催化气压机控制系统的升级改造

徐世翔

(陕西延长石油(集团)有限责任公司延安炼油厂电仪车间，陕西 延安 727406)

催化气压机控制系统的升级改造

徐世翔

(陕西延长石油(集团)有限责任公司延安炼油厂电仪车间，陕西 延安 727406)

某厂年产100万吨催化装置的气压机控制系统技术落后、自动化水平低且能耗大，为此，对其控制系统进行升级改造。新系统硬件由TRICON控制器、TurboSentry三取二电子超速保护器和Bently 3500轴系统仪表组成；软件改造通过系统程序优化新的性能控制。实际投运结果表明：气压机的转速平均降低了400r/min，中压蒸汽一年最低减少8万吨左右；同时，气压机控制系统操作得到了优化。

气压机 控制系统升级改造 汽轮机转速 防喘振阀 反应压力

气压机是催化炼化生产过程中的一个重要设备，其作用是将分馏部分来的低压富气提高压力后送至吸收稳定部分[1]。其动力主要来源于汽轮机，汽轮机的动力主要来源于4MPa中压蒸汽。原气压机控制系统由于技术落后，使得气压机经常处于满负荷运行，能源浪费巨大。因此，气压机控制系统不仅要在生产操作方面进行优化，更应该在节能降耗方面有所突破。

陕西延长石油(集团)有限责任公司延安炼油厂年产100万吨催化装置的气压机控制系统于1998年投产，由于技术落后、系统老化、新旧配件无法兼容、设备故障率高及能耗大等原因，已经无法满足安全平稳生产的要求。为了实现装置的安全长周期运行，给企业带来更大的经济效益，必须对气压机控制系统进行升级改造。

1 原系统现状

陕西延长石油(集团)有限责任公司延安炼油厂的年产100万吨催化富气压缩机为荏原(EBARA)埃理奥特压缩机，控制系统为AB PLC双重冗余控制系统，配有Woodward调速器、505+Loopmate位置操作器、ProTech203超速保护器、CCC防喘振控制器、Bently 3300轴系监测系统及YOKOGAWA单回路调节器等。

在原气压机控制系统的控制过程中，每次开车暖机到提速都需要操作工到现场进行手动调节，而手动调节最大的弊端就是转速控制精度低、转速波动大。尤其在经过临界转速时，会造成气压机长时间抖动，对设备伤害极大。另外，在正常生产时，还需要操作工根据反应压力手动调节汽轮机转速。

原防喘振控制器为独立CCC控制器，操作工在画面上无法看到当前工作点的实际位置，而且防喘振阀需要手动调节，一旦调节不及时就会造成防喘振阀全部快速打开，导致反应压力突然升高，火炬经常性冒黑烟。这不但造成装置运行不稳定，而且增加经济损失，污染环境。

2 新系统升级改造方案

新气压机控制系统由TRICON控制器(三冗余故障安全型系统)、TurboSentry三取二电子超速保护器和Bently 3500轴系仪表组成。

2.1转速控制

调速器控制输出程序主要由VPID功能块完成，其功能与常规调节器类似。但它只采用自动方式，当模式小于2时，输出强制给0，转速小于500r/min时输出最大为30%。自动升速模式极大地减少了操作工的劳动强度，降低了设备的风险域时间。系统转速控制模块改造后完全实现了全自动调速，不再需要操作工在现场手动升速，实现了自动通过临界转速和自动暖机的功能。

2.2防喘振控制

压缩机发生喘振的直接原因是其进口流量与出口压力不匹配进而造成压缩机轴向低频大振幅周期性气流振荡。喘振会使压缩机的性能恶化，气流参数(压力、流量)大幅波动，噪声和振动加剧，严重时足以损坏气压机。为此，通过增加反应压力自动耦合模块来控制汽轮机转速和防喘振阀，使工作点在防喘振线附近3%～5%范围内，实现压缩机的最佳工作工况和稳定运行。当需要降低反应器压力时，控制系统首先关闭防喘振阀，然后再提升转速。当需要提高反应器压力时，首先降低转速，然后再开防喘振阀。防喘振模块的升级改造达到了汽轮机转速、防喘振阀和反应压力自动控制的目的。

同时，本次改造还增加了喘振线和防喘振线的自动变化功能和可视性，从上位机画面中可以直接看到当前工作点对应的实际流量与防喘振点之间的真实距离。防喘振控制有3种工作模式：自动，完全由防喘振自动保护程序起作用；半自动，操作工可以根据装置和现场情况人为给定一阀位值，防止阀门长时间全部关闭而发生卡涩，操作工只能向安全方向操作防喘振阀，在关阀时，压缩机一旦达到喘振控制线，系统会自动限制关阀操作，保证机组安全；手动，在正常生产时，仪表调校阀门时采用手动工作模式，防止排凝导致的防喘振阀打开，造成装置波动。

2.3新增性能控制方式

本次改造新增了性能控制转速和性能控制喘振两个功能，并根据原设计的理论喘振曲线，重新计算了喘振曲线和防喘振曲线。新的防喘振曲线采用渐开式，具有最大操作性能。为了防止工作点超过防喘振曲线后才开始逐渐打开防喘振阀，在程序中设定，当工作点靠近防喘振曲线3%时，将不再降低转速或者关闭防喘振阀，而是根据反应器压力自动打开防喘振阀或者升高转速；当工作点大于5%裕度时，再执行转速或者防喘振控制。综上，既要保证压缩机以最佳状态运行，又要保证工艺平稳运行。当两个性能控制都投入自动时，反应压力就不需要操作工操作了，系统会根据设备的运行状态通过对转速的调节和对反飞动阀的控制来保证反应压力稳定。

3 经济效益

由于气压机工作点的压线运行，改造后气压机转速平均降低了400r/min；而需要的中压蒸汽从原来的60t/h降到现在的50t/h左右，平均每小时减少中压蒸汽消耗10t左右，一年最低减少中压蒸汽80kt左右，具有非常可观的经济效益。反应岗位直接输入反应器压力设定值机组控制系统实现了全自动控制，除了压缩机故障停机外反应岗位不再需要用防火炬阀来调整压力，保证了装置长周期平稳运行，实现了节能减排的目的。

4 结束语

本次气压机控制系统的升级改造实现了自动控制的目的，减少了人为操作失误的可能性，保证了装置长周期平稳运行，创造了非常可观的经济效益，实现了节能减排。尤其是汽轮机转速、防喘振阀和反应压力的自动控制得到了工艺和设备人员的高度好评。硬件升级给技术提高创造了良好的实现平台，此次改造通过系统程序优化了很多新的性能控制，可为同行在进行类似系统升级改造时提供一定的借鉴。

[1] 伍凌,易莹杰,徐杰.国产DCS中富气压缩机防喘振控制方案的实施[J].化工自动化及仪表,2011,38(5):624～625.

TH45

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1000-3932(2016)11-1220-02

2016-06-07(修改稿)