安全可靠運(yùn)行。因此控制系統(tǒng)的基本需求如下：第一，控制系統(tǒng)的主要輸入輸出變量為數(shù)字量、模擬量和脈沖量等的輸入/輸出。第二，控制系統(tǒng)需要具備自我診斷、與DCS串行串行通信、80ms以下的系統(tǒng)執(zhí)行時(shí)間、Windows人機(jī)界面環(huán)境、時(shí)間順序記錄SOE、在線編程維護(hù)等。第三，壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的硬件則需要包括：I/O卡件和主處理器的三重化、配備操作站、系統(tǒng)I/O卡15%的備用量、1∶1冗余的電源模塊等。依據(jù)壓縮機(jī)的自身性能及控制系統(tǒng)的基本需求，可以選取透平壓縮機(jī)綜合控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的有效控制，并滿足日常維護(hù)的基本需求。

3　控制邏輯

3.1聯(lián)鎖邏輯

分離烯烴的時(shí)候，壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)直接會(huì)對整個(gè)系統(tǒng)裝置的運(yùn)行狀況產(chǎn)生直接的影響。所以需要采取一定的措施實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)的聯(lián)鎖保護(hù)。壓縮機(jī)在正常運(yùn)行的時(shí)候，其功能主要受到進(jìn)排氣壓力、軸承的溫度、軸位移和振動(dòng)狀況、潤滑油的總管壓力等因素的影響，因此一旦滿足了停機(jī)條件，聯(lián)鎖保護(hù)功能就會(huì)啟動(dòng)停機(jī)功能，同時(shí)觸發(fā)報(bào)警動(dòng)作，并直接在聯(lián)鎖控制板中直接顯示。

3.2防喘振控制邏輯

為有效實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的防喘振控制功能，可以借助防喘振控制器，并利用控制邏輯來得以實(shí)現(xiàn)。例如，在壓縮機(jī)的第二級(jí)防喘振控制之中，通過計(jì)算相應(yīng)的程序之后，能夠?qū)⒔Y(jié)果信號(hào)傳送至監(jiān)控DCS系統(tǒng)和人機(jī)界面中。一旦出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，則工作人員只需復(fù)位喘振計(jì)數(shù)。防喘振控制程序在收到信號(hào)之后，將會(huì)顯示喘振的計(jì)數(shù)值，同時(shí)給出喘振線和壓縮機(jī)工作點(diǎn)間的偏差。依據(jù)上述信息，工作人員就能夠有效解決壓縮機(jī)的喘振問題。

4　防喘振控制

4.1防喘振控制器

防喘振控制器包含了眾多的功能模塊，諸如喘振線、喘振檢測、安全裕度、喘振控制線、防喘振PID控制器、防喘振電磁閥控制等等。防喘振控制器利用上述功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)定懸停線值、喘振超馳、快開慢關(guān)等多種功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)防喘振控制器的各種有效功能，并顯著控制壓縮機(jī)運(yùn)行過程中的喘振現(xiàn)象。

4.2防喘振控制策略

防喘振控制系統(tǒng)對于壓縮機(jī)的控制主要采取三種控制策略，分別是喘振控制線控制策略、速率控制策略、開環(huán)階躍控制策略等。第一，喘振控制線控制策略。若壓縮機(jī)的工作點(diǎn)達(dá)到了喘振控制線，則喘振控制線將立即將防喘振控制閥的開度進(jìn)行改變，并發(fā)送出兩個(gè)解耦信號(hào)。一個(gè)解耦信號(hào)用于控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其立即增加；另一個(gè)解耦信號(hào)則直接發(fā)送到壓縮機(jī)組過程控制中，確保其立即停止對喘振控制線控制的干涉作用。第二，速率控制。該控制策略主要是基于特性曲線上，實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)工作點(diǎn)最大移動(dòng)速率的有效控制。若壓縮機(jī)的工作點(diǎn)和喘振控制線較為接近，則速率控制策略能夠快速降低工作點(diǎn)的移動(dòng)速度；若壓縮機(jī)的工作點(diǎn)已經(jīng)到達(dá)了喘振控制線，則速率控制策略能夠快速控制工作點(diǎn)的移動(dòng)速度為0。第三，開環(huán)階躍控制策略。若采取上述兩種控制策略依然無法實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)工作點(diǎn)的有效控制，且其依然位于喘振控制線的左側(cè)，并逐漸向喘振線移動(dòng)，則此時(shí)就可以開啟開環(huán)階躍控制功能。這種控制策略主要是促使防喘振控制閥迅速進(jìn)入一個(gè)較高的閥位狀態(tài)中，使得能夠快速提升壓縮機(jī)入口處的壓力和流量。在一定的調(diào)節(jié)時(shí)間之后，緩慢關(guān)閉防喘振控制閥，進(jìn)而確保壓縮機(jī)處于正常的運(yùn)行狀態(tài)中。

總之，喘振現(xiàn)象是壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中的最大宿敵。因此必須通過一定的控制策略來實(shí)現(xiàn)對其的有效控制，進(jìn)而確保壓縮機(jī)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。文章分析了里一共防喘振控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對喘振的有效控制，期望對于同行能夠有所裨益。

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