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50萬噸催化柴油加氫裝置及機組ESD緊急停車系統(tǒng)

mjd1998

2010/1/11 16:23:00

1．前言
緊急停車系統(tǒng)ESD，對石油化工生產(chǎn)裝置或不采取措施將繼續(xù)惡化的狀態(tài)進行相應(yīng)的保護，使生產(chǎn)裝置進入一個預定義的安全停車工況，從而使危險降低到可以接受的最低程度，以保證人員、設(shè)備、生產(chǎn)和裝置的安全。ESD是適用于高溫、高壓、易燃、易爆等連續(xù)性生產(chǎn)裝置的安全保護系統(tǒng)，為提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，安全平穩(wěn)、長周期地連續(xù)生產(chǎn)是至關(guān)重要的。“該動則動，不該動則一定不動”是ESD的明顯特征。玉門油田分公司-煉油化工總廠50萬噸/年催化柴油加氫改質(zhì)裝置上，對裝置及機組ESD緊急聯(lián)鎖停車系統(tǒng)的要求,為了更好地提高機組控制系統(tǒng)的整體性、可用性、保證機組控制安全可靠，系統(tǒng)選用了MOORE 公司的QUADLOG雙重化控制系統(tǒng)。

2．系統(tǒng)配置及控制原理
該系統(tǒng)是MOORE于1995年推出的一套專門為安全應(yīng)用場合提供完善解決方案的可編程序電子控制系統(tǒng)，具有獨特的、很強的自診斷功能，安全級別高達 TǙV AK6，能夠方便實現(xiàn)于第三方DCS通訊，基于WINNT平臺的開放系統(tǒng)，把連續(xù)控制、梯形邏輯、順序控制、結(jié)構(gòu)語言放在同一控制軟件包中和安全PLC系統(tǒng)有機的相連，符合IEC1131國際標準的組態(tài)軟件。其系統(tǒng)總圖如圖1:

2．1硬件配置及功能說明：
工程師站及操作站：選用2臺DELL工作站作為該裝置的工程師站及操作站，工程師站可以離線和在線組態(tài)、修改、設(shè)置參數(shù)及系統(tǒng)維護和操作功能，并作為操作站監(jiān)控現(xiàn)場和調(diào)節(jié)操作。
控制器及I/O卡：選用2對CCM+控制器和17對I/O卡件（模擬量輸入卡件CAI、開關(guān)量輸入輸出卡件CDM、模擬量輸入輸出CAM 熱電阻卡件RTD）組成該控制系統(tǒng)，每種類型I/O卡件具備雙重化冗余容錯功能，同時卡件具備對故障和信號出錯的鑒別及處理功能，所有I/O卡件還具備對現(xiàn)場開路及短路等故障的鑒別及處理功能，每種類型卡件均能在線熱插拔和更換，I/O通道和P+F隔離珊與現(xiàn)場的信號隔離相連。其冗余結(jié)構(gòu)如下圖：

W505控制器：選用杭州汽輪機廠提供的伍德瓦特505E型控制器，分冷啟動和熱機啟動兩種SEQUENCE啟動程序，第一階段從零轉(zhuǎn)速上升到暖機轉(zhuǎn)速，每秒1%的閥位開度升速，暖機1刻種，第二階段IDEL1從暖機轉(zhuǎn)速上升到3000r/min，升速率10r/s,暖機1刻種，第三階段IDEL2從3000r/min上升到7810r/min,升速率10r/s，其中轉(zhuǎn)速從5500r/min 到 6000r/min過程中以50r/s穿過極限轉(zhuǎn)速，最后達到可調(diào)轉(zhuǎn)速，和ESD實現(xiàn)遠傳控制壓縮機的轉(zhuǎn)速及聯(lián)鎖保護，額定轉(zhuǎn)速為10413 r/min。
2．2控制系統(tǒng)功能：
邏輯控制功能主要完成加氫裝置的開停車聯(lián)鎖及機組部份的聯(lián)鎖與控制，具有高可靠性的實時故障診斷控制系統(tǒng)和完整的過程控制聯(lián)鎖功能。采用故障限制原則，使系統(tǒng)采用有效的安全措施將系統(tǒng)硬軟件的故障對系統(tǒng)造成的影響限制在最小范圍內(nèi)。該裝置組態(tài)包括：裝置聯(lián)鎖部分、新氫往復壓縮機部分、循環(huán)氫蒸汽透平離心壓縮機部分。
循環(huán)氫壓縮機控制包括主副油泵的自啟動切換，潤滑油溫度控制，軸溫度、軸震動和軸位移雙重冗余保護，干氣密封聯(lián)鎖，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，凝汽器水位調(diào)節(jié)以及啟動聯(lián)鎖條件等；并設(shè)有手動操作臺裝有該機組復位、投自動、急停按鈕、運行指示和聯(lián)鎖聲光報警等；潤滑油總管壓力采用三取二邏輯聯(lián)鎖，壓縮機入口壓力采用1oo2D聯(lián)鎖。其部分邏輯功能塊如下：

往復壓縮機和進料泵以及高壓注水泵主要有油泵控制和軸溫度保護控制及聯(lián)鎖，部分軸溫度保護通過雙支熱電阻冗余到現(xiàn)場。
2．3防喘振控制特點：
壓縮機都是設(shè)計在遠離喘振狀態(tài)下工作的。不過，操作中以外的變化會使壓縮機在運行過程中吸入流量減少到一定值時，出現(xiàn)一種不穩(wěn)定的工作現(xiàn)象，其吸入流量和出口壓力會周期低頻率大幅度的波動，并引起設(shè)備的強烈震動，這種現(xiàn)象被稱為壓縮機的喘振。每臺離心式或軸流式壓縮機都有一個最大壓頭和最小流量的極限，超過這個極限，壓縮機將會發(fā)生喘震。
壓縮機喘振控制在工藝操作過程視為次要的，但作為壓縮機的保護裝置則是主要的，防止這種有害現(xiàn)象發(fā)生是壓縮機控制系統(tǒng)最重要的任務(wù)之一。為避免喘振，必須改變操作，或者降低出口流體的阻力，或者增加壓縮機的流量。但喘振往往產(chǎn)生得非?？?因此必須應(yīng)用專門的控制技術(shù)及時開啟喘振閥,來防止喘振發(fā)生。
要想防止壓縮機喘振的發(fā)生，就要知道壓縮機運行時它的喘振點在哪里，才能確定一個合適的喘振控制裕度，再根據(jù)喘振發(fā)生的特點通過一些特定的控制來控制防喘振的發(fā)生，保護機組安全穩(wěn)定地運行。一般離心式壓縮機喘振控制系統(tǒng)的基本原理圖見圖3，采用Pd/Ps和C•h/Ps做喘振線，其基本形狀為拋物線，而采用Pd/Ps和（C•h/Ps）2做圖時得到的喘振線則在工作點附近基本呈直線形狀。

由廠家提供的壓縮機預期性能圖和數(shù)據(jù)表得出壓縮機正常工況下的喘振線如上右圖4，通過氣體狀態(tài)方程將絕對狀況曲線轉(zhuǎn)化為實際狀況曲線。P1 V1/ T1=P2 V2/ T2
由流量與差壓的關(guān)系：Q2=C△h/ρ, ρ= PsM/ZRTi
該機組喘震線方程為：Pd/Ps=a+b*△h/Ps
式中：Pd——出口壓力，Kpa；Ps——入口壓力，Kpa；C——常數(shù)（由孔板尺寸決定），m2；△h——孔板差壓（與流量的關(guān)系式為Q2=h），Kpa; Ti——入口溫度；Z為壓縮因數(shù)，R為氣體常數(shù)，M為分子量；ρ——密度；a、b為喘振線系數(shù)，由機組特性決定。
通過廠家提供的壓縮機預期性能圖和數(shù)據(jù)表確定a,b 的值，得到壓縮機喘振曲線，然后向右移動10%的余量，即為壓縮機的防喘振設(shè)定曲線，構(gòu)成PID壓縮機防喘振調(diào)節(jié)回路。我廠在實際的調(diào)試中以5%的余量設(shè)為緊急開啟線，然后通過3次1%的余量調(diào)整的逐步逼近，最后得到近似的實際喘振線。該喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)最主要的目的是有效地調(diào)節(jié)壓縮機的流量已滿足各種工藝過程的操作要求；其次，在各種正常和非正常的工藝條件下保護壓縮機也是十分重要的。
2．4過程控制及SOE功能：
系統(tǒng)帶有SOE功能，I/O卡件給CCM+控制器提供事件順序能力，在每次掃描期間，控制器檢查所指定的被稱為事件的離散變量的狀態(tài)改變。當一個事件發(fā)生時，控制器將變量的當前狀態(tài)和時間協(xié)簽存儲在緩沖區(qū)內(nèi)，以便組態(tài)提取事件順序。SOE的識別時間間隔為≤1ms，SOE的事件記錄存儲時間為不少于6個月，并可實時存貯在硬盤的歷史中，并可通過打印機打印出來。
2．5 MODUBUS通訊功能：
CCM+控制器與DCS通過RS－232/485接口與DCS系統(tǒng)進行通訊，通過系統(tǒng)組態(tài)，將部分有用的數(shù)據(jù)實時傳遞給DCS，方便車間操作人員通過DCS監(jiān)視大型機組的運行狀況。

2．5 機組診斷：
分析壓縮機機組故障診斷的特點，對壓縮機機組引入模糊集合概念和模糊控制思想，通過維修專家的頭腦中構(gòu)成的故障現(xiàn)象模型，進行實際比較和綜合運行情況的評定，建立壓縮機機組故障診斷模型，應(yīng)用于實際的機組控制系統(tǒng)的診斷過程，能有效的減少人為因素的主觀影響，使得故障診斷準確、快速。
通過對壓縮機機組故障診斷的分解情況，應(yīng)用模糊數(shù)學的基本原理，選定典型故障原因及故障現(xiàn)象，確定為論域。然后分析故障與原因之間的多種對應(yīng)關(guān)系，確定各種現(xiàn)象與原因之間的權(quán)系數(shù)，確定模糊關(guān)系矩陣。再通過系統(tǒng)的組態(tài)，使壓縮機的診斷系統(tǒng)模塊融入到機組保護系統(tǒng)中間，確保大型機組安全、穩(wěn)定的運行。

3．總結(jié):
通過對壓縮機機組的控制系統(tǒng)的組態(tài)和調(diào)試，以最佳控制方案，使壓縮機機組在非滿負荷的工況下，效率最高，操作范圍寬，設(shè)備安全，具有足夠的靈活性和可靠的防喘振保護系統(tǒng)。然后通過熟悉掌握工藝過程和壓縮機的操作性能，對壓縮機機組故障進行分析和研究，確定壓縮機機組診斷系統(tǒng)，從而使壓縮機控制系統(tǒng)達到最佳化和最優(yōu)化。