泉州石化延迟焦化富气压缩机防喘振智能控制改造.pdf

G M 艟效提升 摘1 1 介绍了中化泉州石化焦化装置在常规防喘振控制基础上改追的机组综合性能与工 艺优化控 制技术 以及该技术在延迟焦化装置的富气压缩机实际生产运行工况与设计工况有较大偏离条件的应用效 果 同时对具体工艺与设备优化控制方案的选定 开车调试过程作了详细说明 关键词 设计参数实际参数防喘振阀开度防喘振控制 性能控制 节能优化工艺生产工况 泉州石化延迟焦化富气压缩机 防喘振智能控制改造 中化泉州石化有限公司设备部 浙江3 6 2 1 0 3 王庆伟 一 前言 中化泉州石化有限公司 以下 简称泉州石化 1 6 0 万 a 延迟焦化 装置于2 0 1 4 年5 月建成投产 在建 厂初期 其中的富气压缩机设计选 用了2 M C L 5 2 7 离心式压缩机 该压 缩机采用汽轮机驱动 整台机组的 控制选用北京康吉森自动化公司的 T S 3 0 0 0 控制系统 该控制系统包括 机组的常规防喘振控制和机组安全 联锁等控制和保护功能 在装置投产运行1 年后 发现 防喘控制阀无法完全关闭 具体来 说 在一个生焦周期中 防喘控 制阀的开度大约保持在3 0 最小 1 5 最大5 0 致使机组的防 喘振富气回流一直保持在32 8 3 m 3 h 左右 大家知道 从工业生产的角 度来说 该回流的产生 实际是能 源消耗的极大浪费 也就是说 工 艺负荷一定的条件下 富气防喘阀 回流越大 该机组的蒸汽消耗将越 2 6 然嬲 伸期 大 最终折算成单位的产品能耗就越大 为了实现节能降耗的需求 泉州石化针对该台重要机组成立了专门的 公关组 并与北京康吉森自动化公司合作 认真分析机组日常工艺生产数 据和机组设计参数 发现主要原因是压缩机实际工艺生产工况低于压缩机 的设计工况 见表1 致使压缩机长期在低工况下运行 那么 如果在满足工业日常生产负荷情况下 同时在保持工艺设备安 全运行的条件下 选择投资与节能见效明显的改造方案就是攻关组的首要 目标 表1实际运行参数与设计参数 机组控制系统改造方案的确定 1 机组设备载体的考虑 分析以上实际生产运行工况和设计工况可以看出 该机组实际的日常 生产稳定负荷大约是设计负荷的8 0 左右 综合其他原因 确定没有必要对 机组载体做任何改造 所以把改造的侧重点放在机组综合的优化控制方案 上 2 机组控制系统的考虑 该机组原来采用了T S 3 0 0 0 控制系统 该系统包括了机组的防喘振控 制 机组安全联锁等基本功能 在 装置投产1 年来 控制系统本身的 硬件和软件一直平稳可靠 没有出 现过任何问题 而且控制系统的执 行周期也很快 3 机组优化控制软件的增补 由于机组负荷小 原控制系 统的工况点压线 控制线 运行 致使控制阀不能继续关闭 本次改 造 增补了康吉森自动化公司在原 喘振控制的基础上开发的机组优化 控制应用软件包 该软件功能主要 针对机组在低负荷和各种非正常工 况下集工艺优化控制和机组设备保 护于一体的协调控制功能并实现了 机组全工况下的自动优化控制 4 喘振线的软件校正 为实现更精确的控制 达到最 大的节能效果 决定对该台机组的 喘振线进行重新计算 最后在软件 中校准原来设计的喘振曲线 三 机组控制系统改造 改造目的 1 关闭防喘阀或者减少其开 度 减少蒸汽的消耗 2 实现全自动控制 切塔放 空无需人为干预 3 维持分馏塔顶压力的稳 定 提高液收率 从而提高蜡油的 产量 保障焦炭质量 提高其经济 效益 4 减少防喘阀送往分馏塔顶 之间的空冷电动机运行 进一步降 低能耗 四 优化方案 康吉森自动化公司采用完 全自主独立开发的防喘振库函 数s R G 4 9 0 先进控制函数库 G M 能效提升 A C T 4 9 0 一般控制函数库C T L 4 9 0 来实现的 1 防喘振控制控制方案 机组性能曲线图包括5 条控制线 分别为喘振线 S L L 喘振控制 线 S C L 比例响应线 P C L 性能控制下限线 C C L 及性能控制下限线 C C H p d p 为压缩机出r 3 与入口绝对压力之比 仞 为压缩机入口流量差 压与压缩机入1 3 压力之比 各线的位置如图1 所示 图1 防喘控制 在系统的防喘振控制方案中 引入三个关键参数 M A R T O T S A F E T Y S R G S P 参数M A R 表示当前工作点与喘振线之间的距离 参数 T O T S A F E T Y 表示一定压比下的控制线与防喘线之间的距离 参数S R G S P 表示当前工作点的实时跟踪点 防喘振控制包括6 个响应 也就是靠这6 个响应完成了系统的防喘振控 制和保护 1 P I 控制响应当工作点运行在性能控制线上限右侧时 一但工作 点越过设定点 P I H 自 应起作用 P 和I 是恒定值的调节 将回流阀逐渐打开一 小开度 直至设定点再次跟踪到工作点的左侧5 距离时 防喘阀开始全部 关闭 此功能主要用来调节正常工作时流量的减小 以防止机组进入防喘 线时再开防喘阀 来不及响应 2 S C L 控制响应当工作点逐渐越过防喘线时 P 和I 功能开始逐渐增 强 防喘阀开始逐渐打开 防止不变的P 和I 不能够响应解除防喘振 3 P C L 控制响应当出现工艺扰动 增强的P I 调节仍然不能够解除喘 振 而造成工作点越过P C L 线 P C 响应起作用 P C 是根据工作点越过P C L 线的距离等比例的逐渐打开防喘阀 而不是全部一次打开防喘阀 4 S L L 控制响应当机组出现喘振 工作点越过S L L 线时 防喘振控 制线S C L 和比例响应线P C L 向右每次移动2 增加安全裕度 保护机组 在查明喘振原因使 可以手动复位 5 C C L 控制响应当机组投用性能控制时 工作点越过C C L 性能控 制下限时 性能控制器自动打开防喘阀或者升高转速 使工作点拉回到 C C L 性能控制线的右侧工作 6 C C H 控制响应当机组投用性能控制时 工作点在C C H 性能控制 上限右侧 同时防喘阀没有全部关闭或者速度没有达到最低转速时 性能 2 0 1 7 年糊黑罟e t y 用j x 竺co 麓m2 7第9 期 w w f I 控制器自动耦合控制关小防喘阀和 降低转速 使工作点拉回至I j C C H 性 能控制线的左侧工作 2 性能控制方案 焦化富气压缩机的作用是将 焦化分馏塔顶产生的焦化富气送 至稳定吸收稳定系统 需要保证 分馏塔顶一定的压力 才能保证 产品的合格 分馏塔顶压力的稳定 主要是靠富气压缩机来实现的 在 性能控制方案中 主要靠性能控制 器P D S ll3 1 来实现的防喘阀和速度 耦合控制 中化泉州石化焦化分顶 压力控制设计没有将压力控制引入 C C S 的调速控制 为了实现压力和 喘振的解耦控制 为此增加了分 顶 转速压力控制 将分馏塔顶压力引入机组控制 系统 见图2 通过压缩机出入 口温度 压力 流量以及分馏塔顶 压力等数据计算 优化机组防喘振 控制系统自动控制 以精确控制防 喘振阀位开度 当分馏塔顶压力高 于设定值 性能控制首先确认防喘 振工作点在安全区域 优先关闭防 喘振控制阀 如还没降到设定压力 则开始升转速 如已降低到设定压 力而工作点还远离防喘振曲线时 C 1 0 2 分馏塔 厂 一蕴薹副黍銎 图2 分馏塔顶压力引入 2 8G M 嚣嬲 年嬲 伽能效提舞 则开始降低机组转速后继续关闭防喘振控制阀 直到转速降至最低 在性能控制方案中 加入了故障退守策略功能和解耦控制功能 前者 为一旦仪表回路断路或者元器件故障而动作时 性能控制器自动退出到前 一状态值 这时操作工可以手动操作防喘阀和速度 后者为防喘振控制器 和速度控制器的耦合控制 具体为两个控制器的调节不能因为单个作用而 引起另一个控制器的失调 具体工作原理简要概述如下 1 需要降低分馏塔顶压力时 控制系统会首先关闭防喘振阀 而后再 提升转速 2 需要提高分馏塔顶压力时 首先降低转速 而后再开防喘振阀 机组性能曲线图包括4 条控制线 分别为性能控制线 C C O L 喘振控制 线 S V C L 速度设定线 S S C L 动态断点线 D B P L 各线的位置如图3 所 示 一0 铌 o o 图3 性能控制 图3 中 C C O L 表示为性能控制的输出值 S V C L 表示为性能控制器输出 到防喘阀的值 S S C L 表示为性能控制器输出到速度的值 D B P L 表示为性 能控制器的实时动态断点值 S V 表示为防喘阀 S S 表示为速度设定 五 先进性能控制工作模式 如图4 所示 左侧纵坐标代表防喘阀控制输出 顶部为全开 右侧纵坐 标代表速度控制器输出 顶部代表最大运行速度 横坐标代表性能控制输 P I DO L T F E T 1 D 髓B I d J T O t S 如t j 虹陆心 h m m s P DH 二 l S P I 亚D u 0 7 州 S P r c V lv 唧T r k 1 搿 F L S 0 H r 呲 P R O 一 o 赢未击志尹一t 矗黜 3 一 篇墨 S R G 戮船j 黼S P D S E T P O I t T S 鼹戕 黥P O I t T 一 嚣c器飘龄 图4 性能控制 性能控制有如下五种工作方式 1 零性能控制区 见图5 速度在最小工作转速下工作 分馏塔顶 簪搿 一一一 i I 1 I 努 压力完全由防喘阀来控制 P I DO C T P 计 s 1 D v 棚t iuu T o t 时e t y b t 妫球 P e t 如撇 S 扮一i I P q S P E P 虫S Pr 聃 H m m m mS 1 缸 h T r k j nt F L A G 轼 F L m Li t j 8 P I I I X E S 5 S P E E D 黜 G M 能效提升 黼 箍量 x 篙 H 漉 j 鬻m 薹 I 手1 芋主 r 1 J 2 7 篙 篓挈m 一 L H 漉 j J D I I I C O o li疃 图5 零控制区 2 半性能控制区 防喘阀有一定开度 转速不在最低处运行 但是会 根据实际情况最大限度的把防喘阀关到最小 保持分馏塔顶压力不变 3 全性能控制区 防喘阀全部关闭 分馏塔顶压力完全由电动机转速 来控制 4 分馏塔顶压力单独串接控制电动机速度 防喘阀由防喘振程序单独 控制 5 分馏塔顶压力单独由防喘阀控制 电动机转速手动控制 六 防喘阀的线性化处理 防喘阀为了确保关严 一般都有5 的死区 在条件允许的情况下 对防喘阀进行调校 在控制系统中 进行线性化处理 以克服调节阀的死 区 实现调节阀的小范围灵敏控制 防喘阀小开度的灵敏控制是实现优化 控制的必要条件 如图6 所示 1 0 8 t 登6 蚓 圈4 耀 影 一 j 5 01 0 0 阀门开度 图6 防喘阀控制 控制器修正曲线 等百分比阀对应 开度流通量曲线 七 实际应用效果 实现了分馏塔定压力自动耦合控制转速与防喘阀 包括预热 切塔 放空 I 防喘阀实现了全自动控制 比改造之前平均关小了2 0 的开度 2 稳定了分馏塔顶压力 提高了液收率 提高了轻蜡油的产量 减少 了焦炭产量 同时还保证了焦炭了质量 目前轻蜡油的价格为34 0 0 元 t 焦 炭价格为6 0 0 元 t 差价为28 0 0 元 t 保守估计每年平均提高经济效 益4 4 8 万元 3 减少了分馏塔顶送到气压 机入1 7 中的空冷电动机运行数量 由原来6 台空冷运行改为3 台运行 3 5 空冷每小时耗电量6 6 k W 每年 节省5 2 8 万元 4 减少了压缩机组蒸汽的消 耗 平均比改造之前每小时减少 3 5 t 每年平均节省4 8 0 万元 5 通过增加变频电动机调节 压缩机入I Z l温度 使得压缩机级间 凝缩油产量增力H 1 0 左右 节省电 1 n e 5 0 6 0 k W 每年节省4 0 0 万元 6 改造后压缩机控制更科学 的减少操作工的劳动量 提高操作 准确性 科学性 现场机组噪声减 小 降低噪声污染 符合国家技术 升级节能改造的要求 真正做到节 能减排保护环境 八 结语 总的来说 本次改造非常成 功 整个机组的操作控制实现了全 自动控