ITCC控制系统在甲醇合成装置的应用研究

田 海，岳洪霞

（内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头 014010)

ITCC控制系统在甲醇合成装置的应用研究

田 海，岳洪霞

（内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头 014010)

阐述了ITCC系统特点，以及以某新型煤化工企业的甲醇合成装置ITCC系统应用情况为例，介绍了ITCC系统的各部分组成，承担的任务及功能，对详细研究甲醇合成装置中ITCC系统的应用情况作出了研究。

ITCC；空速；防喘振控制；超速保护

1 工艺简介

某新型煤化工项目甲醇合成工艺采用英国DAVY公司的甲醇合成工艺技术。英国DAVY工艺技术有限公司（Davy Process Technology Ltd，简称DPT公司）是目前世界上大型甲醇技术的主要供应商之一，DPT公司开发的甲醇技术已有三十多年的历史，在甲醇技术方面积累了较丰富的研发和工程经验。目前，DPT公司主推的甲醇工艺流程（见图1），DPT公司称之为串联流程（Series loop），合成新鲜气进入合成/循环气联合压缩机的合成段进行压缩，绝大部分新鲜气与第二甲醇分离器来的循环气混合后，先在第一入塔预热器中预热后，进入第一合成塔。在合成塔内，甲醇合成反应在高活性的铜基催化剂作用下进行，该反应为放热反应。反应热副产低压蒸汽。离开第一合成塔的反应气经过第一入塔预热器对入塔合成气进行预热，然后进入冷却器，反应生成的甲醇和水在冷却器中最终冷却后，循环气和粗甲醇进入第一甲醇分离器进行分离。

图1 DPT公司甲醇工艺流程简图

甲醇的合成工艺正是利用合成气及循环气压缩机组的转速来合理的控制合成的空速以及压力，更好地将合成气进行反应的。因此，合理地控制压缩机组的出口压力以及转速，对甲醇合成的反应效率以及催化剂的寿命等至关重要。

2 ITCC 系统应具备的功能、要求

ITCC，即综合透平压缩机组控制（Integrated Turbine &Compressor Control）是应用于以蒸汽透平为驱动力的压缩机组控制。该系统要求具有的基本控制功能主要包括以下几个方面：①汽轮机调速控制。用以满足工艺对压缩机的工况及性能要求，快速做出调整；②汽轮机超速保护。防止汽机超速损坏设备及造成飞车事故；③压缩机组防喘振控制。针对离心式压缩机所固有的，可能发生的喘振现象加以控制，主要是对防喘振回流阀的开度进行有效控制，预防喘振发生；④机组性能控制、主机及辅机的工艺参数监控，如油路系统、密封系统、冷凝系统等的控制；⑤机组轴承位移、温度、振动监控。针对设备运行状态的监视；⑥顺序控制。ITCC 包含几个程序，都用来辅助起动压缩机及汽轮机的，程序中有使汽轮机自动升速到暖机速度，到达暖机速度后，将根据压缩机工况使汽轮机速度增长到额定转速。也有程序使汽轮机组快速冲过临界转速区，避免共振造成影响。这些起动过程可以为工艺人员做其他重要工作赢得更多的时间。⑦机组和装置的联锁逻辑控制。ITCC 能实现压缩机性能控制及入口压力控制和发生喘振时的解耦控制；当装置发生异常时，根据工况的变化，能够自动调整压缩机运行，逆向控制，对于耦合因素影响的压缩机运行状态，去反向调整工艺过程控制或机组本身的运行参数，它既实现了机组控制又为机组的长周期运行提供了保障。

3 应用情况

以某煤化工项目中年产180万t的甲醇合成装置为例，应用的ITCC系统对甲醇合成装置的合成气及循环气系统进行控制。该系统由Tricon TS3000系统、Woodward公司的 ProTech-GII系列超速保护系统、以及Bently公司3500机械轴系监测保护系统构成，ITCC系统与工艺装置的安全仪表系统（SIS）采用硬信号线连接，当SIS系统动作后，同时触发机组停车，联合保护机组设备及装置安全。对各部分的功能描述有：

1）Tricon TS3000系统主要做开停机的顺序控制、防喘振控制及调速功能、密封、油路系统、冷凝系统的控制监视和联锁保护、输入和输出运算数据，以及与工艺装置的DCS系统、其他仪表系统设备实施通讯等。

2）Protech-GII超速保护系统是由WOODWARD公司生产的新型超速保护装置。它的特点是易于校准测试，并且具备高精度和高重复性。其采样时间5ms，该设备的快速响应时间达12ms。三个数字单元感应和显示转速的精度为0.1%，机械式超速保护装置则很难达到该精度。0.5至3.2万转速范围，集成超速和加速检测/保护功能，使其适用于临界低速或高速旋转电机，压缩机，涡轮机或引擎。图2为Protech-GII的典型应用。其通常采用三取二停机方式，确保了不会因三个检测单元中的任意一个发生瞬时故障造成误停机事故；每个单元与其他两个单元除继电器的连接外完全隔离。为近一步防止误动作的发生，每个转速感应单元所采用的电源也是独立的。当Protech-GII系统运转时可更换其中一个单元，此时另外两个单元还可以继续工作。这种热替换模式可防止当其中某一单元故障造成对超速保护功能的干扰。其安全完整性等级为3级（SIL3）。其通过采集联合机组的转速信号，防止压缩机组超速运行。作为独立的一套系统，当Protech-GII输出超

速保护跳车信号进入Tricon系统，通过Tricon系统作用于汽轮机的速关阀，以保护机组运行。当检测到发生超速情况后，ProTech的跳车输出DO继电器信号将一直保持在闭合状态，即使压缩机组转速恢复正常值，如果想要热态启机，必须人为将ProTech系统进行RESET复位。此时，Tricon系统的开车条件允许页面才会显示开车允许状态。

3）Bently3500机械轴系监测保护系统采集汽轮机及压缩机组的径向振动信号、键相、轴瓦温度信号、轴向位移、轴瓦振动信号、系统的工作流程是：从现场探头信号经过前置器转换后取得的负电压信号提供给3500监测器框架内的监测器和键相位通道，数据被采集后，与报警点比较并从监测器框架送到一个地方或多个地方处理。根据机械保护设计定值不同，可将报警和保护跳车信号通过其机架内的33数字量输出型继电器模件直接送至Tricon系统参与跳机。

图2 Protech-GII系统的典型应用图

4）SIS系统是工艺装置的安全仪表系统，其独立于ITCC机组控制系统，SIS采集与压缩机相连管网的关键数据，当装置的工艺介质参数危及安全时，SIS系统触发装置跳车信号，并通过硬接线方式将信号送至ITCC系统的DI信号，由ITCC再输出跳车信号，停压缩机组运行，以保护机组不被外围管网工况变化损坏。

5）ITCC系统把关键数据通过modbus RTU协议送至装置的DCS系统，便于工艺操作人员统一监视。

4 结束语

本文通过对ITCC的功能介绍，结合某大型甲醇合成装置的工艺介绍，及该装置合成气和循环气压缩机组的ITCC控制系统的应用情况，叙述了ITCC系统的特点，说明了ITCC系统模块化、集成化的优点，表明ITCC系统以其卓越的性能和理念，在现代化大型化工项目中的得到了越来越广泛的应用。

[1] 童秋阶.过程监控系统在大型甲醇装置中的应用[J].化工设计，2006，16（3）.

[2] 葛丽玲.煤制甲醇工艺流程及离心压缩机应用[J].通用机械，2013，（3）.

[3] 刘永强.甲醇装置主冷凝器液位联锁改造方案[J].石油化工自动化，2009，（06）.

[4] 刘永强.ITCC控制系统在甲醇装置中的应用[D].大连：大连理工大学，2013，（08）.

Application of ITCC Control System in Methanol Synthesis Unit

Tian Hai，Yue Hong-xia

This paper expounds the characteristics of ITCC system and the application of ITCC system of methanol synthesis plant in a new coal chemical industry as an example.It introduces the components and functions of ITCC system，and studies the ITCC system The application of the system has been studied.

ITCC；airspeed；anti-surge control；overspeed protection

TP29

A

1003–6490（2017）11–0012–02

2017–09–30

内蒙古自治区自然科学基金资助（2017MS0603）

田海（1968—），男，内蒙古包头人，副教授，主要从事电气传动、网络控制和智能控制工作。