恩賈梅納煉油廠重油催化裂化裝置的ITCC&SIS系統(tǒng)

盧世軍 梁楚昕

(1.乍得恩賈梅納煉油廠儀修車間，乍得 恩賈梅納 999052；2.中國石油玉門油田煉化總廠儀表車間，甘肅 玉門 735200)

恩賈梅納煉油廠重油催化裂化裝置的ITCC&SIS系統(tǒng)

盧世軍1梁楚昕2

(1.乍得恩賈梅納煉油廠儀修車間，乍得 恩賈梅納 999052；2.中國石油玉門油田煉化總廠儀表車間，甘肅 玉門 735200)

乍得恩賈梅納煉油廠重油催化裂化裝置機(jī)組部分主要包括兩套主風(fēng)機(jī)組和一套富氣壓縮機(jī)組。催化裝置的聯(lián)鎖邏輯和機(jī)組的監(jiān)視、控制與保護(hù)功能均整合到了ITCC&SIS系統(tǒng)中，筆者對該系統(tǒng)硬件、軟件和所實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了介紹。

ITCC&SIS系統(tǒng) 主風(fēng)機(jī)組 富氣壓縮機(jī)組 本特利TS3000 調(diào)速控制 防喘振控制

恩賈梅納煉油廠重油催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)組為兩套凝汽式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)組，操作參數(shù)相同，當(dāng)裝置滿負(fù)荷時(shí)，兩套機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)任意一臺(tái)主風(fēng)機(jī)組出現(xiàn)故障，停下進(jìn)行維修時(shí)，另一臺(tái)可供裝置低負(fù)荷運(yùn)行。富氣壓縮機(jī)組為一套背壓式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)組。壓縮機(jī)與汽輪機(jī)采用聯(lián)合底座。壓縮機(jī)為沈陽鼓風(fēng)機(jī)有限公司制造，汽輪機(jī)為杭州汽輪機(jī)股份有限公司制造，機(jī)組由沈陽鼓風(fēng)機(jī)有限公司成套。壓縮機(jī)與汽輪機(jī)的每個(gè)徑向軸承和每個(gè)止推軸承主、副推力面內(nèi)均埋有Pt100型熱電阻，以監(jiān)測軸承溫度的變化。每個(gè)徑向軸承部位安裝有兩個(gè)測振探頭(互成90°角)以監(jiān)測轉(zhuǎn)子振動(dòng)變化情況，止推軸承側(cè)安裝有軸位移探頭以監(jiān)測軸位移變化情況。

ITCC(Integrated Turbine & Compressor Control System)，即透平壓縮機(jī)組綜合控制系統(tǒng)，是集蒸汽透平的速度控制、壓縮機(jī)的防喘振控制、負(fù)荷控制、機(jī)組報(bào)警、聯(lián)鎖控制、SOE事件順序記錄、常規(guī)指示及故障診斷等功能為一體的集成綜合系統(tǒng)，主要用于大型透平壓縮機(jī)組的控制[1]。由于恩賈梅納煉油廠催化裝置的聯(lián)鎖與機(jī)組ITCC系統(tǒng)做到了一起，故統(tǒng)稱為ITCC&SIS系統(tǒng)。為了保障機(jī)組的安全運(yùn)行，在ITCC&SIS系統(tǒng)中設(shè)置有以下控制保護(hù)和監(jiān)測功能：防喘振控制保護(hù)；機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制；機(jī)組軸承溫度、軸位移、軸振動(dòng)監(jiān)測；潤滑油和調(diào)節(jié)油壓力調(diào)節(jié)控制；干氣密封(針對富氣壓縮機(jī)組)；機(jī)組緊急停機(jī)保護(hù)等。

1 系統(tǒng)的硬件組成

ITCC&SIS系統(tǒng)采用TRICONEX公司三重冗余容錯(cuò)(TMR)結(jié)構(gòu)的TS3000系統(tǒng)，共包含8個(gè)系統(tǒng)機(jī)柜，機(jī)柜編號(hào)分別為：202-ITCC&SIS-SYS-001～004、202-ITCC-SYS-005～008，同時(shí)還另有一個(gè)機(jī)柜用于安裝本特利3500軸系儀表監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測各機(jī)組的軸振動(dòng)、位移等情況，機(jī)柜編號(hào)為202-BENTLY-SYS-001，表1為本特利3500系統(tǒng)的硬件配置。

表1 本特利3500系統(tǒng)的硬件配置

ITCC&SIS系統(tǒng)包含兩個(gè)部分：一是裝置聯(lián)鎖，二是主風(fēng)機(jī)、氣壓機(jī)的機(jī)組聯(lián)鎖。其中，裝置聯(lián)鎖和氣壓機(jī)機(jī)組聯(lián)鎖做在了一個(gè)系統(tǒng)中，代號(hào)為H1178(機(jī)柜202-ITCC&SIS-SYS-001～004)，兩臺(tái)主風(fēng)機(jī)組的聯(lián)鎖做在了另一系統(tǒng)中，代號(hào)為H1179(機(jī)柜202-ITCC-SYS-005～008)，兩個(gè)系統(tǒng)各配備一個(gè)輔操作臺(tái)。聯(lián)鎖邏輯選擇的是故障安全，簡而言之，就是在無信號(hào)或信號(hào)接線斷路的情況下都會(huì)引起相應(yīng)的聯(lián)鎖。表2為系統(tǒng)的硬件配置。

表2 ITCC&SIS系統(tǒng)的硬件配置

主風(fēng)機(jī)、氣壓機(jī)的軸振動(dòng)、位移信號(hào)是通過Modbus通信從本特利3500機(jī)柜到各自控制器的，而轉(zhuǎn)速是通過硬接線進(jìn)控制器轉(zhuǎn)速卡件(脈沖輸入PI卡件)，軸系聯(lián)鎖信號(hào)是由本特利3500發(fā)出通過硬接線接到主風(fēng)機(jī)、氣壓機(jī)控制器的DI卡件的。

2 軟件介紹

ITCC&SIS系統(tǒng)的軟件主要包括上位軟件Intouch、下位軟件Tristation1131、事件順序記錄程序Triconex SOE Recorder、診斷程序和通信軟件DDE server等。

Intouch是Wonderware 公司開發(fā)的世界上第一個(gè)集成的、基于組件的MMI系統(tǒng)——Factory Suite 2000中的一個(gè)核心組件。它具有世界領(lǐng)先的HMI和面向?qū)ο蟮膱D形開發(fā)環(huán)境，便于高效、快捷地配置用戶的應(yīng)用程序。Intouch主要包括3部分：一是應(yīng)用程序管理器，用于組織管理創(chuàng)建的程序，二是開發(fā)界面Windowmaker，三是運(yùn)行窗口Windowviewer，用于顯示在Windowmaker 中創(chuàng)建的圖形窗口。Tristation1131是下位軟件，用它編寫的應(yīng)用程序即Tricon控制器中運(yùn)行的程序。SOE Recorder用于事件的順序記錄，用診斷軟件Triconex Diagnostic Monitor可以看到系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，DDE server用于上位程序與下位程序的鏈接。

3 裝置聯(lián)鎖

裝置聯(lián)鎖包括：切斷進(jìn)料、切斷兩器、切斷主風(fēng)。從這3部分的名稱不難看出它們的優(yōu)先級別。切斷進(jìn)料級別最低，切斷主風(fēng)級別最高。切斷主風(fēng)必然會(huì)切斷進(jìn)料、切斷兩器，換言之，就是主風(fēng)出問題聯(lián)鎖，裝置就整個(gè)被停下來。

引起切斷進(jìn)料的聯(lián)鎖條件有5個(gè)，分別是提升管出口反應(yīng)溫度TS-10301B、反應(yīng)進(jìn)料流量FT-10202、切斷進(jìn)料硬手操、切斷兩器、切斷主風(fēng)。

引起切斷兩器的聯(lián)鎖條件有3個(gè)，分別是兩器差壓PDT-10404、切斷兩器硬手操、切斷主風(fēng)。

引起切斷主風(fēng)的聯(lián)鎖條件有3個(gè)，分別是主風(fēng)流量低(FT-40204B、FT-40204C、FT-40204D三選二)、主風(fēng)機(jī)停(K-101A、K-101B停，由主風(fēng)機(jī)保護(hù)系統(tǒng)提供)、切斷主風(fēng)硬手操。

4 機(jī)組聯(lián)鎖(以主風(fēng)機(jī)組K-101A為例)

4.1允許啟動(dòng)邏輯

主風(fēng)機(jī)組允許啟動(dòng)條件為潤滑油冷卻器后溫度TT-40306不小于35.0℃；潤滑油總管壓力PT-40312不小于0.25MPa；汽輪機(jī)速關(guān)閥有全開回訊信號(hào)ZS40501；汽輪機(jī)速關(guān)閥無全關(guān)回訊信號(hào)ZS40502；防喘閥全開信號(hào)FZOS40201；盤車電機(jī)未運(yùn)行(無運(yùn)行信號(hào))；無聯(lián)鎖標(biāo)志(mK101_1TRIP=1)；單向阻尼閥無開回訊信號(hào)ZOS40201；單向阻尼閥有關(guān)回訊信號(hào)ZCS40201。

4.2聯(lián)鎖停車邏輯

主風(fēng)機(jī)組聯(lián)鎖條件包括壓縮機(jī)軸溫(TT-40601、TT-40602、TT-40603、TT-40604、TT-40605、TT-40606、TT-40607、TT-40608)不小于115℃；壓縮機(jī)軸振(VSA-40601、VSA-40603)不小于89μm；壓縮機(jī)軸位移(XSA-40601)不小于0.7mm；輔操臺(tái)緊急停車按鈕SB1按下；汽輪機(jī)軸溫(TT-40651、TT-40652、TT-40653、TT-40654、TT-40655、TT-40656、TT-40657、TT-40658)不小于115℃；汽輪機(jī)排氣壓力(PISA-40401)不小于0.07MPa；汽輪機(jī)速關(guān)油壓力(PSA40502)不大于0.15MPa；汽輪機(jī)就地盤緊急停車按鈕PB4按下；汽輪機(jī)軸振(VSA-40651、VSA-40653)不小于75μm；汽輪機(jī)軸位移(XSA-40651)不小于0.8mm；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速(SISA40504、SISA40505、SISA40506)三選二不小于6 682r/min；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制r1SPDOUT(SV1742)大于40%且轉(zhuǎn)速r1SPEED小于500r/min；潤滑油總管壓力(PISA40312、PISA40313、PISA40314)三選二不大于0.1MPa。

5 調(diào)速控制

針對汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，每套機(jī)組設(shè)置有6塊轉(zhuǎn)速表，其中一塊是現(xiàn)場就地表，其余5塊的信號(hào)進(jìn)轉(zhuǎn)速卡件，其中的3個(gè)信號(hào)用于三取二聯(lián)鎖，另外兩個(gè)信號(hào)用于調(diào)速，在程序中做了高選，開始升速后，忽略小于200r/min的信號(hào)。

汽輪機(jī)升速過程的各個(gè)狀態(tài)如下：

模式0(停車模式)，當(dāng)有聯(lián)鎖發(fā)生或模式2下突然不具備開車條件時(shí)，模式變0；

模式2(準(zhǔn)備啟動(dòng)模式)，模式0下機(jī)組具備開車條件，或停車時(shí)轉(zhuǎn)速降到暖機(jī)1+100r/min且計(jì)時(shí)滿2min的瞬間，模式變2；

模式3(暖機(jī)1)，模式2下按啟動(dòng)按鈕(按鈕不保持)，模式變3；

模式4(暖機(jī)2)，模式3下熱啟自動(dòng)轉(zhuǎn)速達(dá)到暖機(jī)1-100r/min滿2min，或者冷啟自動(dòng)暖機(jī)時(shí)間到，或者手動(dòng)升、降轉(zhuǎn)速達(dá)到暖機(jī)1-100r/min滿2min，模式變4；

模式5(升速模式)，模式4下，自動(dòng)狀態(tài)或者手動(dòng)升降轉(zhuǎn)速達(dá)到暖機(jī)2-100r/min，模式變5；

模式6(運(yùn)行模式)，模式5下，轉(zhuǎn)速達(dá)到運(yùn)行下限-100r/min，自動(dòng)或者手動(dòng)有升降命令時(shí)，按下確認(rèn)按鈕(不保持)，模式變6；模式8下，退出超速的瞬間，模式變6；

模式7(正常停車)，模式6下，按停車按鈕(不保持)，模式變7；

模式8(超速試驗(yàn))，模式6下，按超速，模式變8。

根據(jù)汽輪機(jī)資料和升速曲線，在程序中設(shè)置了各模式下轉(zhuǎn)速的上下限、各倒計(jì)時(shí)的時(shí)間、各階段升速的速率，包括熱啟動(dòng)，過臨界，冷啟暖機(jī)階段，升速前期，升速后期，運(yùn)行摸式及停車模式等。調(diào)速方式主要分為手動(dòng)與自動(dòng)，手動(dòng)又分為遠(yuǎn)程和就地，就地指汽輪機(jī)現(xiàn)場盤，遠(yuǎn)程指上位機(jī)。

自動(dòng)啟動(dòng)后，先升至暖機(jī)目標(biāo)1，然后開始暖機(jī)倒計(jì)時(shí)1，時(shí)間到，繼續(xù)升速至暖機(jī)目標(biāo)2，開始暖機(jī)倒計(jì)時(shí)2，時(shí)間到，升速至運(yùn)行區(qū)，期間要通過臨界區(qū)。

手動(dòng)啟動(dòng)后，除臨界外，可以通過上位或就地命令進(jìn)行升、降速。

升速過程模式3～6不可逆，進(jìn)入下一模式后就不能退回前一模式。當(dāng)汽輪機(jī)進(jìn)入運(yùn)行區(qū)后，又可由DCS給定轉(zhuǎn)速目標(biāo)值。

6 防喘振控制

以富氣壓縮機(jī)為例，氣壓機(jī)的防喘振控制畫面坐標(biāo)系是以pd/ps為縱坐標(biāo)，h/ps(%)為橫坐標(biāo)建立的，其中pd為壓縮機(jī)出口壓力，ps為壓縮機(jī)入口壓力，h為節(jié)流元件壓差。

6.1喘振線的生成

在建立喘振線之前，需要知道以下數(shù)據(jù)：壓縮機(jī)預(yù)期性能曲線、壓縮機(jī)數(shù)據(jù)表和節(jié)流元件計(jì)算書。壓縮機(jī)的預(yù)期性能曲線是以壓比pd/ps和進(jìn)氣體積流量Qs來表征的，根據(jù)該曲線可查得各種工況下的喘振點(diǎn)坐標(biāo)值(pd/ps，Qs)，將該喘振點(diǎn)坐標(biāo)值換算到pd/ps-h/ps坐標(biāo)系下，經(jīng)對各工況喘振點(diǎn)進(jìn)行篩選，至少要保留3點(diǎn)以上(該例保留6點(diǎn))，利用喘振點(diǎn)構(gòu)成的折線函數(shù)生成喘振線。

6.2喘振控制線的生成

TS3000喘振控制系統(tǒng)控制線的生成是動(dòng)態(tài)過程，初始喘振控制線是以喘振線為基準(zhǔn)，按人為選定控制算法和增加安全裕度的方案生成的，在實(shí)際過程中，若喘振發(fā)生，喘振控制線的安全邊界可自動(dòng)重新修正。

該富氣壓縮機(jī)設(shè)置的初始安全裕度為10%(可根據(jù)實(shí)際工況做適當(dāng)調(diào)整)，一旦工作點(diǎn)向左越過喘振線即判定為喘振發(fā)生，控制線會(huì)自動(dòng)向右平移2%。按下復(fù)位鍵，控制線會(huì)恢復(fù)到初始設(shè)定。

6.3喘振控制器的適配增益和不對稱響應(yīng)(快開慢關(guān))功能

喘振控制器提供一個(gè)適配增益特性。當(dāng)工作點(diǎn)在喘振控制線右側(cè)時(shí)，減少比例項(xiàng)的作用，當(dāng)操作邊界超出喘振控制線右側(cè)一段特定距離時(shí)，就應(yīng)引入一個(gè)適當(dāng)?shù)脑鲆妗?/p>

回流閥的打開取決于比例和積分響應(yīng)，但是垂直上升特性又限制回流閥的關(guān)閉，這些特點(diǎn)就允許了回流閥能夠快速打開，防止喘振。當(dāng)操作在喘振控制線右側(cè)的安全區(qū)時(shí)，回流閥按照一個(gè)固定的緩慢的速率關(guān)閉，這就允許了透平機(jī)和執(zhí)行器件調(diào)整到新的操作條件下。

6.4自動(dòng)方式和手動(dòng)方式

自動(dòng)方式，防喘振調(diào)節(jié)器輸出來自自動(dòng)部分，手動(dòng)輸出跟蹤自動(dòng)輸出。如工作于自動(dòng)方式，由于程序中的HOVER(設(shè)定徘徊點(diǎn))功能，工作點(diǎn)會(huì)向左逼近控制線，除非防喘閥已全關(guān)。

手動(dòng)方式，這種方式可任意手動(dòng)調(diào)節(jié)防喘振閥開度而不管自動(dòng)部分的輸出情況，防喘振控制器的輸出會(huì)跟蹤手動(dòng)設(shè)定值。手動(dòng)方式具有快開慢關(guān)功能。

半自動(dòng)方式，防喘振控制的輸出由自動(dòng)部分和手動(dòng)部分的高選生成，即手動(dòng)輸出只能開得比自動(dòng)部分更大而不能關(guān)得更小。

7 結(jié)束語

大型機(jī)組是生產(chǎn)裝置的核心設(shè)備，其安全、可靠性對于裝置的平穩(wěn)、長周期運(yùn)行至關(guān)重要，ITCC系統(tǒng)是專門用于大型透平壓縮機(jī)組監(jiān)視、控制與保護(hù)的綜合控制系統(tǒng)。在ITCC系統(tǒng)控制器負(fù)荷率滿足要求的情況下，如果裝置其他部分的控制需要設(shè)置ESD/SIS(緊急停車保護(hù))，也可以與ITCC系統(tǒng)共用同一控制器。儀表與自控系統(tǒng)維護(hù)人員，只有熟練掌握ITCC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件組態(tài)和系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的各種功能，才能做到第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

[1] 杜勇，薛軼明，東立明.ITCC系統(tǒng)在裂解氣壓縮機(jī)防喘振控制中的應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表，2015，42(4)：464～467.

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1000-3932(2016)09-1005-04

2016-05-03(修改稿)