ITCC控制系统在串联压缩机防喘振控制中的应用

化肥厂尿素装置有两大A类机组, 原蒸汽透平驱动机组 (3102J) 是意大利新比隆公司采用ICS+CCC3+系列控制器与增压机K103协调实现串联负荷分配控制。2013年在全厂装置大检修过程中, 采用了ITCC系统替代原有的ICS+GE PLC+CCC3+控制系统。实现K103和3102J原有的全部控制功能, 包括调速、抽汽、注汽、3102J出口压力/流量控制、K103入口压力控制 (入口导叶控制) 、两台机组的防喘振控制及负荷分配控制等, 并把全部监控功能纳入一个统一的硬件平台和操作界面, 实现综合透平压缩机组控制 (ITCC) 。

1 串联压缩机的防喘振控制

1.1 ITCC防喘振控制理论

ITCC采用可变极限流量法实现压缩机的防喘振控制。可变极限流量法需要控制入口流量并排除压力, 即实际只控制一条喘振线, 这样可以使开始回流的流量为对应于每一个工作转速规定的一个最小流量, 只有当压缩机流量不大于此值时才打开防喘振阀, 即通过减少压缩机的能耗在压缩机负荷有可能经常波动的区域采用调节压缩机的回流量来保证压缩机负荷满足工艺要求。防喘振控制使其工作点沿着喘振安全操作线变化, 即只要保证安全操作线公式等号右边大于左边就可以防止压缩机发生喘振[1]。

1.2 ITCC在串联压缩机中的防喘振设置

本次改造, 厂家利用ITCC防喘振控制系统重新精确计算CO2压缩机喘振线及机组性能, 现场实测喘振曲线, 从而达到关闭喘振阀的目标, 降低能耗。每一台压缩机的防喘振偏差及质量流量的平方W2由防喘振控制器来计算。当偏差DEV为零时, 压缩机的工作点位于喘振控制曲线 (SCL) 之上。如果偏差 (DEV) 为负值, 就有喘振的危险。这时, 防喘振控制器就增大其循环量或放空量使偏差DEV回零。负荷分配控制器LSIC101及LSIC105监测其它相互作用的防喘振控制器的偏差DEV和W2的值, 并且计算负荷平衡值R如下:R= (1-DEV) *W2。

ITCC在防喘振控制算法、性能曲线上参照原机组性能曲线资料, 在现场调试时进行现场喘振试验以修正喘振线, 现场喘振试验需要在8小时之内完成。增压机K103防喘振控制回路 (UIC101) 控制对象为增压机回流阀 (FV2327) , 3102J压缩机防喘振控制包括低压缸防喘振控制 (UIC1) 及高压缸防喘振控制 (UIC2) 两个部分, 控制对象为防喘振控制阀FV111及PV111, 两个防喘振阀回流都是四段出口返回一段入口。低压缸UIC1及高压缸UIC2两个防喘振控制回路在同步运算, 控制输出FIC111为两个控制回路的运算结果的高选, 即最安全的控制输出去控制防喘振阀。两个阀FV111及PV111采用分程控制方式, 在进行防喘振保护时, PV111会先被打开, PV111全开后, FV111会逐渐打开保护机组。分程的对应关系为FIC111的输出0~50%对于阀位PV111的0~100%, FIC111的输出50~100%对于阀位FV111的0~100%。

机组在正常工作点时, 两个防喘振阀处于完全关闭状态。此时, PV111除具有防喘振作用外, 还具有出口压力超驰控制。当出口压力太高 (15MPa) , 入口的压力太低时 (105KPa) , 可以通过打开循环阀PV111, 来实现快速控制。性能控制器 (主控制器) 采用单独的PI算法来计算压力超驰控制响应, 这种压力超驰控制响应如果主控制变量不超出压力超驰的设定值 (255KPa) , 则总是为零。这种功能即可以一直运行, 也可以设定为仅在自动的工作方式下运行。两段防喘振在保证压缩机的防喘振控制功能的同时, 与工艺主控制器MPIC101及负荷分配控制器间存在协调控制。我们利用CONSEN防喘振扩展函数功能模块来完成压缩机的防喘振控制, 防喘振扩展函数的各功能块作用如下:喘振线功能块为 (SRG_LINE) , 质量流量计算 (M_FLOW02) , 喘振监测功能块 (RECAL02) , 喘振调节功能块 (VALVE_SEL06) 。

2 结语

本次ITCC改造, 厂家重新精确计算CO2压缩机喘振线及机组性能, 现场实测喘振曲线, 从而达到关闭喘振阀的目标, 降低能耗。同时, 优化了喘振控制、性能控制和回路间的解耦控制, 消除了压缩机的喘振威胁, 保持工艺装置的连续运行, 提高了自动化操作水平, 有力的提高了装置的管理和控制水平。

摘要：本文以化肥厂尿素装置串联压缩机控制系统的改造项目为背景, 介绍了采用透平压缩机综合控制系统 (ITCC) 替代原有的ICS+GE PLC+CCC3+控制系统, 实现串联压缩机防喘振控制的方法。

关键词：CO2压缩机,串联,防喘振,改造方案

参考文献

[1] 杜勇, 薛轶明, 东立明.ITCC系统在裂解气压缩机防喘振控制中的应用[J].化工自动化及仪表.2015.04:464-467.

[2] 徐鑫金, 王成琦, 安占立.串联压缩机组负荷分配控制优化[J].工业自动化.2015.11:24-28.