恩贾梅纳炼油厂重油催化裂化装置的ITCC&SIS系统

卢世军 梁楚昕

(1.乍得恩贾梅纳炼油厂仪修车间，乍得 恩贾梅纳 999052；2.中国石油玉门油田炼化总厂仪表车间，甘肃 玉门 735200)

恩贾梅纳炼油厂重油催化裂化装置的ITCC&SIS系统

卢世军1梁楚昕2

(1.乍得恩贾梅纳炼油厂仪修车间，乍得 恩贾梅纳 999052；2.中国石油玉门油田炼化总厂仪表车间，甘肃 玉门 735200)

乍得恩贾梅纳炼油厂重油催化裂化装置机组部分主要包括两套主风机组和一套富气压缩机组。催化装置的联锁逻辑和机组的监视、控制与保护功能均整合到了ITCC&SIS系统中，笔者对该系统硬件、软件和所实现的功能进行了介绍。

ITCC&SIS系统 主风机组 富气压缩机组 本特利TS3000 调速控制 防喘振控制

恩贾梅纳炼油厂重油催化裂化装置主风机组为两套凝汽式汽轮机驱动的离心式压缩机组，操作参数相同，当装置满负荷时，两套机组并联运行，当任意一台主风机组出现故障，停下进行维修时，另一台可供装置低负荷运行。富气压缩机组为一套背压式汽轮机驱动的离心式压缩机组。压缩机与汽轮机采用联合底座。压缩机为沈阳鼓风机有限公司制造，汽轮机为杭州汽轮机股份有限公司制造，机组由沈阳鼓风机有限公司成套。压缩机与汽轮机的每个径向轴承和每个止推轴承主、副推力面内均埋有Pt100型热电阻，以监测轴承温度的变化。每个径向轴承部位安装有两个测振探头(互成90°角)以监测转子振动变化情况，止推轴承侧安装有轴位移探头以监测轴位移变化情况。

ITCC(Integrated Turbine & Compressor Control System)，即透平压缩机组综合控制系统，是集蒸汽透平的速度控制、压缩机的防喘振控制、负荷控制、机组报警、联锁控制、SOE事件顺序记录、常规指示及故障诊断等功能为一体的集成综合系统，主要用于大型透平压缩机组的控制[1]。由于恩贾梅纳炼油厂催化装置的联锁与机组ITCC系统做到了一起，故统称为ITCC&SIS系统。为了保障机组的安全运行，在ITCC&SIS系统中设置有以下控制保护和监测功能：防喘振控制保护；机组转速调节控制；机组轴承温度、轴位移、轴振动监测；润滑油和调节油压力调节控制；干气密封(针对富气压缩机组)；机组紧急停机保护等。

1 系统的硬件组成

ITCC&SIS系统采用TRICONEX公司三重冗余容错(TMR)结构的TS3000系统，共包含8个系统机柜，机柜编号分别为：202-ITCC&SIS-SYS-001～004、202-ITCC-SYS-005～008，同时还另有一个机柜用于安装本特利3500轴系仪表监测系统，监测各机组的轴振动、位移等情况，机柜编号为202-BENTLY-SYS-001，表1为本特利3500系统的硬件配置。

表1 本特利3500系统的硬件配置

ITCC&SIS系统包含两个部分：一是装置联锁，二是主风机、气压机的机组联锁。其中，装置联锁和气压机机组联锁做在了一个系统中，代号为H1178(机柜202-ITCC&SIS-SYS-001～004)，两台主风机组的联锁做在了另一系统中，代号为H1179(机柜202-ITCC-SYS-005～008)，两个系统各配备一个辅操作台。联锁逻辑选择的是故障安全，简而言之，就是在无信号或信号接线断路的情况下都会引起相应的联锁。表2为系统的硬件配置。

表2 ITCC&SIS系统的硬件配置

主风机、气压机的轴振动、位移信号是通过Modbus通信从本特利3500机柜到各自控制器的，而转速是通过硬接线进控制器转速卡件(脉冲输入PI卡件)，轴系联锁信号是由本特利3500发出通过硬接线接到主风机、气压机控制器的DI卡件的。

2 软件介绍

ITCC&SIS系统的软件主要包括上位软件Intouch、下位软件Tristation1131、事件顺序记录程序Triconex SOE Recorder、诊断程序和通信软件DDE server等。

Intouch是Wonderware 公司开发的世界上第一个集成的、基于组件的MMI系统——Factory Suite 2000中的一个核心组件。它具有世界领先的HMI和面向对象的图形开发环境，便于高效、快捷地配置用户的应用程序。Intouch主要包括3部分：一是应用程序管理器，用于组织管理创建的程序，二是开发界面Windowmaker，三是运行窗口Windowviewer，用于显示在Windowmaker 中创建的图形窗口。Tristation1131是下位软件，用它编写的应用程序即Tricon控制器中运行的程序。SOE Recorder用于事件的顺序记录，用诊断软件Triconex Diagnostic Monitor可以看到系统的硬件结构和系统运行状态，DDE server用于上位程序与下位程序的链接。

3 装置联锁

装置联锁包括：切断进料、切断两器、切断主风。从这3部分的名称不难看出它们的优先级别。切断进料级别最低，切断主风级别最高。切断主风必然会切断进料、切断两器，换言之，就是主风出问题联锁，装置就整个被停下来。

引起切断进料的联锁条件有5个，分别是提升管出口反应温度TS-10301B、反应进料流量FT-10202、切断进料硬手操、切断两器、切断主风。

引起切断两器的联锁条件有3个，分别是两器差压PDT-10404、切断两器硬手操、切断主风。

引起切断主风的联锁条件有3个，分别是主风流量低(FT-40204B、FT-40204C、FT-40204D三选二)、主风机停(K-101A、K-101B停，由主风机保护系统提供)、切断主风硬手操。

4 机组联锁(以主风机组K-101A为例)

4.1允许启动逻辑

主风机组允许启动条件为润滑油冷却器后温度TT-40306不小于35.0℃；润滑油总管压力PT-40312不小于0.25MPa；汽轮机速关阀有全开回讯信号ZS40501；汽轮机速关阀无全关回讯信号ZS40502；防喘阀全开信号FZOS40201；盘车电机未运行(无运行信号)；无联锁标志(mK101_1TRIP=1)；单向阻尼阀无开回讯信号ZOS40201；单向阻尼阀有关回讯信号ZCS40201。

4.2联锁停车逻辑

主风机组联锁条件包括压缩机轴温(TT-40601、TT-40602、TT-40603、TT-40604、TT-40605、TT-40606、TT-40607、TT-40608)不小于115℃；压缩机轴振(VSA-40601、VSA-40603)不小于89μm；压缩机轴位移(XSA-40601)不小于0.7mm；辅操台紧急停车按钮SB1按下；汽轮机轴温(TT-40651、TT-40652、TT-40653、TT-40654、TT-40655、TT-40656、TT-40657、TT-40658)不小于115℃；汽轮机排气压力(PISA-40401)不小于0.07MPa；汽轮机速关油压力(PSA40502)不大于0.15MPa；汽轮机就地盘紧急停车按钮PB4按下；汽轮机轴振(VSA-40651、VSA-40653)不小于75μm；汽轮机轴位移(XSA-40651)不小于0.8mm；汽轮机转速(SISA40504、SISA40505、SISA40506)三选二不小于6 682r/min；汽轮机转速控制r1SPDOUT(SV1742)大于40%且转速r1SPEED小于500r/min；润滑油总管压力(PISA40312、PISA40313、PISA40314)三选二不大于0.1MPa。

5 调速控制

针对汽轮机的转速控制，每套机组设置有6块转速表，其中一块是现场就地表，其余5块的信号进转速卡件，其中的3个信号用于三取二联锁，另外两个信号用于调速，在程序中做了高选，开始升速后，忽略小于200r/min的信号。

汽轮机升速过程的各个状态如下：

模式0(停车模式)，当有联锁发生或模式2下突然不具备开车条件时，模式变0；

模式2(准备启动模式)，模式0下机组具备开车条件，或停车时转速降到暖机1+100r/min且计时满2min的瞬间，模式变2；

模式3(暖机1)，模式2下按启动按钮(按钮不保持)，模式变3；

模式4(暖机2)，模式3下热启自动转速达到暖机1-100r/min满2min，或者冷启自动暖机时间到，或者手动升、降转速达到暖机1-100r/min满2min，模式变4；

模式5(升速模式)，模式4下，自动状态或者手动升降转速达到暖机2-100r/min，模式变5；

模式6(运行模式)，模式5下，转速达到运行下限-100r/min，自动或者手动有升降命令时，按下确认按钮(不保持)，模式变6；模式8下，退出超速的瞬间，模式变6；

模式7(正常停车)，模式6下，按停车按钮(不保持)，模式变7；

模式8(超速试验)，模式6下，按超速，模式变8。

根据汽轮机资料和升速曲线，在程序中设置了各模式下转速的上下限、各倒计时的时间、各阶段升速的速率，包括热启动，过临界，冷启暖机阶段，升速前期，升速后期，运行摸式及停车模式等。调速方式主要分为手动与自动，手动又分为远程和就地，就地指汽轮机现场盘，远程指上位机。

自动启动后，先升至暖机目标1，然后开始暖机倒计时1，时间到，继续升速至暖机目标2，开始暖机倒计时2，时间到，升速至运行区，期间要通过临界区。

手动启动后，除临界外，可以通过上位或就地命令进行升、降速。

升速过程模式3～6不可逆，进入下一模式后就不能退回前一模式。当汽轮机进入运行区后，又可由DCS给定转速目标值。

6 防喘振控制

以富气压缩机为例，气压机的防喘振控制画面坐标系是以pd/ps为纵坐标，h/ps(%)为横坐标建立的，其中pd为压缩机出口压力，ps为压缩机入口压力，h为节流元件压差。

6.1喘振线的生成

在建立喘振线之前，需要知道以下数据：压缩机预期性能曲线、压缩机数据表和节流元件计算书。压缩机的预期性能曲线是以压比pd/ps和进气体积流量Qs来表征的，根据该曲线可查得各种工况下的喘振点坐标值(pd/ps，Qs)，将该喘振点坐标值换算到pd/ps-h/ps坐标系下，经对各工况喘振点进行筛选，至少要保留3点以上(该例保留6点)，利用喘振点构成的折线函数生成喘振线。

6.2喘振控制线的生成

TS3000喘振控制系统控制线的生成是动态过程，初始喘振控制线是以喘振线为基准，按人为选定控制算法和增加安全裕度的方案生成的，在实际过程中，若喘振发生，喘振控制线的安全边界可自动重新修正。

该富气压缩机设置的初始安全裕度为10%(可根据实际工况做适当调整)，一旦工作点向左越过喘振线即判定为喘振发生，控制线会自动向右平移2%。按下复位键，控制线会恢复到初始设定。

6.3喘振控制器的适配增益和不对称响应(快开慢关)功能

喘振控制器提供一个适配增益特性。当工作点在喘振控制线右侧时，减少比例项的作用，当操作边界超出喘振控制线右侧一段特定距离时，就应引入一个适当的增益。

回流阀的打开取决于比例和积分响应，但是垂直上升特性又限制回流阀的关闭，这些特点就允许了回流阀能够快速打开，防止喘振。当操作在喘振控制线右侧的安全区时，回流阀按照一个固定的缓慢的速率关闭，这就允许了透平机和执行器件调整到新的操作条件下。

6.4自动方式和手动方式

自动方式，防喘振调节器输出来自自动部分，手动输出跟踪自动输出。如工作于自动方式，由于程序中的HOVER(设定徘徊点)功能，工作点会向左逼近控制线，除非防喘阀已全关。

手动方式，这种方式可任意手动调节防喘振阀开度而不管自动部分的输出情况，防喘振控制器的输出会跟踪手动设定值。手动方式具有快开慢关功能。

半自动方式，防喘振控制的输出由自动部分和手动部分的高选生成，即手动输出只能开得比自动部分更大而不能关得更小。

7 结束语

大型机组是生产装置的核心设备，其安全、可靠性对于装置的平稳、长周期运行至关重要，ITCC系统是专门用于大型透平压缩机组监视、控制与保护的综合控制系统。在ITCC系统控制器负荷率满足要求的情况下，如果装置其他部分的控制需要设置ESD/SIS(紧急停车保护)，也可以与ITCC系统共用同一控制器。仪表与自控系统维护人员，只有熟练掌握ITCC系统的硬件结构、软件组态和系统所实现的各种功能，才能做到第一时间发现问题、解决问题。

[1] 杜勇，薛轶明，东立明.ITCC系统在裂解气压缩机防喘振控制中的应用[J].化工自动化及仪表，2015，42(4)：464～467.

TH865

B

1000-3932(2016)09-1005-04

2016-05-03(修改稿)