ITCC控制系統在甲醇合成裝置的應用研究

田 海，岳洪霞

（內蒙古科技大學信息工程學院，內蒙古包頭 014010)

ITCC控制系統在甲醇合成裝置的應用研究

田 海，岳洪霞

（內蒙古科技大學信息工程學院，內蒙古包頭 014010)

闡述了ITCC系統特點，以及以某新型煤化工企業的甲醇合成裝置ITCC系統應用情況為例，介紹了ITCC系統的各部分組成，承擔的任務及功能，對詳細研究甲醇合成裝置中ITCC系統的應用情況作出了研究。

ITCC；空速；防喘振控制；超速保護

1 工藝簡介

某新型煤化工項目甲醇合成工藝采用英國DAVY公司的甲醇合成工藝技術。英國DAVY工藝技術有限公司（Davy Process Technology Ltd，簡稱DPT公司）是目前世界上大型甲醇技術的主要供應商之一，DPT公司開發的甲醇技術已有三十多年的歷史，在甲醇技術方面積累了較豐富的研發和工程經驗。目前，DPT公司主推的甲醇工藝流程（見圖1），DPT公司稱之為串聯流程（Series loop），合成新鮮氣進入合成/循環氣聯合壓縮機的合成段進行壓縮，絕大部分新鮮氣與第二甲醇分離器來的循環氣混合后，先在第一入塔預熱器中預熱后，進入第一合成塔。在合成塔內，甲醇合成反應在高活性的銅基催化劑作用下進行，該反應為放熱反應。反應熱副產低壓蒸汽。離開第一合成塔的反應氣經過第一入塔預熱器對入塔合成氣進行預熱，然后進入冷卻器，反應生成的甲醇和水在冷卻器中最終冷卻后，循環氣和粗甲醇進入第一甲醇分離器進行分離。

圖1 DPT公司甲醇工藝流程簡圖

甲醇的合成工藝正是利用合成氣及循環氣壓縮機組的轉速來合理的控制合成的空速以及壓力，更好地將合成氣進行反應的。因此，合理地控制壓縮機組的出口壓力以及轉速，對甲醇合成的反應效率以及催化劑的壽命等至關重要。

2 ITCC 系統應具備的功能、要求

ITCC，即綜合透平壓縮機組控制（Integrated Turbine &Compressor Control）是應用于以蒸汽透平為驅動力的壓縮機組控制。該系統要求具有的基本控制功能主要包括以下幾個方面：①汽輪機調速控制。用以滿足工藝對壓縮機的工況及性能要求，快速做出調整；②汽輪機超速保護。防止汽機超速損壞設備及造成飛車事故；③壓縮機組防喘振控制。針對離心式壓縮機所固有的，可能發生的喘振現象加以控制，主要是對防喘振回流閥的開度進行有效控制，預防喘振發生；④機組性能控制、主機及輔機的工藝參數監控，如油路系統、密封系統、冷凝系統等的控制；⑤機組軸承位移、溫度、振動監控。針對設備運行狀態的監視；⑥順序控制。ITCC 包含幾個程序，都用來輔助起動壓縮機及汽輪機的，程序中有使汽輪機自動升速到暖機速度，到達暖機速度后，將根據壓縮機工況使汽輪機速度增長到額定轉速。也有程序使汽輪機組快速沖過臨界轉速區，避免共振造成影響。這些起動過程可以為工藝人員做其他重要工作贏得更多的時間。⑦機組和裝置的聯鎖邏輯控制。ITCC 能實現壓縮機性能控制及入口壓力控制和發生喘振時的解耦控制；當裝置發生異常時，根據工況的變化，能夠自動調整壓縮機運行，逆向控制，對于耦合因素影響的壓縮機運行狀態，去反向調整工藝過程控制或機組本身的運行參數，它既實現了機組控制又為機組的長周期運行提供了保障。

3 應用情況

以某煤化工項目中年產180萬t的甲醇合成裝置為例，應用的ITCC系統對甲醇合成裝置的合成氣及循環氣系統進行控制。該系統由Tricon TS3000系統、Woodward公司的 ProTech-GII系列超速保護系統、以及Bently公司3500機械軸系監測保護系統構成，ITCC系統與工藝裝置的安全儀表系統（SIS）采用硬信號線連接，當SIS系統動作后，同時觸發機組停車，聯合保護機組設備及裝置安全。對各部分的功能描述有：

1）Tricon TS3000系統主要做開停機的順序控制、防喘振控制及調速功能、密封、油路系統、冷凝系統的控制監視和聯鎖保護、輸入和輸出運算數據，以及與工藝裝置的DCS系統、其他儀表系統設備實施通訊等。

2）Protech-GII超速保護系統是由WOODWARD公司生產的新型超速保護裝置。它的特點是易于校準測試，并且具備高精度和高重復性。其采樣時間5ms，該設備的快速響應時間達12ms。三個數字單元感應和顯示轉速的精度為0.1%，機械式超速保護裝置則很難達到該精度。0.5至3.2萬轉速范圍，集成超速和加速檢測/保護功能，使其適用于臨界低速或高速旋轉電機，壓縮機，渦輪機或引擎。圖2為Protech-GII的典型應用。其通常采用三取二停機方式，確保了不會因三個檢測單元中的任意一個發生瞬時故障造成誤停機事故；每個單元與其他兩個單元除繼電器的連接外完全隔離。為近一步防止誤動作的發生，每個轉速感應單元所采用的電源也是獨立的。當Protech-GII系統運轉時可更換其中一個單元，此時另外兩個單元還可以繼續工作。這種熱替換模式可防止當其中某一單元故障造成對超速保護功能的干擾。其安全完整性等級為3級（SIL3）。其通過采集聯合機組的轉速信號，防止壓縮機組超速運行。作為獨立的一套系統，當Protech-GII輸出超

速保護跳車信號進入Tricon系統，通過Tricon系統作用于汽輪機的速關閥，以保護機組運行。當檢測到發生超速情況后，ProTech的跳車輸出DO繼電器信號將一直保持在閉合狀態，即使壓縮機組轉速恢復正常值，如果想要熱態啟機，必須人為將ProTech系統進行RESET復位。此時，Tricon系統的開車條件允許頁面才會顯示開車允許狀態。

3）Bently3500機械軸系監測保護系統采集汽輪機及壓縮機組的徑向振動信號、鍵相、軸瓦溫度信號、軸向位移、軸瓦振動信號、系統的工作流程是：從現場探頭信號經過前置器轉換后取得的負電壓信號提供給3500監測器框架內的監測器和鍵相位通道，數據被采集后，與報警點比較并從監測器框架送到一個地方或多個地方處理。根據機械保護設計定值不同，可將報警和保護跳車信號通過其機架內的33數字量輸出型繼電器模件直接送至Tricon系統參與跳機。

圖2 Protech-GII系統的典型應用圖

4）SIS系統是工藝裝置的安全儀表系統，其獨立于ITCC機組控制系統，SIS采集與壓縮機相連管網的關鍵數據，當裝置的工藝介質參數危及安全時，SIS系統觸發裝置跳車信號，并通過硬接線方式將信號送至ITCC系統的DI信號，由ITCC再輸出跳車信號，停壓縮機組運行，以保護機組不被外圍管網工況變化損壞。

5）ITCC系統把關鍵數據通過modbus RTU協議送至裝置的DCS系統，便于工藝操作人員統一監視。

4 結束語

本文通過對ITCC的功能介紹，結合某大型甲醇合成裝置的工藝介紹，及該裝置合成氣和循環氣壓縮機組的ITCC控制系統的應用情況，敘述了ITCC系統的特點，說明了ITCC系統模塊化、集成化的優點，表明ITCC系統以其卓越的性能和理念，在現代化大型化工項目中的得到了越來越廣泛的應用。

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[4] 劉永強.ITCC控制系統在甲醇裝置中的應用[D].大連：大連理工大學，2013，（08）.

Application of ITCC Control System in Methanol Synthesis Unit

Tian Hai，Yue Hong-xia

This paper expounds the characteristics of ITCC system and the application of ITCC system of methanol synthesis plant in a new coal chemical industry as an example.It introduces the components and functions of ITCC system，and studies the ITCC system The application of the system has been studied.

ITCC；airspeed；anti-surge control；overspeed protection

TP29

A

1003–6490（2017）11–0012–02

2017–09–30

內蒙古自治區自然科學基金資助（2017MS0603）

田海（1968—），男，內蒙古包頭人，副教授，主要從事電氣傳動、網絡控制和智能控制工作。