T6300压缩机控制系统在催化裂化装置中的应用(下)

伍 凌 蒋 跃 郭君峰

(1.浙江水利水电学院，杭州 310018；2.浙江中控技术股份有限公司，杭州 310053)

3.1.4主风机防喘振控制

利用ICS T6300系统专用的防喘振扩展函数块实现轴流式主风机(简称主风机)的防喘振控制，主风机防喘振控制回路如图12所示。

图12 主风机防喘振控制回路界面

主风机防喘振与气压机防喘振控制有本质区别，主风机防喘振是压力防喘振保护，即保证出口压力不在喘振区(图13)。

3.1.4.1主风机防喘振扩展函数及功能块说明

利用ICS T6300系统防喘振扩展函数，实现主风机防喘振控制。下面以主风机防喘振控制为例进行说明。

当主风机需要手动调节而又要杜绝喘振现象发生时，建议选用半自动(部分自动)操作方式，其优点是不仅具有手动控制的功能，而且进入防喘振线区具有喘振优先功能。①

防喘振调节器，初次使用默认比例度为100，积分时间默认为30次/s，用户可以根据需要在HMI画面上修改比例度和积分时间，当前操作点不小于防喘振下移线时(操作点工作在防喘振下移线的上侧)，强制增大放大倍数，比例度强制为30以加强比例带作用。比例项在防喘振控制线上侧的某一设定区域内开始打开防喘振阀，当操作点到达喘振线时完全打开防喘振阀。同时逆流信号开始判断，如果逆流就安全运行，持续逆流就启动联锁逻辑。

主风机防喘振扩展函数功能块的作用分述如下：

a. Ptcomp功能块，实现喉部差压、温度和压力的补偿，主风机防喘振流量、温度和压力补偿操作点的单位为kPa，主要参数有喉部压差、入口压力/设计压力和入口温度/设计温度，用于主风机防喘振的操作点；

b. margin功能块，进行喘振裕度调节，主要参数有基本裕度/总裕度、喘振标记/复位、喘振计数、喘振下移点、Y轴喘振点及其工作点；

c. table5功能块，设置喘振线和喘振点，是分别由X、Y轴6个点形成的五段折线喘振线；

d. tmcpid功能块，进行PID调节，即主风机防喘振的PID控制；

e. moderead功能块，设置操作模式。

需要说明的是，主风机防喘振PID控制模式，分为手动/自动/半自动3种模式。模式置0为纯手动，此时不受测量和给定影响，为纯手动输出到调节阀，操作员可以在上位HMI 画面上手动输出调节阀输出值；模式置1为自动，自动进行防喘振控制，PID控制自动进行；模式置2为半自动，防喘振控制可以相当于手动控制，但进入喘振区后喘振控制优先，即防喘振工作点进入防喘振区域时，虽然是手动输出但还是优先防喘振自动控制，保证防喘振工作点不进入喘振区。

3.1.4.2主风机防喘振控制

首先进行防喘振线比例度加强，当前操作点远离防喘振线时，比例度默认为100，保证入口压力波动不影响防喘振输出；当前操作点不小于防喘振下移线时，强制增大放大倍数，比例度强制为30。

其次进行PID控制参数的调节，作用方式为正作用；设置控制器快开/慢关速率，即快开2 000则慢关为800；独立的比例项可以强制防喘振阀打开，其作用与常规PI调节器之间相互独立，比例项在防喘振控制线上侧的某一设定区域内开始打开防喘振阀，当操作点到达喘振线时完全打开防喘振阀，同时逆流信号开始判断，如果逆流就安全运行，持续逆流就触发联锁逻辑。

积分时间设置初值默认为30次/s，可以在HMI画面上进行修改；微分时间设置为0s。

手动/自动/半自动的无扰动切换方案如下：

0=手动 纯手动

1=自动 纯自动

2=半自动 有手动功能，但喘振优先

半自动模式防喘振保护功能，相当于手动输出，但进入喘振区喘振控制优先；手动输出跟踪PID输出。

防喘振阀调节：防喘振输出0%～100%分程放大，0%～50%放大到0%～100%，50%～100%放大到0%～100%。

防喘振阀A输出(大阀)：50%～100%放大到0%～100%，喘振阀大阀分程放大输出，快开(快开速率2 000)/慢关(慢关速率800)速率。

防喘振阀B输出(小阀)：0%～50%放大到0%～100%，喘振阀小阀分程放大输出，快开(快开速率2 000)/慢关(慢关速率800)速率。

此处，主风机润滑油压调节控制略去，不作介绍。

3.2 气压机机组控制方案

3.2.1汽轮机转速控制

本项目的汽轮机转速控制为505系统，正常生产时需将转速给定切换到远程MCS给定控制，如图14所示。

图14 505调速-给定(505/MCS)和控制 (505/MCS)切换

汽轮机转速给定切换条件为：

a. 505系统转速给定与MCS转速给定切换，辅助操作台上按钮(拔出)置1，置1为MCS给定，置0则为505给定；

b. 远程转速给定已投用置1，由505系统来。上述两个条件均置1，左面显示MCS给定，只有上述有一个条件置0;左面显示505给定，转速范围0～12kr/min，最终给定显示值在“MCS给定”显示框中，MCS转速给定输出到505系统转速给定，给定范围6 808～10 211r/min。

汽轮机控制切换：MCS控制与505控制显示，选择现场MCS控制与505控制开关(置1为MCS控制，置0为505控制)，如果置1转到MCS控制，此时上位显示MCS控制。当转到MCS给定时，必须控制现场开关置1并且505到MCS给定同时置1，否则为505给定。由505控制时，MCS给定值自动跟踪505转速信号，MCS切换到505控制时也能自动跟踪MCS，保证了无扰动切换。需要注意的是：

a. MCS输出到505转速给定值，量程范围为6 808～10 211r/min；

b. 505转速信号测量值的量程范围为0～12kr/min；

c. MCS给定值的输入范围6 808～10 211r/min，也可以按右面的按钮增加或减小给定值，此时没有范围的限制。

气液分离器的液位调节此处略去，不作介绍。

3.2.2分馏塔压力与气压机防喘振输出高选

利用ICS T6300系统专用的防喘振扩展函数模块来完成富气压缩机(简称气压机)的防喘振控制。气压机防喘振控制回路如图15所示。

图15 分馏塔压力与气压机防喘振输出 高选控制回路界面

气压机防喘振与主风机防喘振控制有本质区别，主风机防喘振是流量防喘振保护，保证入口流量不在喘振区(图16)。

图16 主风机防喘振控制界面

3.2.2.1气压机防喘振扩展函数及其功能块说明

利用ICS T6300系统防喘振扩展函数实现气压机防喘振控制。下面以气压机防喘振控制为例进行说明。

当气压机需要进行手动调节，又要杜绝喘振现象发生时，建议选用半自动(部分自动)操作方式，不但实现了手动控制功能，而且进入防喘振线区后具有喘振优先功能。

初次使用防喘振调节器时默认比例度为200，积分时间默认为30次/s，用户可以根据需要修改比例度和积分时间。

气压机防喘振扩展函数的各功能块的功能如下：

a. opcalc功能块，设置流量和温度/压力补偿的操作点。气压机压缩机防喘振操作点(X轴)的主要参数有入口流量、入口孔板压力/设计压力和入口孔板温度/设计温度。

b. margin功能块，喘振裕度的设置，主要参数有基本裕度/总裕度、喘振标记/复位、喘振计数、喘振下移点，X(Y)轴喘振点和工作点。

c. table5功能块，形成喘振线和喘振点，即分别由X/Y轴6个点形成的五段折线喘振线。

d. tmcpid功能块的功能是实现PID调节，即主风机防喘振PID控制。

e. moderead功能块用于设置操作模式。

主风机防喘振PID控制模式，分为手动/自动/半自动3种模式：模式置0为纯手动，不受测量和给定的影响，为纯手动输出到调节阀，可以由操作员在上位HMI画面上的手动输出按钮上设置调节阀输出值；模式置1为自动，自动进行防喘振控制，PID控制自动进行；模式置2为半自动，防喘振控制可以相当于手动控制，但喘振控制优先，即防喘振工作点进入防喘振区域时，虽然手动输出，但还是优先防喘振自动控制，以保证防喘振工作点不进入喘振区。

3.2.2.2气压机防喘振控制

应用防喘振PID控制功能块时，如果前操作点远离防喘振线，则比例度默认为200，保证入口流量波动不影响防喘振输出；当前操作点不大于防喘振下移线时，强制增大放大倍数，比例度强制为50。

PID控制参数的作用方式为反作用；设置控制器快开/慢关功能，快开为1 000，慢关为200。

独立的比例项可强制防喘振阀打开，其作用与常规PI调节器之间相互独立。比例度设置初值默认200，可以在HMI画面上修改比例度，当前操作点不大于防喘振下移线时(操作点工作在防喘振下移线的左侧)，强制增大放大倍数，比例度强制为50以加强比例带作用。比例项在防喘振控制线(下移线)左侧的某一设定区域内开始打开防喘振阀，当操作点到达喘振线时完全打开防喘振阀。

积分时间设置初值默认为30次/s，可以在HMI画面上进行修改；微分时间设置为0s。

手动/自动/半自动的无扰动切换：

0=手动 纯手动

1=自动 纯自动

2=半自动 有手动功能但喘振优先

半自动模式防喘振保护功能相当于手动输出，但进入喘振区喘振控制优先；手动输出跟踪PID输出。

防喘振阀的调节：本地/远程控制选择半自动时，本地(MCS)/远程(DCS)选择控制，本地置0，远程置1。

分馏塔的压力控制此处略去，不作介绍。

防喘振输出与分馏塔压力调节输出高选，操作方法有两种：

a. 本项目设计要求分馏塔压力要与防喘振阀输出进行高选逻辑控制，为此，正常防喘振设置为半自动位置，并且运行正常时，防喘振阀输出为0全关，一般不会选中，具有节能措施，当进入喘振区时，自动调节打开防喘振阀；用分馏塔压力调节，调节分馏塔压力，并与防喘振控制输出高选共享一个防喘振阀控制，保证分馏塔压力，进入喘振区防喘振起作用。

b. 分馏塔压力调节，正常时作为压力保护，设定好分馏塔压力保护值，使得分馏塔压力调节输出为0，保证正常生产时，不被选中，分馏塔压力过高时起作用；正常防喘振设置为半自动位置，喘振优先，然后进行防喘振控制“本地”与“远程”选择。

需要注意的是，要求在选择切换时，一定要注意“部分自动远程控制”中的输出值，务必要与防喘振控制的输出值一致，保证切换输出值不变。

气压机防喘振调节器输出与分馏塔顶压力调节输出进行高选输出，经快开(快开速率1 000)/慢关(慢关速率200)速率。

当进入喘振时，就会产生喘振标志灯红色闪烁，并且喘振累计数加1，总裕度增加2%(量程600)，此时防喘振线下移2%，形成第三条粉色线即喘振下移线。

如果按“喘振复位”按钮，下移线复位，喘振标志正常(常绿)，喘振裕度恢复正常，喘振累计数不变。按“防喘振控制FIC-1501”会弹出防喘振调节器界面。

气压机润滑油压力调节此处略去，不作介绍。

3.3 装置和机组联锁逻辑特殊说明

除了常规的装置和机组逻辑外，对以下几个特殊逻辑进行说明。

对于装置和机组联锁逻辑条件不能满足的信号，进行特殊处理。例如：机组联锁逻辑中电机联锁状态，停车时信号触点为断开(NO)，运行时触点闭合(NC)，为了能使电机停机时机组联锁逻辑能联锁复位(满足条件)，就需要做特殊处理，使得电机停机触点断开1s后触点闭合，保证机组联锁逻辑可以满足条件(联锁复位)。

轴流风机逆流保护逻辑(图17)。轴流风机逆流保护逻辑分为逆流(安全运行)和持续逆流(紧急停机)，逆流可以使得安全运行逻辑动作，持续逆流可以使得联锁逻辑动作，逆流保护逻辑功能动作，需要转速限制，当三机组转速不小于正常转速的98%(6 128.92r/min)时，逆流保护功能起作用；但二机组运行(电机+轴流式风机)时，没有转速信号(转速安装在烟机上)。为此，增加一个二机组和三机组选择按钮(置0为二机组，置1为三机组)，利用电机合闸信号，当二机组运行时，只要电机合闸信号置1(在60s内)正常。

逆流条件(安全运行)：如果喉部差压还是低于1.2kPa置1或主风机喘振标志置1延时1s，并且再延时3s还低或有喘振标志时，主风机安全运行置1，安全运行联锁动作。并且在20s内有两次置1则安全运行置1。持续逆流条件(紧急停机)：如果喉部差压还是低于1.2kPa置1或主风机喘振标志置1延时1s，并且再延时3s还低或有喘振标志时，主风机安全运行置1，并且延时3s还低或有喘振标志时(安全运行)，再延时5s还低，则三机组联锁停机。

图17 逆流保护逻辑界面

增加主风机总出口电动阀关联锁复位条件，保证联锁复位后单向阻尼阀电磁阀带电(强制关，随动开)，但主风机总出口电动阀关(增压机出口阀同样增加一个回讯)。

4 结束语

ICS T6300压缩机控制系统在滨化催化裂化装置机组综合控制系统(包括机组的组成、系统硬件、通信和主要控制方案)中的实际应用实例，证实该系统可以较好地完成各种控制功能和联锁功能。ICS T6300三重化冗余安全控制系统克服了传统分散控制系统的缺点，把机组的各个控制部分(调速、防喘振控制、事件顺序记录、故障诊断及机组的紧急停车联锁等)完美地结合在一起，集成为一套压缩机控制系统，实现了机组综合控制功能。该系统组态简单方便，安全可靠，维护方便，在石油化工生产过程中发挥了重要作用。