膨胀机在I/A Series控制系统的应用

张伟霞

(河南省中原大化集团电仪维修工程公司，河南濮阳 457004)

1 引言

中原大化公司煤化工装置2008年建成投产，空分装置采用杭氧公司工艺技术和设备，主要为气化装置提供合格的氧气和氮气。膨胀机是空分装置的重要设备之一，在生产中是不可缺少的。其主要作用是将来自氮压机二段的氮气经增压机加压，经增压机后冷却器冷却后进入循环换热器。在循环换热器中被冷却到后抽出，然后经过膨胀机前过滤器，快关阀以及膨胀机喷嘴，最后推动膨胀机叶轮旋转对外做功，气体温度、压力降低，同时有少量被液化，经分离器分离后，液体部分送到低压塔做为少量回流液。气相部分则进入换热器复热，最后进入中压氮总管。膨胀机是杭氧公司生产的涡轮式压缩机。

控制系统由Miconwell公司的ITCC控制系统完成了膨胀机监测、控制、逻辑和安全保护等功能。随着使用时间增长控制点的增多，控制系统故障频率也增多，不仅严重影响了正常生产，而且造成了经济、能源浪费和企业效益损失。2012年年度大修期间公司决定将系统采用中央主控FOXBORO公司的I/A Series控制系统控制，实现了系统的硬件升级同时也降低了ITCC控制系统的减压。

图 中原大化公司煤化工装置

2 改造的必要性

由于膨胀机该系统出现问题会造成整个甲醇装置系统停车，考虑ITCC系统的负荷问题和生产稳定等问题，把膨胀机控制系统改造到FOXBORO公司的I/A Series控制系统中。

(1)控制系统现状分析

由于ITCC控制系统，维修有一定困难且维修费用也较高，同时要求维修人员具有较高的专业技术，并且有一定的外语和计算机功底，只有对整个系统了解和熟悉后才能对常见的故障做到判断迅速、排除迅速，并尽可能地降低维修费用，确保系统的正常稳定。另一方面由于产品的不断更新换代，该产品配件也升级换代，备件供应较慢,出现问题很难解决。所以对膨胀机控制系统升级改造十分必要。

(2)改造方案的确定和实施针对系统的现状和存在的问题，经过认真分析研究，确定对膨胀机控制系统进行改造。这次改造采用FOXBORO公司高性能成熟的I/A Series控制系统。来替代原有的ITCC进行对膨胀机控制系统进行改造。将原来用于膨胀机喷嘴调节和防喘振调节改到I/A Series系统中实现，其它功能和操作方式基本不变。现场仪表和操作盘不做任何改动，只是把膨胀机的信号线重新拉电缆到备用的接线盒里，再把从接线盒到DCS控制系统的备用点找到，接到相应的端子排上。本次改造用的是原有I/A Series控制系统的备用通道，信号线接好后直接进行组态调试就行，不需要增加任何硬件和软件。

3 控制功能和显示功能

改造后的I/A Series控制系统进行编程组态，组态包括控制功能和显示功能两部分。

控制功能部分:

(1)膨胀机的开停和控制：就地/控制室盘选择开关，选择在控制室还是在就地启动/停止膨胀机。调整膨胀机膨胀量，控制好入塔空气温度，氧气取出量，加工空气量和压力。通过膨胀量来控制主冷液位的高低，转速、喷嘴、防喘振阀控制。膨胀机出入口气体温度、内外轴承温度、油过滤器后的油温正常、出入口气体压力、润滑油进轴承油温、密封气压力、膨胀机轴振动、导流器与膨胀机出口压力差、检查油箱油液位以及油泵运行情况等监测指示功能。

(2)联锁保护功能：系统出现保护性故障时，具有报警、停机功能，轴瓦温度、轴振动轴位移、油系统、密封气系统、出入口气体温度、压力以及转速出现故障等原因报警跳车时，系统会发出报警，并记录报警信息。

辅助系统控制:

包括辅助油泵启停控制、两个油泵的互启控制、油电加热器的控制。

另外还有：

(1)喷嘴控制功能

在程序中组态喷嘴调节器[FY01309]完成喷嘴控制功能，组态控制选择方式，手动/自动转换，快开/快关按钮等功能。开车时对喷嘴开度进行调节。

(2)防喘振阀控制功能

在程序中组态防喘振调节器FIC01312，该控制器具有：当机组运行时，系统的全手动功能将自动被屏蔽。当机组有运行信号时，系统将自动切换到全自动状态。当机组有信号停止时，系统将自动切换到手动状态，并且输出100%。当进行紧急放空操作时，系统将自动切换到手动状态，并且输出100%，同时使得电磁阀失电。此功能仅限于机组极其不稳定的时候才可以应用。当机组处于安全状态时，可以将全自动切换到半自动状态进行人工操作，但当系统进入危险区时半自动将自动被全自动代替。通过调节防喘振调节器来控制膨胀机转速。

显示功能部分:

改造后的控制系统用CIO控制组态器进行组态，该系统运行平稳，功能强大，操作简单。操作画面的流程采用的FoxDraw软件来完成的。

DCS工程师站通过工业以太网与PC通讯,连续不断的从生产过程中获得大量的信息，并及时为工艺操作人员显示设备状态，提供彩色画面详图、趋势图、报警表、以及动态流程图，因此操作人员可以通过上述画面检查各种信号的详细情况，修改设定值、改变操作方式，从而起到指导实时操作和控制的作用。

4 联机调试

当完成控制柜接线和软件编程组态工作后，对系统功能进行调试，检查控制功能和逻辑，联锁保护等功能是否和原来一样。调试合格后，做好系统程序和用户程序备份，交付生产使用。

5 实施效果

经过大家的努力，现场及系统接线，组态，回路测试，功能模拟测试等等都在大修结束之前完成。在集团公司2012年度大修开始后，仅仅用了两周的时间实现了新老系统的交替，而且保证了所有重要功能的同步实现。

6 结语

从经济角度考虑，从膨胀机改造由IA’S控制系统投用至今，系统稳定性大幅提高，避免了ITCC系统本身原因导致生产装置停车，同时，IA’S控制系统备件成本大幅降低，每年节约的备件和维护费用都很大。并且新系统还以出色的人机界面为工艺操作提供了更便捷的操作方式，直接和间接经济效益十分明显，避免的生产装置停车损失达上百万元。