恩賈梅納煉油廠重油催化裂化裝置的ITCC&SIS系統

盧世軍 梁楚昕

(1.乍得恩賈梅納煉油廠儀修車間，乍得 恩賈梅納 999052；2.中國石油玉門油田煉化總廠儀表車間，甘肅 玉門 735200)

恩賈梅納煉油廠重油催化裂化裝置的ITCC&SIS系統

盧世軍1梁楚昕2

(1.乍得恩賈梅納煉油廠儀修車間，乍得 恩賈梅納 999052；2.中國石油玉門油田煉化總廠儀表車間，甘肅 玉門 735200)

乍得恩賈梅納煉油廠重油催化裂化裝置機組部分主要包括兩套主風機組和一套富氣壓縮機組。催化裝置的聯鎖邏輯和機組的監視、控制與保護功能均整合到了ITCC&SIS系統中，筆者對該系統硬件、軟件和所實現的功能進行了介紹。

ITCC&SIS系統 主風機組 富氣壓縮機組 本特利TS3000 調速控制 防喘振控制

恩賈梅納煉油廠重油催化裂化裝置主風機組為兩套凝汽式汽輪機驅動的離心式壓縮機組，操作參數相同，當裝置滿負荷時，兩套機組并聯運行，當任意一臺主風機組出現故障，停下進行維修時，另一臺可供裝置低負荷運行。富氣壓縮機組為一套背壓式汽輪機驅動的離心式壓縮機組。壓縮機與汽輪機采用聯合底座。壓縮機為沈陽鼓風機有限公司制造，汽輪機為杭州汽輪機股份有限公司制造，機組由沈陽鼓風機有限公司成套。壓縮機與汽輪機的每個徑向軸承和每個止推軸承主、副推力面內均埋有Pt100型熱電阻，以監測軸承溫度的變化。每個徑向軸承部位安裝有兩個測振探頭(互成90°角)以監測轉子振動變化情況，止推軸承側安裝有軸位移探頭以監測軸位移變化情況。

ITCC(Integrated Turbine & Compressor Control System)，即透平壓縮機組綜合控制系統，是集蒸汽透平的速度控制、壓縮機的防喘振控制、負荷控制、機組報警、聯鎖控制、SOE事件順序記錄、常規指示及故障診斷等功能為一體的集成綜合系統，主要用于大型透平壓縮機組的控制[1]。由于恩賈梅納煉油廠催化裝置的聯鎖與機組ITCC系統做到了一起，故統稱為ITCC&SIS系統。為了保障機組的安全運行，在ITCC&SIS系統中設置有以下控制保護和監測功能：防喘振控制保護；機組轉速調節控制；機組軸承溫度、軸位移、軸振動監測；潤滑油和調節油壓力調節控制；干氣密封(針對富氣壓縮機組)；機組緊急停機保護等。

1 系統的硬件組成

ITCC&SIS系統采用TRICONEX公司三重冗余容錯(TMR)結構的TS3000系統，共包含8個系統機柜，機柜編號分別為：202-ITCC&SIS-SYS-001～004、202-ITCC-SYS-005～008，同時還另有一個機柜用于安裝本特利3500軸系儀表監測系統，監測各機組的軸振動、位移等情況，機柜編號為202-BENTLY-SYS-001，表1為本特利3500系統的硬件配置。

表1 本特利3500系統的硬件配置

ITCC&SIS系統包含兩個部分：一是裝置聯鎖，二是主風機、氣壓機的機組聯鎖。其中，裝置聯鎖和氣壓機機組聯鎖做在了一個系統中，代號為H1178(機柜202-ITCC&SIS-SYS-001～004)，兩臺主風機組的聯鎖做在了另一系統中，代號為H1179(機柜202-ITCC-SYS-005～008)，兩個系統各配備一個輔操作臺。聯鎖邏輯選擇的是故障安全，簡而言之，就是在無信號或信號接線斷路的情況下都會引起相應的聯鎖。表2為系統的硬件配置。

表2 ITCC&SIS系統的硬件配置

主風機、氣壓機的軸振動、位移信號是通過Modbus通信從本特利3500機柜到各自控制器的，而轉速是通過硬接線進控制器轉速卡件(脈沖輸入PI卡件)，軸系聯鎖信號是由本特利3500發出通過硬接線接到主風機、氣壓機控制器的DI卡件的。

2 軟件介紹

ITCC&SIS系統的軟件主要包括上位軟件Intouch、下位軟件Tristation1131、事件順序記錄程序Triconex SOE Recorder、診斷程序和通信軟件DDE server等。

Intouch是Wonderware 公司開發的世界上第一個集成的、基于組件的MMI系統——Factory Suite 2000中的一個核心組件。它具有世界領先的HMI和面向對象的圖形開發環境，便于高效、快捷地配置用戶的應用程序。Intouch主要包括3部分：一是應用程序管理器，用于組織管理創建的程序，二是開發界面Windowmaker，三是運行窗口Windowviewer，用于顯示在Windowmaker 中創建的圖形窗口。Tristation1131是下位軟件，用它編寫的應用程序即Tricon控制器中運行的程序。SOE Recorder用于事件的順序記錄，用診斷軟件Triconex Diagnostic Monitor可以看到系統的硬件結構和系統運行狀態，DDE server用于上位程序與下位程序的鏈接。

3 裝置聯鎖

裝置聯鎖包括：切斷進料、切斷兩器、切斷主風。從這3部分的名稱不難看出它們的優先級別。切斷進料級別最低，切斷主風級別最高。切斷主風必然會切斷進料、切斷兩器，換言之，就是主風出問題聯鎖，裝置就整個被停下來。

引起切斷進料的聯鎖條件有5個，分別是提升管出口反應溫度TS-10301B、反應進料流量FT-10202、切斷進料硬手操、切斷兩器、切斷主風。

引起切斷兩器的聯鎖條件有3個，分別是兩器差壓PDT-10404、切斷兩器硬手操、切斷主風。

引起切斷主風的聯鎖條件有3個，分別是主風流量低(FT-40204B、FT-40204C、FT-40204D三選二)、主風機停(K-101A、K-101B停，由主風機保護系統提供)、切斷主風硬手操。

4 機組聯鎖(以主風機組K-101A為例)

4.1允許啟動邏輯

主風機組允許啟動條件為潤滑油冷卻器后溫度TT-40306不小于35.0℃；潤滑油總管壓力PT-40312不小于0.25MPa；汽輪機速關閥有全開回訊信號ZS40501；汽輪機速關閥無全關回訊信號ZS40502；防喘閥全開信號FZOS40201；盤車電機未運行(無運行信號)；無聯鎖標志(mK101_1TRIP=1)；單向阻尼閥無開回訊信號ZOS40201；單向阻尼閥有關回訊信號ZCS40201。

4.2聯鎖停車邏輯

主風機組聯鎖條件包括壓縮機軸溫(TT-40601、TT-40602、TT-40603、TT-40604、TT-40605、TT-40606、TT-40607、TT-40608)不小于115℃；壓縮機軸振(VSA-40601、VSA-40603)不小于89μm；壓縮機軸位移(XSA-40601)不小于0.7mm；輔操臺緊急停車按鈕SB1按下；汽輪機軸溫(TT-40651、TT-40652、TT-40653、TT-40654、TT-40655、TT-40656、TT-40657、TT-40658)不小于115℃；汽輪機排氣壓力(PISA-40401)不小于0.07MPa；汽輪機速關油壓力(PSA40502)不大于0.15MPa；汽輪機就地盤緊急停車按鈕PB4按下；汽輪機軸振(VSA-40651、VSA-40653)不小于75μm；汽輪機軸位移(XSA-40651)不小于0.8mm；汽輪機轉速(SISA40504、SISA40505、SISA40506)三選二不小于6 682r/min；汽輪機轉速控制r1SPDOUT(SV1742)大于40%且轉速r1SPEED小于500r/min；潤滑油總管壓力(PISA40312、PISA40313、PISA40314)三選二不大于0.1MPa。

5 調速控制

針對汽輪機的轉速控制，每套機組設置有6塊轉速表，其中一塊是現場就地表，其余5塊的信號進轉速卡件，其中的3個信號用于三取二聯鎖，另外兩個信號用于調速，在程序中做了高選，開始升速后，忽略小于200r/min的信號。

汽輪機升速過程的各個狀態如下：

模式0(停車模式)，當有聯鎖發生或模式2下突然不具備開車條件時，模式變0；

模式2(準備啟動模式)，模式0下機組具備開車條件，或停車時轉速降到暖機1+100r/min且計時滿2min的瞬間，模式變2；

模式3(暖機1)，模式2下按啟動按鈕(按鈕不保持)，模式變3；

模式4(暖機2)，模式3下熱啟自動轉速達到暖機1-100r/min滿2min，或者冷啟自動暖機時間到，或者手動升、降轉速達到暖機1-100r/min滿2min，模式變4；

模式5(升速模式)，模式4下，自動狀態或者手動升降轉速達到暖機2-100r/min，模式變5；

模式6(運行模式)，模式5下，轉速達到運行下限-100r/min，自動或者手動有升降命令時，按下確認按鈕(不保持)，模式變6；模式8下，退出超速的瞬間，模式變6；

模式7(正常停車)，模式6下，按停車按鈕(不保持)，模式變7；

模式8(超速試驗)，模式6下，按超速，模式變8。

根據汽輪機資料和升速曲線，在程序中設置了各模式下轉速的上下限、各倒計時的時間、各階段升速的速率，包括熱啟動，過臨界，冷啟暖機階段，升速前期，升速后期，運行摸式及停車模式等。調速方式主要分為手動與自動，手動又分為遠程和就地，就地指汽輪機現場盤，遠程指上位機。

自動啟動后，先升至暖機目標1，然后開始暖機倒計時1，時間到，繼續升速至暖機目標2，開始暖機倒計時2，時間到，升速至運行區，期間要通過臨界區。

手動啟動后，除臨界外，可以通過上位或就地命令進行升、降速。

升速過程模式3～6不可逆，進入下一模式后就不能退回前一模式。當汽輪機進入運行區后，又可由DCS給定轉速目標值。

6 防喘振控制

以富氣壓縮機為例，氣壓機的防喘振控制畫面坐標系是以pd/ps為縱坐標，h/ps(%)為橫坐標建立的，其中pd為壓縮機出口壓力，ps為壓縮機入口壓力，h為節流元件壓差。

6.1喘振線的生成

在建立喘振線之前，需要知道以下數據：壓縮機預期性能曲線、壓縮機數據表和節流元件計算書。壓縮機的預期性能曲線是以壓比pd/ps和進氣體積流量Qs來表征的，根據該曲線可查得各種工況下的喘振點坐標值(pd/ps，Qs)，將該喘振點坐標值換算到pd/ps-h/ps坐標系下，經對各工況喘振點進行篩選，至少要保留3點以上(該例保留6點)，利用喘振點構成的折線函數生成喘振線。

6.2喘振控制線的生成

TS3000喘振控制系統控制線的生成是動態過程，初始喘振控制線是以喘振線為基準，按人為選定控制算法和增加安全裕度的方案生成的，在實際過程中，若喘振發生，喘振控制線的安全邊界可自動重新修正。

該富氣壓縮機設置的初始安全裕度為10%(可根據實際工況做適當調整)，一旦工作點向左越過喘振線即判定為喘振發生，控制線會自動向右平移2%。按下復位鍵，控制線會恢復到初始設定。

6.3喘振控制器的適配增益和不對稱響應(快開慢關)功能

喘振控制器提供一個適配增益特性。當工作點在喘振控制線右側時，減少比例項的作用，當操作邊界超出喘振控制線右側一段特定距離時，就應引入一個適當的增益。

回流閥的打開取決于比例和積分響應，但是垂直上升特性又限制回流閥的關閉，這些特點就允許了回流閥能夠快速打開，防止喘振。當操作在喘振控制線右側的安全區時，回流閥按照一個固定的緩慢的速率關閉，這就允許了透平機和執行器件調整到新的操作條件下。

6.4自動方式和手動方式

自動方式，防喘振調節器輸出來自自動部分，手動輸出跟蹤自動輸出。如工作于自動方式，由于程序中的HOVER(設定徘徊點)功能，工作點會向左逼近控制線，除非防喘閥已全關。

手動方式，這種方式可任意手動調節防喘振閥開度而不管自動部分的輸出情況，防喘振控制器的輸出會跟蹤手動設定值。手動方式具有快開慢關功能。

半自動方式，防喘振控制的輸出由自動部分和手動部分的高選生成，即手動輸出只能開得比自動部分更大而不能關得更小。

7 結束語

大型機組是生產裝置的核心設備，其安全、可靠性對于裝置的平穩、長周期運行至關重要，ITCC系統是專門用于大型透平壓縮機組監視、控制與保護的綜合控制系統。在ITCC系統控制器負荷率滿足要求的情況下，如果裝置其他部分的控制需要設置ESD/SIS(緊急停車保護)，也可以與ITCC系統共用同一控制器。儀表與自控系統維護人員，只有熟練掌握ITCC系統的硬件結構、軟件組態和系統所實現的各種功能，才能做到第一時間發現問題、解決問題。

[1] 杜勇，薛軼明，東立明.ITCC系統在裂解氣壓縮機防喘振控制中的應用[J].化工自動化及儀表，2015，42(4)：464～467.

TH865

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1000-3932(2016)09-1005-04

2016-05-03(修改稿)