循环氢压缩机组的控制系统模块开发

文|沈阳鼓风机集团股份有限公司 郭杨

一、引言

循环氢机组作为柴油加氢装置的核心设备，能够提供充足的氢气、保证氢油比，从而产出合格柴油产品，对环境污染起到了积极的缓解作用。循环氢机组是离心压缩机。

如图1 所示的循环氢离心压缩机组是针对我公司为某用户开发的210 万吨/年二甲苯异构化装置设计的。该机组由BCL404 压缩机及冷凝式汽轮机组成，通过膜片式联轴器将压缩机与汽轮机连接，汽轮机和压缩机安装在公用底座上，通过润滑油站为整个机组供油。

作为一种单级高压离心压缩机，BCL404 压缩机机壳为垂直剖分式，主要由定子、支撑轴承、推力轴承、轴端密封、干气密封、转子和联轴器等组成。垂直剖分型循环氢离心压缩机结构如图1 所示。

图1 垂直剖分型循环氢离心压缩机结构简图

二、保护监测系统设计

根据210 万吨/年二甲苯异构化装置用户的需求及设计要求，首先完成循环氢压缩机的保护监测系统设计工作，利用美国本特利内华达的机械保护监测系统Bently 3500 完成对异构化循环氢压缩机的保护监测工作，设计了Bently 3500 保护系统的总体方案。

在用户现场，通过对离心压缩机各个位置的各个振动、位移传感器输出信号等进行前置放大器处理，进入Bently 3500框架中的检测输入模块，在对应的模块中完成电压、报警联锁值和信号量程等的设置工作，从而实现处理和采集信号的目的。

Bently 3500 系统的输入模块中可以设定报警联锁值，通过继电器模块设定相应的联锁输出，同时选用单点联锁，通过“或”、“与”的逻辑关系达到“3 取2”和“2 取2”的联锁组态形式。Bently 3500 组态内部可以通过检验回路的各种故障信号，参与联锁及报警。

210 万吨/年二甲苯异构化装置控制中的第一步是保护监测系统。选用Bently 3500 作为监测保护系统，实时监测压缩机组的温度、振动及位移，同时，冗余是循环氢压缩机设计中的需求，Bently 3500 具备两重冗余的重要功能。通过通讯接口，将Bently 3500 与PLC 连接，它的通讯协议是RS485 Modbus，并且PLC 将Bently 3500 的监测数据和状态数据进行数据报警逻辑控制和趋势记录，通过通讯模块传递给上位机，可以实现柴油加氢装置循环氢的历史数据记录，并且可视监控。保护监测系统结构如图2 所示。

图2 Bently 3500 保护系统整体结构图

同时，根据用户的具体需求和设计要求，设计了210 万吨/年二甲苯异构化装置系统配置清单，如表1 所列。

表1 3500 监测保护控制系统配置清单

三、控制系统下位机PLC 模块开发

异构化循环氢压缩机组的控制系统逻辑功能主要是指对Bently 3500 采集到的数据进行转化和分析，具备启、停车各个控制功能，开发了报警联锁逻辑运算和防喘振逻辑等功能。针对具体模块开发主要从以下五个方面进行设计。

1、模拟量转换逻辑

从现场Bently 3500 采集到的信号，所有都为模拟信号，如果被识别，就需要进行转化，它在这个系统中会有一定数值的量程。通过采集转化的数值，会进行二进制转化，本系统中的温度变送器PT100 是电阻信号，压力变送器转换成4 ～ 20mA 信号，所以模拟信号测点均采用同一办法来实现。

W41TIA80401 是信号测点接入PLLC-AI 卡的地址，机器码是819-4059，输入变量为0～150℃。经过转换后，OUTTO 的数值为输出变量。

2、启车逻辑

机组的允许启动条件为油温正常、润滑油总管压力正常、与机组有关的阀门位置正常和机组无联锁等，如果条件满足，系统将自动给出允许开车指示。

3、油泵逻辑

机组的油泵控制是非常重要的，一旦润滑油没有放置在压缩机组的油路中，会造成非常严重的后果。这里采用两台油泵，主油泵和辅油泵，即一旦故障出现在主油泵，压缩机组的控制系统将自动启动润滑油备用泵，发出对应命令。

4、报警联锁逻辑

如果在某一工况下，实际测量值出现异常，比如超出或低于设定值，主要是报警的设定值或是联锁的设定值，机组会做出反应，进行报警，并且状态位联锁。软旁路数字开关是需要设置的，它存在于各个联锁点，如果故障出现在一个变量仪表中，但不要求联锁停车，单点切除即可，完成单点切除后，在联锁逻辑输出时这个点就不存在了。当报警发生时，且单点切除正常时，连锁再次使用，解除旁路开始工作。

5、防喘振逻辑功能的实现

根据用户的防喘振的要求，依据循环氢压缩机组的相关参数控制，比如流量和压比等，为了实现机组安全稳定运行的目的，通过Tristation1131 设计了异构化循环氢压缩机组控制系统的防喘振技术，选用Pd/Ps ～h/Ps 算法，如图3 所示。

图3 防喘振控制示意图

对于异构化循环氢压缩机组控制系统的防喘振控制技术，PID 功能块是最重要的，随着不断变化的SP（在PID 功能块中），不同工况下的P、I、D 参数不同。具体P、I、D参数是保密部分，不做相关计算。

四、结论

本文从用户需求和设计要求出发，通过Bently 3500 系统先对异构化循环氢压缩机组的保护监测系统进行了设计。同时，对机组控制系统下位机PLC 的功能模块进行开发。通过调试，整套控制系统满足了机组要求，其最终的设计实现了高品质、高可靠性的循环氢压缩机控制系统，实现了高度的安全性要求，完全满足用户需求和设计要求，验证了控制方法的有效性。该机组功能模块的开发应用，对开发同类产品具有借鉴作用，同时，对提高公司控制水平具有积极地作用。