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TS3000系统在焦炉气制甲醇空分装置空压机组的应用
日期:2015年09月24日 来源:上海long8国际(www.ccpue.com.cn)

 

    1、空压机组控制系统构成

  山西天脊潞城化工有限公司甲醇项目的空分装置中,空压机由沈阳鼓风机厂制造,汽轮机由杭汽配套,并单独配置了1套ITCC TS3000控制系统,其主要作用是完成透平驱动压缩机的防喘振控制,汽轮机的调速控制、性能控制、抽汽控制,机组轴承温度及轴振动、位移监控联锁逻辑控制功能,辅机工艺参数控制功能也包括其中。

  1.1 硬件构成

  TS3000系统硬件基于三重冗余容错的TRICONV9系统。根据空压机机组控制点数统计: DI: 56,DO: 15,AI: 21,AO: 10,RD: 44,共计146 点。TS3000系统配置为1个主机架带2个扩展机架,通过扩展通讯接口连接2个扩展机架。CPU负荷在30%~50%之间。通过通讯板经过冗余网络到操作站。空压机组单独设置1台操作站。配套辅助操作台设有带钥匙复位的紧急停车按钮和报警喇叭,以便于机组紧急停车处理使用。控制站处理器、各级网络通讯设备、部件和总线三重冗余。所有电源设备1∶ 1冗余。现场三取二冗余输入点分别接在3块输入卡上,二取二冗余输入点分别接在2块输入卡上,实现真正的冗余配置。

  1.2 软件构成及操作画面

  ITCC系统设计有独立的操作站,监控软件选用Wonderware公司的Intouch9.0软件,其系统平台基于WIN2000操作系统。该软件通过高速网络与控制器通讯,确保数据的及时刷新,从而更好地实现操作人员监控和操作。基于WIN2000环境的Tristation1131编程软件,将联锁逻辑功能和包括防喘振、调速功能控制在内的调节功能集成于1个系统平台上完成,实现了控制系统的高度可靠性、集成性及完整性。系统的安全等级可以达到TUV的AK6和SIL3级认证要求。

  在做操作控制画面过程中,广泛征求了操作人员的意见,让操作人员参与设计和调试,充分熟悉控制界面的操作。操作站画面主要有流程图画面、控制回路调节画面、调速画面、防喘振及工作点画面以及联锁停车报警画面等。

  2、压缩机组的转速控制和超速保护

  与压缩机组配套的AIRPAX速度传感器有4只,其中1只连接到就地转速表,3只用于TS3000系统。系统调速由电液转换器实现,配进口频率变换器2个(4~20mA DC信号将其转换为20~160mA DC信号)。

  程序设置多个临界转速区域,无论在启动、停车过程或正常控制过程中速度控制模块都可避免机组工作在临界转速区内。在开车过程中,由于蒸汽系统的原因,调节汽阀全开后转速仍然停留在临界转速区内,超过一定的时间限制,则自动关闭调节阀以降低转速。调速模块设置在正常转速控制范围内,此范围内工艺参数为主回路,由性能控制器串级控制转速回路,以达到控制工艺参数的目的,也可在操作站设定控制转速进行调节,转速随时能跟踪。

  在电气超速试验方式下,转速目标设定值可以越过最大正常调速值,使机组在实验时实际转速可以达到电气超速联锁设定值,这样就可试验超速跳闸功能是否动作正常。在机械超速停机试验方式下,系统自动旁路电气超速停机功能,使机组在实验时实际转速可以越过电气超速联锁设定值,这样就可以试验机械超速跳闸功能是否动作正常。

  3、压缩机组防喘振控制

  3.1 喘振检测

  空气压缩机组设置入口流量、入口压力、出口压力及入口和出口温度5个测量参数,利 用TRICONEX独特的防喘振技术来计算当前工作点,判断是否发生喘振。TS3000针对防喘振特性开发出标准的功能模块,包括喘振检测、喘振控制和防喘振控制输出。各模块相互组态连接,可以组态连接到输入输出信号以实现机组的防喘振动控制。使用这种技术,气体分子量变化将不会影响喘振检测。不受气体分子量变化影响的通用喘振线见图1。

  

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  3.2 控制线及安全裕度重校

  如果系统检测到工作点越过喘振线,表示喘振已发生,喘振控制线将按组态参数的大小自动向右调节一定的裕度,从而再次加大安全裕量。控制器记录如下变量:喘振发生次数、校准次数、初始安全裕度、当前重校后的安全裕度。

  3.3 控制器设定值徘徊点

  一般情况下,压缩机不会在喘振线上持续运行或过长时间运行。当工作点在控制线右侧(安全区域),喘振控制器的设定值将在当前工作点的左侧,并与工作点始终保持某一设定值。如果设定值与喘振控制线重合时,喘振控制器的设定值将不再左移,这时如果工作点还向左移,系统将逐渐打开回流阀以防机组喘振。当工作点向喘振区移动的速度越过设定徘徊点时,防喘阀迅速打开。设定徘徊点将按相同的速率快速减小,直至防喘阀打开,新的工作点重新建立。

  3.4 适应性增益和非对称响应

  喘振控制器提供了一种适应性增益特性。当工作点在喘振控制线右方时,该特性减少了比例动作。当工作点在喘振控制线右方的操作裕度超过设定距离,则调用适应性增益特性。根据比例或积分响应,当工作点安全地移动到喘振控制线的右方时,防喘阀以设定速率慢关,以保证将透平驱动机以及工况控制器调整到新的工作条件下。

  3.5 比例功能

  当工作点进入喘振控制线及喘振线之间时,防喘阀按比例打开。该比例输出信号与其他功能的输出经高选器后,最后输出到防喘阀。即使在喘振控制器失调情况下,仍可保护机组。

  3.6 手动控制

  在安装和试车过程中,可以手动遥控开关防喘阀,而不考虑喘振控制器的作用。当工作点向喘振控制线左方窜动时,组态1个触点输出打开电磁阀,使防喘阀快开。当系统从喘振状态回来时,电磁阀关闭。对阀的控制可从比例控制恢复到正常的喘振控制。

  4、机组联锁

  机组联锁控制主要包括:机组启动条件、启动润滑油辅泵/冷凝液泵、抽气联锁和联锁停车。联锁停车条件包括:汽轮机转速高高、润滑油总管压力低低、汽轮机(压缩机)轴承温度高高、速关油压低低、汽轮机(压缩机) 轴振动位移高高。联锁信号选用故障安全型:正常1,故障0。现场电磁阀正常带电,故障失电。汽轮机(压缩机) 轴承温度、润滑油压、速关油压全部三取二联锁。位移、振动二取二。每个联锁输入都配有维护用旁路开关。当空压机组联锁停车时,则关闭空分入口阀,与空分装置隔离。

  卡件到现场电磁阀及电气设备采用24V DC继电器隔离。现场电气设备运行、选择自动信号采用220V AC继电器隔离到卡件。电磁阀采用24V DC供电,全部采用冗余配置。

  5、TS3000 系统的连接通讯

  TS3000系统作为子站,通过EICM4119A 的RS-232/485接口,按照MODBUS的通讯协议,与本装置空分系统的横河CS3000 DCS主站系统进行串行通讯。汽轮机、压缩机组振动、位移、汽轮机键相接入本特利3500,通过通讯卡件与TS3000通讯。模拟量位移和振动通过通讯在操作站进行显示,联锁信号则采用本特利3500的16通道继电器卡件进入TS3000系统。振动、位移联锁动作实时、直接、可靠,有效地避免由于通讯问题而影响联锁动作。

  机组采用的是本特利3300位移、振动检测探头。该涡流传感器探头是一种很高灵敏度和可靠性的传感器,处在现场机组的地电位复杂、干扰严重的环境中。为了抑制现场高噪声干扰对机组系统的渗入,就地电缆的屏蔽层接地不采用本特利3500系统屏蔽端子接地,而采用现场接地。把就地电缆的屏蔽层在前置器一侧现场通过接在涡流传感器铠装电缆的外壳上接地,以避免系统振动位移参数出现异常报警。

  6、TS3000机组系统安装调试及维护

  (1)系统安装时注意盘柜与地的可靠绝缘和盘柜母线的可靠接地,盘柜具有防振动措施。铺设电缆时应注意将强电与弱电分开以及屏蔽线的可靠接地和抗干扰。严格控制电子设备间的环境条件。

  为防止有害气体的侵入以及防水、防尘、防火、防鼠害,应采用模块化电缆密封装置对控制室电子间的电缆进口封闭。

  (2)在控制系统组态、测试、验收、投入运行和在线调整各阶段,厂家程序组态设计测试人员、仪表配合人员应全程参与,严格审核保护控制逻辑设计和组态的合理性。每次组态编译、下载和修改控制参数时,对于画面出现的警告和语言提示,应积极找出原因,制定处理类似问题的相应对策。

  (3)为保证系统的长周期安全稳定运行,应对系统的各种模块、网络通讯、工作环境和重要参数进行定期检查,及时发现系统异常情况。经常检查旁路开关的状态和联锁条件,定期通过编程软件收集诊断信息,严格按照操作指导书更换有故障的模块。由于试车过程中曾发生过1次停车,遂对系统提供的SOE记录和历史趋势进行综合有效分析,确定事件的直接原因是系统配套 MTL温变损坏,导致压缩机组跳车。后来温变全部更换为P+F温变后,压缩机组一直运行稳定。

  7、结语

  (1) TS3000系统自从2007年9月在空分装置中的空压机投入使用以来,不仅功能强大、可靠、稳定,而且在调速和防喘振等方面表现出了较好的性能。特别是在试车阶段,由于锅炉装置运行不稳定,导致中压蒸汽管网波动较大,因为调速系统调节及时、可靠,转速没有大幅波动。

  (2)在后续装置的开车过程中,压缩机负荷的大幅变化又检验了系统防喘振功能的可靠性。在试生产期间,工况波动比较频繁,防喘振安全裕度设定得比较大,存在一定的能源浪费。

  (3)在以后的生产中,要根据防喘振曲线以及负荷情况适当调整到最佳防喘振裕度,在保证机组安全、稳定、长周期运行的基础上节能降耗。生产正常后,计划再上1套压缩机组配套在线诊断和分析系统,从而确保机组长期、稳定和高负荷运行,取得更好的经济效益。

  参考文献

  [1]孙玮,唐培全,杨文强.汽轮机监测系统[TS1]现场噪音及其抑制[J]化工自动化及仪表,2006(1):70~72。

  [2]GB50093-2002,自动化仪表工程施工及验收规范[S]。

  作者简介:

  王五红,男,2005年毕业于中北大学自动化专业,工程师,

  从事化工生产装置仪表自动化生产技术管理工作。

生产制造高压压缩机空压机空气压缩机,消防呼吸高压空气压缩机完全国产技术,打破国外产品垄断格局。


 

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