基于DCS的机组控制在橡胶厂丁苯装置约克冰机中的应用

黄光灵 梁 瑜 刘从涛

(中国石油兰州石化公司电仪事业部)

基于DCS的机组控制在橡胶厂丁苯装置约克冰机中的应用

黄光灵 梁 瑜 刘从涛

(中国石油兰州石化公司电仪事业部)

橡胶厂丁苯装置约克冰机原在自带的QUANTUM 4控制板上进行控制，通过对原控制程序进行分析，针对其缺陷，改为在DeltaV DCS系统中实现机组的运行控制。改造后减少了故障频次，降低了维护成本，故障查找更为直接高效。

DCS 丁苯装置 约克冰机

中国石油兰州石化公司橡胶厂的丁苯装置约克冰机采用双螺杆制冷压缩机，为装置聚合、单体回收单元提供制冷剂。冰机的长周期稳定运行是保证橡胶厂丁苯装置平稳运行的一个必要条件。约克冰机在约克自带的QUANTUM 4控制板上进行控制，人机界面无历史趋势，事件记录不全，有时会发生误报警现象，在发生设备故障时无法准确分析故障原因，控制主板也已停产，升级费用较高。为此，将C-701C冰机控制从约克单板机控制器引入DCS控制。

1 丁苯装置氨冷单元的工艺流程简介

丁苯装置氨冷单元的工艺流程如图1所示，丁苯装置聚合单元与单体回收单元来的气氨送至气液分离器，将气氨中夹带的液氨进行分离，分离后的气氨去螺杆式冰机压缩升压变为高温高压气氨，再经过油分离器进入冷凝器，通过冷却水冷凝为液氨送往聚合和单体回收单元。

图1 丁苯装置氨冷单元工艺流程

2 螺杆压缩机工作原理

螺杆压缩机壳体内装有一对阴、阳转子。电机通过传动装置驱动阳转子，再由阳转子带动阴转子，使阴阳转子以一定的间隙保持同步旋转。喷油螺杆压缩机在机壳内喷入了少量的压缩机油，油进入壳体内转化成油雾，然后与壳体内的压缩气体混合后在转子的齿槽间被有效地压缩，压缩后的油气混合物经过下游的油气分离器分离后排出。油在机体内的作用主要有：润滑转子，因此阳转子可直接带动阴转子，省去了同步齿轮；密封转子各部分的间隙和转子与壳体的间隙，提高产气效率；吸收压缩过程中产生的大部分热量，因而其单级压比较高[1]。

3 螺杆压缩机容量控制原理与组态实现

丁苯装置约克冰机的双螺杆制冷压缩机为容积式压缩机，容量调节装置采用滑阀调节。这种调节方法是在螺杆压缩机的机体上装一调节滑阀，成为压缩机机体的一部分。滑阀位于压缩机机体高压侧两内圆的交点处，在转子下方的一个槽中由液压缸驱动在气缸轴线平行的方向移动，通过改变螺杆的有效轴向工作长度，使能量在10%～100%之间连续无级调节[2]，多余部分的气体未经压缩而重新返回到进气总管，仅压缩实际需要的介质，最大限度地节省功率的消耗，以达到能量调节的目的。调节滑阀的容量调节作用，可使压缩机在调节工况下保持较高的效率。滑阀工作原理如图2所示。

滑阀控制分为现场就地控制和DCS远程控制两种方式：

a. 现场就地控制。现场就地控制盘的“滑阀就地/远程”切换至“滑阀就地”位置时，通过操作现场就地控制盘“滑阀加载/卸载”按钮实现冰机负荷调节。

b. DCS远程控制。现场就地控制盘上的“滑阀就地/远程”切换至“滑阀远程”位置，通过控制室DCS画面操作实现冰机负荷调节。手动控制时通过DCS“手动加载/卸载”按钮实现调节。自动控制时通过吸气压力和滑阀位置的串级控制实现。加载电磁阀YY-402C带电时，滑阀加载；卸载电磁阀YY-401C带电时，滑阀卸载。容量控制逻辑如图3所示。

冰机容量控制为冰机吸气压力控制和滑阀控制的串级控制。

图2 螺杆压缩机滑阀工作原理示意图

自动加载判断。位置控制器ZIC-2C测量值与其设定值之差大于偏差设定值T(T缺省2%设定)且位置控制器ZIC-2C输出值与前一扫描周期(2s)FLTR输出值之差大于零。

自动卸载判断。位置控制器ZIC-2C测量值与其设定值之差小于负的偏差设定值T(T缺省2%设定)且位置控制器ZIC-2C输出值与前一扫描周期(2s)FLTR输出值之差小于零。

4 滑块控制原理与组态实现

螺杆压缩机工作过程的重要特点之一是具有内压缩过程。双螺杆转子随着转子容积的缩小而压缩齿间容积内的气体，直到工作容积与排气口边缘相连通为止，这一过程称为内压缩过程。压缩终了时工作容积内的气体压力称为压缩终了压力。当压缩过程终了，排气过程刚刚开始时，由于在某些工况下排气压力和压缩终了压力不相等而引起工作容积内气体压力突然降低或增高，即产生等容膨胀或等容压缩，使压力等于背压(油分内压力)时再进行排气过程。容积比调节机构的目的是通过改变径向排气孔口的位置来改变内容积比，以适应不同的运行工况。滑块控制实现冰机容积比调节，对于工况变化范围大的机组，有必要实现内容积比随工况变化进行无级自动调节。而对于工况变化范围不大的机组，滑块位置一般保持在一个固定值。

图3 C-701C冰机容量控制逻辑

滑块控制只能在DCS手动调节，加载电磁阀YY-403C带电时，滑块加载；卸载电磁阀YY-404C带电时，滑块卸载。滑块控制逻辑如图4所示。

图4 C-701C冰机滑块控制逻辑

自动加载判断。ZIC-1C测量值与其设定值之差大于偏差设定值T(T可设定)和ZIC-1C输出值与前一扫描周期(2s)FLTR输出值之差大于零两个条件同时满足。

自动卸载判断。ZIC-1C测量值与其设定值之差小于负的偏差设定值T(T可设定)和ZIC-1C输出值与前一扫描周期(2s)FLTR输出值之差小于零两个条件同时满足。

手动加/卸载。通过现场手/自动切换开关和现场手动加/卸载按钮实现。

5 经济器电磁阀控制

当冰机滑阀位置ZI-2C不小于90%时，经济器电磁阀YY-701C带电，经济器投用，液氨储罐送出的液氨一部分进入经济器壳程，对经济器管程中的液氨进行二次冷凝，经济器热交换产生的气氨送回冰机入口；当冰机滑阀位置ZI-2C不大于85%时，经济器电磁阀YY-701C失电，经济器切出，液氨直接送往聚合和单体回收单元。冰机停机时经济器电磁阀YY-701C不允许打开。经济器电磁阀控制逻辑如图5所示。

图5 C-701C冰机经济器电磁阀控制逻辑

6 联锁保护程序

根据约克公司提供的资料，通过实际模拟启机调试，最后发现有6个开车条件，12个停车条件。编制冰机启动/停机程序，逻辑如图6所示。

图6 C-701C冰机启动/停机逻辑

7 结束语

约克冰机控制在DeltaV DCS实现，依托原有DCS系统无需另行采购，节约原约克系统控制主板、触摸屏及IO卡件等备件采购成本约9.5万元；利用DCS直观的程序运行管理功能、完善的趋势记录和事件记录优势，平均故障查找时间由原来的1h缩短为5min；利用DCS强大的流程图画面监控和声光报警功能，将冰机运行所需的44个监控参数全部列出在一页流程图画面中，工艺人员操作监控更加直观高效，使工艺人员对冰机的运行状态实现全面掌控，达到了优化控制的目的。

[1] 吴宝志.螺杆式制冷压缩机[M].北京：机械工业出版社，1995.

[2] 牛冠博.氨气压缩机控制方案在DCS中的实现[J].石油化工自动化,2015,51(5)：57～59.

ApplicationofDCS-basedUnitControlinSBRYorkRefrigerationCompressor

HUANG Guang-ling, LIANG Yu, LIU Cong-tao
(Electrical&InstrumentDepartment,PetroChinaLanzhouPetrochemicalCorporation)

The YORK refrigeration compressor in a SBR plant is originally controlled by a built-in QUANTUM4 control panel. Through analyzing its original control program and shortcomings, having DeltaV DCS system based to control it was implemented. The results show that, after renovation, the refrigeration compressor’s fault frequency can be reduced along with a decreased maintenance cost and an efficient trouble shooting.

DCS, SBR plant, YORK refrigeration compressor

TH865

B

1000-3932(2017)04-0379-05

2016-11-05，

2017-02-13)

黄光灵(1982-)，工程师，从事仪表维修工作，huangguangl@petrochina.com.cn。