ITCC控制系統(tǒng)在串聯(lián)壓縮機(jī)防喘振控制中的應(yīng)用

蔡云興（大慶石化公司化肥廠儀表車間，黑龍江 大慶 163714）

ITCC控制系統(tǒng)在串聯(lián)壓縮機(jī)防喘振控制中的應(yīng)用

蔡云興（大慶石化公司化肥廠儀表車間，黑龍江 大慶 163714）

本文以化肥廠尿素裝置串聯(lián)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的改造項(xiàng)目為背景，介紹了采用透平壓縮機(jī)綜合控制系統(tǒng)(ITCC)替代原有的ICS+GE PLC+CCC3+控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)壓縮機(jī)防喘振控制的方法。

CO2壓縮機(jī)；串聯(lián)；防喘振；改造方案

化肥廠尿素裝置有兩大A類機(jī)組，原蒸汽透平驅(qū)動機(jī)組(3102J)是意大利新比隆公司采用ICS+CCC3+系列控制器與增壓機(jī)K103協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)負(fù)荷分配控制。2013年在全廠裝置大檢修過程中，采用了ITCC系統(tǒng)替代原有的ICS+GE PLC+CCC3+控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)K103和3102J原有的全部控制功能,包括調(diào)速、抽汽、注汽、3102J出口壓力∕流量控制、K103入口壓力控制（入口導(dǎo)葉控制）、兩臺機(jī)組的防喘振控制及負(fù)荷分配控制等，并把全部監(jiān)控功能納入一個(gè)統(tǒng)一的硬件平臺和操作界面，實(shí)現(xiàn)綜合透平壓縮機(jī)組控制（ITCC）。

1 串聯(lián)壓縮機(jī)的防喘振控制

1.1 ITCC防喘振控制理論

ITCC采用可變極限流量法實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的防喘振控制?？勺儤O限流量法需要控制入口流量并排除壓力，即實(shí)際只控制一條喘振線，這樣可以使開始回流的流量為對應(yīng)于每一個(gè)工作轉(zhuǎn)速規(guī)定的一個(gè)最小流量，只有當(dāng)壓縮機(jī)流量不大于此值時(shí)才打開防喘振閥，即通過減少壓縮機(jī)的能耗在壓縮機(jī)負(fù)荷有可能經(jīng)常波動的區(qū)域采用調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的回流量來保證壓縮機(jī)負(fù)荷滿足工藝要求。防喘振控制使其工作點(diǎn)沿著喘振安全操作線變化，即只要保證安全操作線公式等號右邊大于左邊就可以防止壓縮機(jī)發(fā)生喘振[1]。

1.2 ITCC在串聯(lián)壓縮機(jī)中的防喘振設(shè)置

本次改造,廠家利用ITCC防喘振控制系統(tǒng)重新精確計(jì)算CO2壓縮機(jī)喘振線及機(jī)組性能,現(xiàn)場實(shí)測喘振曲線,從而達(dá)到關(guān)閉喘振閥的目標(biāo),降低能耗。每一臺壓縮機(jī)的防喘振偏差及質(zhì)量流量的平方W2由防喘振控制器來計(jì)算。當(dāng)偏差DEV為零時(shí)，壓縮機(jī)的工作點(diǎn)位于喘振控制曲線（SCL）之上。如果偏差（DEV）為負(fù)值，就有喘振的危險(xiǎn)。這時(shí)，防喘振控制器就增大其循環(huán)量或放空量使偏差DEV回零。負(fù)荷分配控制器LSIC101及LSIC105監(jiān)測其它相互作用的防喘振控制器的偏差DEV和W2的值，并且計(jì)算負(fù)荷平衡值R如下:R=(1-DEV)*W2。

ITCC在防喘振控制算法、性能曲線上參照原機(jī)組性能曲線資料，在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場喘振試驗(yàn)以修正喘振線，現(xiàn)場喘振試驗(yàn)需要在8小時(shí)之內(nèi)完成。增壓機(jī)K103防喘振控制回路（UIC101）控制對象為增壓機(jī)回流閥（FV2327），3102J壓縮機(jī)防喘振控制包括低壓缸防喘振控制（UIC1）及高壓缸防喘振控制(UIC2)兩個(gè)部分，控制對象為防喘振控制閥FV111及PV111，兩個(gè)防喘振閥回流都是四段出口返回一段入口。低壓缸UIC1及高壓缸UIC2兩個(gè)防喘振控制回路在同步運(yùn)算，控制輸出FIC111為兩個(gè)控制回路的運(yùn)算結(jié)果的高選，即最安全的控制輸出去控制防喘振閥。兩個(gè)閥FV111及PV111采用分程控制方式，在進(jìn)行防喘振保護(hù)時(shí)，PV111會先被打開，PV111全開后，F(xiàn)V111會逐漸打開保護(hù)機(jī)組。分程的對應(yīng)關(guān)系為FIC111的輸出0～50%對于閥位PV111的0～100%，F(xiàn)IC111的輸出50～100%對于閥位FV111的0～100%。

機(jī)組在正常工作點(diǎn)時(shí)，兩個(gè)防喘振閥處于完全關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)，PV111除具有防喘振作用外，還具有出口壓力超馳控制。當(dāng)出口壓力太高（15MPa），入口的壓力太低時(shí)(105KPa)，可以通過打開循環(huán)閥PV111，來實(shí)現(xiàn)快速控制。性能控制器（主控制器）采用單獨(dú)的PI算法來計(jì)算壓力超馳控制響應(yīng)，這種壓力超馳控制響應(yīng)如果主控制變量不超出壓力超馳的設(shè)定值（255KPa），則總是為零。這種功能即可以一直運(yùn)行，也可以設(shè)定為僅在自動的工作方式下運(yùn)行。兩段防喘振在保證壓縮機(jī)的防喘振控制功能的同時(shí)，與工藝主控制器MPIC101及負(fù)荷分配控制器間存在協(xié)調(diào)控制。我們利用CONSEN防喘振擴(kuò)展函數(shù)功能模塊來完成壓縮機(jī)的防喘振控制，防喘振擴(kuò)展函數(shù)的各功能塊作用如下：喘振線功能塊為（SRG_LINE），質(zhì)量流量計(jì)算(M_FLOW02)，喘振監(jiān)測功能塊（RECAL02），喘振調(diào)節(jié)功能塊（VALVE_SEL06）。

2 結(jié)語

本次ITCC改造，廠家重新精確計(jì)算CO2壓縮機(jī)喘振線及機(jī)組性能，現(xiàn)場實(shí)測喘振曲線，從而達(dá)到關(guān)閉喘振閥的目標(biāo)，降低能耗。同時(shí)，優(yōu)化了喘振控制、性能控制和回路間的解耦控制，消除了壓縮機(jī)的喘振威脅，保持工藝裝置的連續(xù)運(yùn)行，提高了自動化操作水平，有力的提高了裝置的管理和控制水平。

[1]杜勇,薛軼明,東立明.ITCC系統(tǒng)在裂解氣壓縮機(jī)防喘振控制中的應(yīng)用[J].化工自動化及儀表.2015.04:464-467.

[2]徐鑫金，王成琦，安占立.串聯(lián)壓縮機(jī)組負(fù)荷分配控制優(yōu)化[J].工業(yè)自動化.2015.11:24-28.

蔡云興，男，2002年畢業(yè)于黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院自動化系，現(xiàn)任中國石油大慶石化公司化肥廠儀表車間技術(shù)員。