基于DCS的機(jī)組控制在橡膠廠丁苯裝置約克冰機(jī)中的應(yīng)用

黃光靈 梁 瑜 劉從濤

(中國(guó)石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部)

基于DCS的機(jī)組控制在橡膠廠丁苯裝置約克冰機(jī)中的應(yīng)用

黃光靈 梁 瑜 劉從濤

(中國(guó)石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部)

橡膠廠丁苯裝置約克冰機(jī)原在自帶的QUANTUM 4控制板上進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)原控制程序進(jìn)行分析，針對(duì)其缺陷，改為在DeltaV DCS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)機(jī)組的運(yùn)行控制。改造后減少了故障頻次，降低了維護(hù)成本，故障查找更為直接高效。

DCS 丁苯裝置 約克冰機(jī)

中國(guó)石油蘭州石化公司橡膠廠的丁苯裝置約克冰機(jī)采用雙螺桿制冷壓縮機(jī)，為裝置聚合、單體回收單元提供制冷劑。冰機(jī)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行是保證橡膠廠丁苯裝置平穩(wěn)運(yùn)行的一個(gè)必要條件。約克冰機(jī)在約克自帶的QUANTUM 4控制板上進(jìn)行控制，人機(jī)界面無(wú)歷史趨勢(shì)，事件記錄不全，有時(shí)會(huì)發(fā)生誤報(bào)警現(xiàn)象，在發(fā)生設(shè)備故障時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確分析故障原因，控制主板也已停產(chǎn)，升級(jí)費(fèi)用較高。為此，將C-701C冰機(jī)控制從約克單板機(jī)控制器引入DCS控制。

1 丁苯裝置氨冷單元的工藝流程簡(jiǎn)介

丁苯裝置氨冷單元的工藝流程如圖1所示，丁苯裝置聚合單元與單體回收單元來(lái)的氣氨送至氣液分離器，將氣氨中夾帶的液氨進(jìn)行分離，分離后的氣氨去螺桿式冰機(jī)壓縮升壓變?yōu)楦邷馗邏簹獍保俳?jīng)過(guò)油分離器進(jìn)入冷凝器，通過(guò)冷卻水冷凝為液氨送往聚合和單體回收單元。

圖1 丁苯裝置氨冷單元工藝流程

2 螺桿壓縮機(jī)工作原理

螺桿壓縮機(jī)殼體內(nèi)裝有一對(duì)陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子。電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)陽(yáng)轉(zhuǎn)子，再由陽(yáng)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子，使陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子以一定的間隙保持同步旋轉(zhuǎn)。噴油螺桿壓縮機(jī)在機(jī)殼內(nèi)噴入了少量的壓縮機(jī)油，油進(jìn)入殼體內(nèi)轉(zhuǎn)化成油霧，然后與殼體內(nèi)的壓縮氣體混合后在轉(zhuǎn)子的齒槽間被有效地壓縮，壓縮后的油氣混合物經(jīng)過(guò)下游的油氣分離器分離后排出。油在機(jī)體內(nèi)的作用主要有：潤(rùn)滑轉(zhuǎn)子，因此陽(yáng)轉(zhuǎn)子可直接帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子，省去了同步齒輪；密封轉(zhuǎn)子各部分的間隙和轉(zhuǎn)子與殼體的間隙，提高產(chǎn)氣效率；吸收壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的大部分熱量，因而其單級(jí)壓比較高[1]。

3 螺桿壓縮機(jī)容量控制原理與組態(tài)實(shí)現(xiàn)

丁苯裝置約克冰機(jī)的雙螺桿制冷壓縮機(jī)為容積式壓縮機(jī)，容量調(diào)節(jié)裝置采用滑閥調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方法是在螺桿壓縮機(jī)的機(jī)體上裝一調(diào)節(jié)滑閥，成為壓縮機(jī)機(jī)體的一部分?；y位于壓縮機(jī)機(jī)體高壓側(cè)兩內(nèi)圓的交點(diǎn)處，在轉(zhuǎn)子下方的一個(gè)槽中由液壓缸驅(qū)動(dòng)在氣缸軸線平行的方向移動(dòng)，通過(guò)改變螺桿的有效軸向工作長(zhǎng)度，使能量在10%～100%之間連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)[2]，多余部分的氣體未經(jīng)壓縮而重新返回到進(jìn)氣總管，僅壓縮實(shí)際需要的介質(zhì)，最大限度地節(jié)省功率的消耗，以達(dá)到能量調(diào)節(jié)的目的。調(diào)節(jié)滑閥的容量調(diào)節(jié)作用，可使壓縮機(jī)在調(diào)節(jié)工況下保持較高的效率?；y工作原理如圖2所示。

滑閥控制分為現(xiàn)場(chǎng)就地控制和DCS遠(yuǎn)程控制兩種方式：

a. 現(xiàn)場(chǎng)就地控制?，F(xiàn)場(chǎng)就地控制盤的“滑閥就地/遠(yuǎn)程”切換至“滑閥就地”位置時(shí)，通過(guò)操作現(xiàn)場(chǎng)就地控制盤“滑閥加載/卸載”按鈕實(shí)現(xiàn)冰機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)。

b. DCS遠(yuǎn)程控制?，F(xiàn)場(chǎng)就地控制盤上的“滑閥就地/遠(yuǎn)程”切換至“滑閥遠(yuǎn)程”位置，通過(guò)控制室DCS畫(huà)面操作實(shí)現(xiàn)冰機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)。手動(dòng)控制時(shí)通過(guò)DCS“手動(dòng)加載/卸載”按鈕實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。自動(dòng)控制時(shí)通過(guò)吸氣壓力和滑閥位置的串級(jí)控制實(shí)現(xiàn)。加載電磁閥YY-402C帶電時(shí)，滑閥加載；卸載電磁閥YY-401C帶電時(shí)，滑閥卸載。容量控制邏輯如圖3所示。

冰機(jī)容量控制為冰機(jī)吸氣壓力控制和滑閥控制的串級(jí)控制。

圖2 螺桿壓縮機(jī)滑閥工作原理示意圖

自動(dòng)加載判斷。位置控制器ZIC-2C測(cè)量值與其設(shè)定值之差大于偏差設(shè)定值T(T缺省2%設(shè)定)且位置控制器ZIC-2C輸出值與前一掃描周期(2s)FLTR輸出值之差大于零。

自動(dòng)卸載判斷。位置控制器ZIC-2C測(cè)量值與其設(shè)定值之差小于負(fù)的偏差設(shè)定值T(T缺省2%設(shè)定)且位置控制器ZIC-2C輸出值與前一掃描周期(2s)FLTR輸出值之差小于零。

4 滑塊控制原理與組態(tài)實(shí)現(xiàn)

螺桿壓縮機(jī)工作過(guò)程的重要特點(diǎn)之一是具有內(nèi)壓縮過(guò)程。雙螺桿轉(zhuǎn)子隨著轉(zhuǎn)子容積的縮小而壓縮齒間容積內(nèi)的氣體，直到工作容積與排氣口邊緣相連通為止，這一過(guò)程稱為內(nèi)壓縮過(guò)程。壓縮終了時(shí)工作容積內(nèi)的氣體壓力稱為壓縮終了壓力。當(dāng)壓縮過(guò)程終了，排氣過(guò)程剛剛開(kāi)始時(shí)，由于在某些工況下排氣壓力和壓縮終了壓力不相等而引起工作容積內(nèi)氣體壓力突然降低或增高，即產(chǎn)生等容膨脹或等容壓縮，使壓力等于背壓(油分內(nèi)壓力)時(shí)再進(jìn)行排氣過(guò)程。容積比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的目的是通過(guò)改變徑向排氣孔口的位置來(lái)改變內(nèi)容積比，以適應(yīng)不同的運(yùn)行工況?；瑝K控制實(shí)現(xiàn)冰機(jī)容積比調(diào)節(jié)，對(duì)于工況變化范圍大的機(jī)組，有必要實(shí)現(xiàn)內(nèi)容積比隨工況變化進(jìn)行無(wú)級(jí)自動(dòng)調(diào)節(jié)。而對(duì)于工況變化范圍不大的機(jī)組，滑塊位置一般保持在一個(gè)固定值。

圖3 C-701C冰機(jī)容量控制邏輯

滑塊控制只能在DCS手動(dòng)調(diào)節(jié)，加載電磁閥YY-403C帶電時(shí)，滑塊加載；卸載電磁閥YY-404C帶電時(shí)，滑塊卸載?；瑝K控制邏輯如圖4所示。

圖4 C-701C冰機(jī)滑塊控制邏輯

自動(dòng)加載判斷。ZIC-1C測(cè)量值與其設(shè)定值之差大于偏差設(shè)定值T(T可設(shè)定)和ZIC-1C輸出值與前一掃描周期(2s)FLTR輸出值之差大于零兩個(gè)條件同時(shí)滿足。

自動(dòng)卸載判斷。ZIC-1C測(cè)量值與其設(shè)定值之差小于負(fù)的偏差設(shè)定值T(T可設(shè)定)和ZIC-1C輸出值與前一掃描周期(2s)FLTR輸出值之差小于零兩個(gè)條件同時(shí)滿足。

手動(dòng)加/卸載。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)手/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)加/卸載按鈕實(shí)現(xiàn)。

5 經(jīng)濟(jì)器電磁閥控制

當(dāng)冰機(jī)滑閥位置ZI-2C不小于90%時(shí)，經(jīng)濟(jì)器電磁閥YY-701C帶電，經(jīng)濟(jì)器投用，液氨儲(chǔ)罐送出的液氨一部分進(jìn)入經(jīng)濟(jì)器殼程，對(duì)經(jīng)濟(jì)器管程中的液氨進(jìn)行二次冷凝，經(jīng)濟(jì)器熱交換產(chǎn)生的氣氨送回冰機(jī)入口；當(dāng)冰機(jī)滑閥位置ZI-2C不大于85%時(shí)，經(jīng)濟(jì)器電磁閥YY-701C失電，經(jīng)濟(jì)器切出，液氨直接送往聚合和單體回收單元。冰機(jī)停機(jī)時(shí)經(jīng)濟(jì)器電磁閥YY-701C不允許打開(kāi)。經(jīng)濟(jì)器電磁閥控制邏輯如圖5所示。

圖5 C-701C冰機(jī)經(jīng)濟(jì)器電磁閥控制邏輯

6 聯(lián)鎖保護(hù)程序

根據(jù)約克公司提供的資料，通過(guò)實(shí)際模擬啟機(jī)調(diào)試，最后發(fā)現(xiàn)有6個(gè)開(kāi)車條件，12個(gè)停車條件。編制冰機(jī)啟動(dòng)/停機(jī)程序，邏輯如圖6所示。

圖6 C-701C冰機(jī)啟動(dòng)/停機(jī)邏輯

7 結(jié)束語(yǔ)

約克冰機(jī)控制在DeltaV DCS實(shí)現(xiàn)，依托原有DCS系統(tǒng)無(wú)需另行采購(gòu)，節(jié)約原約克系統(tǒng)控制主板、觸摸屏及IO卡件等備件采購(gòu)成本約9.5萬(wàn)元；利用DCS直觀的程序運(yùn)行管理功能、完善的趨勢(shì)記錄和事件記錄優(yōu)勢(shì)，平均故障查找時(shí)間由原來(lái)的1h縮短為5min；利用DCS強(qiáng)大的流程圖畫(huà)面監(jiān)控和聲光報(bào)警功能，將冰機(jī)運(yùn)行所需的44個(gè)監(jiān)控參數(shù)全部列出在一頁(yè)流程圖畫(huà)面中，工藝人員操作監(jiān)控更加直觀高效，使工藝人員對(duì)冰機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)全面掌控，達(dá)到了優(yōu)化控制的目的。

[1] 吳寶志.螺桿式制冷壓縮機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

[2] 牛冠博.氨氣壓縮機(jī)控制方案在DCS中的實(shí)現(xiàn)[J].石油化工自動(dòng)化,2015,51(5)：57～59.

ApplicationofDCS-basedUnitControlinSBRYorkRefrigerationCompressor

HUANG Guang-ling, LIANG Yu, LIU Cong-tao
(Electrical&InstrumentDepartment,PetroChinaLanzhouPetrochemicalCorporation)

The YORK refrigeration compressor in a SBR plant is originally controlled by a built-in QUANTUM4 control panel. Through analyzing its original control program and shortcomings, having DeltaV DCS system based to control it was implemented. The results show that, after renovation, the refrigeration compressor’s fault frequency can be reduced along with a decreased maintenance cost and an efficient trouble shooting.

DCS, SBR plant, YORK refrigeration compressor

TH865

B

1000-3932(2017)04-0379-05

2016-11-05，

2017-02-13)

黃光靈(1982-)，工程師，從事儀表維修工作，huangguangl@petrochina.com.cn。