Tricon系统在催化富气压缩机性能控制中的应用与改进

任海杰（山东京博石油化工有限公司，山东 滨州 256500）

Tricon系统在催化富气压缩机性能控制中的应用与改进

任海杰
（山东京博石油化工有限公司，山东 滨州 256500）

随着人类社会的快速发展，工业技术水平的不断提高，使人类逐渐的认识到科学、合理的利用资源已经成为当代社会发展的主要方向，对于石油化工企业需要解决的主要问题就是节能减排、提高生产效率、安全生产。下面介绍Tricon系统在催化富气压缩机防喘振控制及分馏塔顶压力控制中的应用与改进。

富气压缩机；防喘振；Tricon

1 引言

催化装置富气压缩机的控制为汽轮机拖动，为了节约蒸汽同时达到平稳操作的目的，在原有基础上进行改进，通过优化防喘振及分馏塔顶压力控制来优化性能控制。

2 压缩机的防喘振功能实现

2.1 防喘振扩展函数及功能块说明

我们利用TRICON防喘振扩展函数功能模块来完成压缩机的防喘振控制。

防喘振扩展函数的各功能块作用如下：

喘振线功能块为（Surge_Line）SRG_LINE

喘振监测功能块为（Surge_Detect_02）Recal02

喘振调节功能块为（Surge_Control_02）SP_Hover02

我们使用的是压比rPRATIO1A对流量百分比rHX1A（Pd/Ps对h/ Ps）的算法。

在完全手动状态下gMANUAL1A置1，输出阀位由操作员在HMI“手动输出”上给出，当在部分手动状态下，手动控制值与喘振控制输出值选高值。

防喘振程序采用的是压比rPRATIO1A对流量百分比rHX1A（Pd/Ps对h/ Ps）的算法。

2.1.1 计算工作点

把现场流量变送器FT_601送来的标况状态下测的的流量、温度aTI_611、入口压力aPT_601换算成设计温度40℃，设计压力0.1428MPa时，对应的质量流量为rFT_601comp，然后再把rFT_601comp换算成百分比r1HX，即工作点。

2.1.2 计算喘振点

利用SRG_LINE计算出在固定喘振线下的对应不同出入口压比r1PRAT下的喘振点。

喘振线的计算如下：

把表1计算所得的横、纵坐标值输入给SRG_LINE对应的管脚。即得到对应的喘振线。

表1

图1 防喘振控制操作画面

2.1.3 计算防喘振线和喘振下移线

首先，利用功能块SAFETY_MAR计算出固定裕度r1SAFETY_OP=7%，然后利用Recal02计算出每发生一次喘振防喘振线下移的裕度r1RECAL_1，本喘振设置为每喘振一次下移2%的裕度，最大调整裕度为32%。把计算所得的固定裕度与调整裕度相加得到整个安全裕度r1TOT_SAFETY=r1SAFETY_ OP+r1RECAL_1。最后利用Cntline把喘振线线性平移对应的安全裕度。即得对应的防喘振线和喘振下移线。

2.1.4 计算防喘振PID的输出值

首先，计算PID 的SP 值，它是利用SP_Hover02 计算出SP 值，r1SRG_ SP=r1MAR-r1TOT_SAFETY-k1HOVER。其中k1HOVER=5%为设定点与工作点的盘旋距离，盘旋移动增量为1%。然后，利用ADPTV_TUN03产生PID设定的GAIN 和RESET值。ADPTV_TUN03的基本工作原理是在r1SRG_SP左右设置6%的裕度，当r1MAR ＜r1SRG_SP-6时，GAIN将线性增加，最大增加到20.0；RESET将线性增加，最大增加到500.0，当r1MAR ＜r1SRG_SP+6时，GAIN将线性减小直至-20.0；RESET将线性减小，最大减小到-500.0，最后利用PID_SRG03输出PID的值r1SRG_CON。

2.1.5 计算防喘振比例项的输出值

当工作点突然减小到了整个安全裕度内的70%时，此比例作用才有效。Srg_Ovrd03是利用r1MAR＜r1TOT_ SAFETY*70%时，r1SRG_OVRD将由0%开到100%的阀位输出。

2.1.6 计算防喘振阀的输出值

它是利用Valve_Sel06功能块实现最终的阀位输出的。它的输出是选择r1SRG_CON、r1SRG_OVRD、e1MAN_ DMD三个中的最大值输出到阀。此功能块定义了三种工作模式：

（1）全自动g1AUTO=1；g1MANUAL=0；（2）半自动g1AUTO=0；g1MANUAL=0；（3）全手动g1MANUAL=1；在全自动时输出是选择r1SRG_CON和r1SRG_OVRD、的最大值。

在半自动时是选择r1SRG_CON、r1SRG_OVRD、和e1MAN_DMD的最大值输出去的。在全手动时是全部由e1MAN_ DMD输出到阀位的。

2.2 防喘振控制操作画面

图1中 1 部分为：为喘振控制图。红色线是喘振线，绿色是喘振下移线，黄色是防喘振线。

图中 2 部分为：防喘振控制操作如下图。控制方式选择，设有自动，半自动，手动三种控制方式。

手动方式：输出阀位由操作员在HMI“手动输出”上给出，或由、按钮给出。

图2 防喘振调试画面

图4 性能控制效果图

自动方式：输出完全由防喘振程序决定。

半自动方式：输出是手动控制值与喘振控制输出值选高值。

图中 3 部分为：防喘振控制喉部差压、出口压力、入口温度、输出阀位的实时趋势图。

图中 4 部分为：防喘振控制参数的实际值，主风机入口温度TI40111，主风机喉部差压PDI40102A、PDI40102B、PDI40102C，主风机出口压力PI40107，主风机入口压力PI40109及防喘振阀FV40102A、FV40102B输出阀位的数值显示。

喘振线下移数：当前喘振下移线下移的裕度。

喘振累积数：从喘振投用到现在的所发生喘振的次数。

喘振数：上次点击了喘振复位按钮到现在所发生的喘振数。

图中 5 部分为：防喘振控制的喘振点和实际工作点及控制点的实际坐标值。

画面如图1所示。

特别说明：当发生喘振时，工作点越过喘振线，同时出现喘振下移线，喘振标志指示为红色。

喘振下移线作为下次防喘振控制线，只有当点击复位按钮后，才可以把喘振下移线复位到初始的防喘振线。这要根据主风机当时的工作状态。是否选用新的防喘振线，以至于早点开防喘振阀。静态调试用来在主风机停机时，调试防喘振阀的。点击此标志出现如下窗口：图2防喘振调试画面，这时点击实验按钮开始调试，调试结束点击取消，否则会带来严重后果。

3 压缩机转速控制入口压力与防喘振阀的解耦控制方案

3.1 降分馏塔顶压力控制方案

3.1.1 首先判断防喘振工作点是否在安全区域，如果在安全区域，则先关闭防喘振阀，当防喘振阀投用全自动时可以直接关到满足入口压力为止，如果关到一定值时已满足入口压力，并且工作点还远离控制线，则开始以60RPM开始降速，此时回流阀仍然投在自动调节状态，开始以PID慢慢关回流阀，直至回流阀不能再关，或者转速降至最低为止。

3.1.2 首先判断防喘振工作点是否在安全区域，如果在安全区域，则先关闭防喘振阀，如果回流阀关到全部关闭值时，还没有达到设定值，则开始升转速，直至达到设定值为止。

3.1.3 首先判断防喘振工作点是否在安全区域，如果在安全区域，则先关闭防喘振阀，如果回流阀在半自动状态，则关到半自动状态设定值时，还没有达到设定值，则开始升转速，直至达到设定值为止。

3.1.4 首先判断防喘振工作点是否在安全区域，如果在安全区域，则先关闭防喘振阀，如果防喘振工作点已经进入离控制线1%范围内时，还没有达到设定值，则开始升转速，如果升转速时，工作点达到离控制线大于3%时，还没达到设定值，此时停止升转速，开始继续关闭防喘振阀，当关闭防喘振阀时，工作点进入离控制线1%到3%之间时达到设定值则保持当前状态，入口压力调节防喘振阀，反之继续循环前面的操作。直至达到设定值为止。

3.2 升分馏塔顶压力控制方案

3.2.1 首先判断防喘振工作点是否在安全区域，如果在安全区域，则先降低转速，如果降到最低转速时，还没有达到设定压力，则开始打开回流阀，直至达到设定压力为止。

3.2.2 首先判断防喘振工作点是否在安全区域，如果在安全区域，则先降低转速，如果防喘振工作点已经进入离控制线1%范围内时，停止降速，此时开始开回流阀，等到工作点到达离控制线大于3%安全区域时，再降低转速，直至达到设定压力为止。

3.3 分馏塔顶压力三取二控制方案

原设计分馏塔顶压力只有1个，故障率较高，改造后增加2个压力变送器，通过三取二的方式提高运行的稳定性。主要控制方案：当3个压力都正常时，取中值作为控制点；当有1个压力失灵时，取正常2个中的高值作为控制点；当2个压力失灵时，取正常的1个作为控制点；当3个压力全部失灵时，取失灵瞬间的正常值作为控制点，逻辑图如图3所示。

3.4 具体效果图（如图4所示）。

4 改进后效果分析

4.1 降低劳动强度：投用性能控制，减少操作工频繁操作，降低操作工劳动强度。

4.2 平稳操作：投用性能控制，富气压缩机操作更加平稳。

4.3蒸汽节能：每小时节约2.5T蒸汽，按照每吨蒸汽220元、每年运行300天计算，每年可以节约=220×300×24×2.5=396万元。

4.4富气节能：反飞动阀正常处于关闭状态，特殊情况才打开，减少了回流量也是一种节能。

结语

TRICON控制系统自投用以来运行稳定，改进后的转速控制和防喘振控制完全满足工艺要求，降低了操作工的劳动强度，有力的保障了机组的长周期平稳运行。

[1]王福兵，袁培刚.TRICON控制系统在催化富气压缩机组中的应用[J].自动化与仪表， 2011， 26（04）：34-38.

TP273

A

任海杰（1984-），男，山东广饶人，山东京博石油化工有限公司，仪表主任工程师，研究方向自动控制。