一．引言： 主風(fēng)機(jī)和富氣壓縮機(jī)是催化裂化裝置的關(guān)鍵設(shè)備,均易受到喘振的危害，也易造成較大的設(shè)備事故，所以如何控制好軸流風(fēng)機(jī)和離心式壓縮機(jī)機(jī)組成為機(jī)組控制和機(jī)組保護(hù)的重點(diǎn)，各化工企業(yè)亦選用較安全的控制系統(tǒng)來達(dá)到機(jī)組控制的要求，TRICONEX 的TS3000以獨(dú)到的防喘振技術(shù)和三重化冗余技術(shù)用于機(jī)組控制較多，玉門油田煉油化工總廠的80萬噸/年重油催化裂化裝置改建工程能量回收三機(jī)組和富氣壓縮機(jī)組采用該控制系統(tǒng)。 裝置投產(chǎn)運(yùn)行近一年來,從能量回收角度來看，能量回收三機(jī)組具有很好的節(jié)能效果。主風(fēng)機(jī)組采用三機(jī)組成熟配置形式：煙機(jī)—風(fēng)機(jī)—電機(jī)，煙機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)滿足裝置主風(fēng)需要，電機(jī)基本處于空負(fù)荷平衡轉(zhuǎn)速的運(yùn)轉(zhuǎn)。富氣蒸汽透平機(jī)組采用裝置余熱鍋爐自產(chǎn)蒸汽驅(qū)動(dòng)。但如何從機(jī)組控制角度進(jìn)一步提高主風(fēng)機(jī)組和富氣壓縮機(jī)組節(jié)能、安全、可靠、長周期運(yùn)行是目前的重要問題。 二．TS3000控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及系統(tǒng)配置 TS3000控制系統(tǒng)具有高可靠性、高可用性、無單點(diǎn)故障等特點(diǎn)，對(duì)輸入、輸出信號(hào)及中間處理結(jié)果進(jìn)行全過程三取二表決的TMR三重化冗余容錯(cuò)控制技術(shù)。 圖1： TRICON 控制器三重化結(jié)構(gòu) 如圖1所示，現(xiàn)場信號(hào)進(jìn)入輸入模塊后，分成三路，三路之間彼此光電隔離，分別送到三個(gè)主處理器，在TRIBUS總線上對(duì)數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行表決，對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行傳輸，這樣保證每個(gè)主處理器使用同樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行過程控制，然后把三個(gè)處理后的結(jié)果分成三路分別輸出給輸出模塊，在輸出模塊上再進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出表決，以保證輸出結(jié)果的準(zhǔn)確性，有效克服了控制系統(tǒng)硬件原因而造成的系統(tǒng)故障。 三重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)的特點(diǎn)： ● 沒有單點(diǎn)故障造成系統(tǒng)失效。 ● 獨(dú)特的I/O邏輯槽位設(shè)計(jì)，保障故障卡件全部在線更換。 ● 系統(tǒng)集成度高。 ● I/O卡件上的光電隔離器全部三重化。 ● 浮點(diǎn)數(shù)協(xié)處理器，經(jīng)過TǖV六級(jí)認(rèn)證。 ● 32位芯片，保證了系統(tǒng)的快速運(yùn)行。 ● 按照1131-3國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的基于WINDOWS 的編成軟件使用方便。 ● 高度的系統(tǒng)診斷覆蓋率，診斷功能皆為系統(tǒng)內(nèi)置，不需編寫應(yīng)用程序。 ● 系統(tǒng)的維護(hù)和診斷非常方便。 ● 所有模擬模塊卡件精度高，并可以自動(dòng)校驗(yàn)。 ● 應(yīng)用軟件在線修改 ● 主處理器的更換與I/O卡件的更換一樣方便。 整個(gè)機(jī)組的硬件配置是按照安全控制系統(tǒng)故障安全性配置，設(shè)計(jì)滿足 API612要求，主控制器實(shí)現(xiàn)三重化冗余；I/O卡件分能量回收機(jī)組和富氣壓縮機(jī)組獨(dú)立配置，互不影響； 采用兩對(duì)4329通信模塊，兩路光纖對(duì)控制室操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)雙重冗余通信，任何一路出現(xiàn)問題，都不會(huì)影響機(jī)組監(jiān)控；同時(shí)通過MODBUS和DCS、創(chuàng)為實(shí)S8000機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、BENTLY3500相連通訊，實(shí)現(xiàn)DCS和網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)組的監(jiān)控；采用超速保護(hù)器和系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速雙重超速保護(hù)；各卡件箱的供電電源全部雙重冗余；輔助操作臺(tái)設(shè)有各機(jī)組的急停按鈕、旁路開關(guān)和報(bào)警指示燈，便于機(jī)組緊急處理使用。 三、控制功能： 能量回收三機(jī)組主要控制回路：主風(fēng)機(jī)防喘振分成控制、主風(fēng)機(jī)靜葉流量控制、再生器壓力和入口蝶閥控制、煙機(jī)輪盤冷卻溫度控制、煙機(jī)級(jí)間密封控制。自保連鎖控制：機(jī)組允許啟動(dòng)、緊急事故停機(jī)、風(fēng)機(jī)逆流檢測、風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行、超速自保、潤滑油動(dòng)力油泵控制、軸承溫度，軸震動(dòng)，軸位移監(jiān)控。 油泵控制：潤滑油泵有A、B兩泵，其中一臺(tái)運(yùn)行，另一臺(tái)油泵備用，并能達(dá)到主輔油泵相互切換。手動(dòng)時(shí)，能夠開停任何一臺(tái)泵；自動(dòng)時(shí)，當(dāng)油壓低時(shí)，馬上啟動(dòng)備用油泵，兩臺(tái)油泵同時(shí)運(yùn)行，油壓正?？梢酝Ｖ谷魏我慌_(tái)泵；但只有一臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)，不能停止主泵運(yùn)行；油壓低低時(shí)，機(jī)組聯(lián)鎖停機(jī)，因此潤滑油泵的控制也是機(jī)組運(yùn)行必備的條件。該邏輯很好的實(shí)現(xiàn)了潤滑油泵的控制，可以說不會(huì)因?yàn)闈櫥捅糜蛪嚎刂圃斐蓹C(jī)組的停車，所以該控制較為先進(jìn)和實(shí)用。 富氣壓縮機(jī)組主要控制回路：壓縮機(jī)出口、入口、放火炬閥控制，一、二段、防喘振控制，入口壓力串級(jí)和本地轉(zhuǎn)速控制，潤滑油泵控制，氣液分離罐液位控制。 自保聯(lián)鎖控制：壓縮機(jī)啟動(dòng)、緊急停車、軸承溫度、軸震動(dòng)、軸位移、超速保護(hù)油壓低低等聯(lián)鎖控制。 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制：按壓縮機(jī)廠家和汽輪機(jī)廠家所提供的升速曲線，將氣壓機(jī)組的運(yùn)行分了8個(gè)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，即： 1、 模式iMODE=0，系統(tǒng)一旦停車或聯(lián)鎖動(dòng)作后就是方式0，機(jī)組處于停機(jī)連鎖自保狀態(tài)。 2、 模式iMODE=1，機(jī)組連鎖復(fù)位，聯(lián)鎖信號(hào)消除，速關(guān)油電磁閥得電。 3、 模式iMODE=2，滿足機(jī)組啟動(dòng)條件，機(jī)組可以啟動(dòng)。 4、 模式iMODE=3，按下啟動(dòng)鍵，機(jī)組啟動(dòng)，低轉(zhuǎn)速升速到暖機(jī)1方式暖機(jī)，分熱暖和冷暖； 5、 模式iMODE=4，二次穩(wěn)定轉(zhuǎn)速暖機(jī)； 6、 模式iMODE=5，機(jī)組進(jìn)入升速階段，并穿越壓縮機(jī)臨界轉(zhuǎn)速； 7、 模式iMODE=6，機(jī)組進(jìn)入正常運(yùn)行段，到達(dá)最小管理轉(zhuǎn)速和最大管理轉(zhuǎn)速之間控制； 8、 模式iMODE=7，按下停機(jī)鍵，按預(yù)定速率降低轉(zhuǎn)速，開始正常停機(jī)； 9、 模式iMODE=8，電子跳閘和機(jī)械跳閘試驗(yàn)。 以下詳細(xì)闡述機(jī)組轉(zhuǎn)速控制過程： 對(duì)于富氣壓縮機(jī)組的轉(zhuǎn)速的控制過程，主要關(guān)鍵控制點(diǎn)和控制策略有： 機(jī)組轉(zhuǎn)速測量：現(xiàn)場三組轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)送往ESD系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行三取二處理表決，得到最終的轉(zhuǎn)速值； 機(jī)組自?？刂疲簼M足機(jī)組啟動(dòng)條件，沒有聯(lián)鎖發(fā)生，啟動(dòng)復(fù)位等； 暖機(jī)：根據(jù)暖機(jī)條件，進(jìn)行第一暖機(jī)：熱暖和冷暖；第二暖機(jī)。 轉(zhuǎn)速爬坡和快速穿越臨界轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)速設(shè)定： 目標(biāo)轉(zhuǎn)速按照轉(zhuǎn)速曲線爬升 點(diǎn)動(dòng)升速： 現(xiàn)場按鈕和軟按鈕提高轉(zhuǎn)速 自動(dòng)升速： 在自動(dòng)方式，按一定速率和時(shí)間升速 跨越臨界轉(zhuǎn)速： 以最大速率通過壓縮機(jī)臨界轉(zhuǎn)速 PID串級(jí)調(diào)節(jié)：入口壓力串級(jí)調(diào)節(jié)和本地速度調(diào)節(jié)； 閥位限制和靜態(tài)校驗(yàn)：開機(jī)時(shí)根據(jù)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)蒸汽入口閥位進(jìn)行限制，轉(zhuǎn)速在500rpm/min不超過30%，避免開機(jī)飛車；對(duì)蒸汽入口閥調(diào)節(jié)在靜態(tài)時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)，確保蒸汽入口閥開度準(zhǔn)確。 超速試驗(yàn)：在超速時(shí)汽輪機(jī)機(jī)械跳閘和電子跳閘起作用，確保機(jī)組安全，避免飛車事故發(fā)生。 富氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速控制如圖2所示： 圖2：壓縮機(jī)升速曲線 四：TS3000用于風(fēng)機(jī)和富氣壓縮機(jī)防喘震控制 富氣壓縮機(jī)所選用的喘振模型及算法如圖3： 圖3：離心壓縮機(jī)防喘振控制 rHc：壓縮機(jī)入口流量% FLOW：壓縮機(jī)入口質(zhì)量流量，由入口差壓h計(jì)算獲得 FLOWmax：最大質(zhì)量流量 Psb: 壓縮機(jī)設(shè)計(jì)入口壓力 Pfob:孔板設(shè)計(jì)壓力 Ps: 壓縮機(jī)入口壓力 Px: 壓縮機(jī)入口當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?主風(fēng)機(jī)所選用的喘振模型及算法如圖4： 圖4：軸流壓縮機(jī)防喘振控制 喘振線：壓縮機(jī)防喘振的控制主要決定于機(jī)組的實(shí)際工況的喘振線，喘振線越符合實(shí)際工況，防喘振控制就做得越好。我廠的主風(fēng)機(jī)喘振線開廠時(shí)進(jìn)行了實(shí)際測量，由于電機(jī)的功率不夠，喘振線在靜葉角度60度時(shí)，測量比較保守，能滿足裝置的設(shè)計(jì)需要，但主風(fēng)機(jī)組防喘振的范圍較小，安全裕度5%，同時(shí)增加了最小流量控制和最大壓比控制，嚴(yán)防主風(fēng)機(jī)發(fā)生喘振。富氣壓縮機(jī)組通過壓縮機(jī)預(yù)期性能曲線計(jì)算設(shè)定兩段防喘振線，通過實(shí)際運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)喘振線的確定較為合適，由于加工量較小，產(chǎn)生富氣較少，富氣壓縮機(jī)既要平衡操作又要壓縮機(jī)不發(fā)生喘振，工作范圍比較接近壓縮機(jī)防喘線，由于工藝操作變化，有時(shí)帶來富氣壓縮機(jī)喘振。 喘振控制功能： 可選擇進(jìn)出口壓比Pd/Ps對(duì)入口差壓h或進(jìn)出口壓差Dp對(duì)h的算法； 如果喘振發(fā)生，喘振安全裕度可自動(dòng)調(diào)整； 設(shè)定點(diǎn)浮動(dòng)線功能可以在工作點(diǎn)向喘振線竄動(dòng)時(shí)及時(shí)打開防喘閥； 特殊的喘振控制器帶有適應(yīng)增益及快開/慢關(guān)響應(yīng)等功能； 比例調(diào)節(jié)功能可以‘迫使’防喘閥獨(dú)立于控制過程而打開； 靈活的起機(jī)和跳車邏輯； 可選擇手動(dòng)控制幫助設(shè)定、測試和故障排除； 當(dāng)喘振逼近或透平跳車時(shí)，電磁閥觸點(diǎn)輸出可“打開”防喘閥。 喘振線的算法：根據(jù)實(shí)測喘振線進(jìn)行設(shè)置，功能塊將計(jì)算出防喘振線。下面的圖5顯示的是5段的喘振線。 圖5：喘振曲線――壓比/流量 安全裕度重校： 如果系統(tǒng)檢測到工作點(diǎn)越過喘振線，表示喘振已發(fā)生，喘振控制線將被自動(dòng)調(diào)節(jié)到右方，發(fā)生喘振一次安全裕度2%增加，加大安全余量。機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)后，通過復(fù)位按鈕恢復(fù)防喘振線。 手操控制： 第一種為全權(quán)手操控制功能。它允許防喘閥不顧喘振控制器的作用而關(guān)閉。第二種為限權(quán)手操控制功能。通過選擇比較手動(dòng)輸出和自動(dòng)輸出的大小來設(shè)定了一個(gè)防喘閥的開度，它允許操作工開閥，但不一定能關(guān)閉防喘閥。 設(shè)定點(diǎn)浮動(dòng)線： 一般情況下，壓縮機(jī)不會(huì)在喘振線上持續(xù)運(yùn)行或過長時(shí)間運(yùn)行。當(dāng)工作點(diǎn)在控制線右方（安全區(qū)域），喘振控制器的設(shè)定點(diǎn)（線）須在當(dāng)前h值的某一可設(shè)百分比范圍內(nèi)以可設(shè)值移動(dòng)。當(dāng)工作點(diǎn)越過設(shè)置點(diǎn)（浮動(dòng)線），以小幅快速向喘振線竄動(dòng)時(shí)，將發(fā)生如下情形： 防喘閥迅速打開，實(shí)現(xiàn)快開功能； 設(shè)定點(diǎn)浮動(dòng)線將以可設(shè)值移動(dòng)直至防喘閥全關(guān)，實(shí)現(xiàn)慢關(guān)功能； 新工作點(diǎn)建立。 設(shè)定點(diǎn)浮動(dòng)線如下圖6所示：

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