文|沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司 郭楊
循環(huán)氫機(jī)組作為柴油加氫裝置的核心設(shè)備,能夠提供充足的氫氣、保證氫油比,從而產(chǎn)出合格柴油產(chǎn)品,對環(huán)境污染起到了積極的緩解作用。循環(huán)氫機(jī)組是離心壓縮機(jī)。
如圖1 所示的循環(huán)氫離心壓縮機(jī)組是針對我公司為某用戶開發(fā)的210 萬噸/年二甲苯異構(gòu)化裝置設(shè)計的。該機(jī)組由BCL404 壓縮機(jī)及冷凝式汽輪機(jī)組成,通過膜片式聯(lián)軸器將壓縮機(jī)與汽輪機(jī)連接,汽輪機(jī)和壓縮機(jī)安裝在公用底座上,通過潤滑油站為整個機(jī)組供油。
作為一種單級高壓離心壓縮機(jī),BCL404 壓縮機(jī)機(jī)殼為垂直剖分式,主要由定子、支撐軸承、推力軸承、軸端密封、干氣密封、轉(zhuǎn)子和聯(lián)軸器等組成。垂直剖分型循環(huán)氫離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
圖1 垂直剖分型循環(huán)氫離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖
根據(jù)210 萬噸/年二甲苯異構(gòu)化裝置用戶的需求及設(shè)計要求,首先完成循環(huán)氫壓縮機(jī)的保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計工作,利用美國本特利內(nèi)華達(dá)的機(jī)械保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)Bently 3500 完成對異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)的保護(hù)監(jiān)測工作,設(shè)計了Bently 3500 保護(hù)系統(tǒng)的總體方案。
在用戶現(xiàn)場,通過對離心壓縮機(jī)各個位置的各個振動、位移傳感器輸出信號等進(jìn)行前置放大器處理,進(jìn)入Bently 3500框架中的檢測輸入模塊,在對應(yīng)的模塊中完成電壓、報警聯(lián)鎖值和信號量程等的設(shè)置工作,從而實(shí)現(xiàn)處理和采集信號的目的。
Bently 3500 系統(tǒng)的輸入模塊中可以設(shè)定報警聯(lián)鎖值,通過繼電器模塊設(shè)定相應(yīng)的聯(lián)鎖輸出,同時選用單點(diǎn)聯(lián)鎖,通過“或”、“與”的邏輯關(guān)系達(dá)到“3 取2”和“2 取2”的聯(lián)鎖組態(tài)形式。Bently 3500 組態(tài)內(nèi)部可以通過檢驗(yàn)回路的各種故障信號,參與聯(lián)鎖及報警。
210 萬噸/年二甲苯異構(gòu)化裝置控制中的第一步是保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)。選用Bently 3500 作為監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng),實(shí)時監(jiān)測壓縮機(jī)組的溫度、振動及位移,同時,冗余是循環(huán)氫壓縮機(jī)設(shè)計中的需求,Bently 3500 具備兩重冗余的重要功能。通過通訊接口,將Bently 3500 與PLC 連接,它的通訊協(xié)議是RS485 Modbus,并且PLC 將Bently 3500 的監(jiān)測數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)報警邏輯控制和趨勢記錄,通過通訊模塊傳遞給上位機(jī),可以實(shí)現(xiàn)柴油加氫裝置循環(huán)氫的歷史數(shù)據(jù)記錄,并且可視監(jiān)控。保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
圖2 Bently 3500 保護(hù)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖
同時,根據(jù)用戶的具體需求和設(shè)計要求,設(shè)計了210 萬噸/年二甲苯異構(gòu)化裝置系統(tǒng)配置清單,如表1 所列。
表1 3500 監(jiān)測保護(hù)控制系統(tǒng)配置清單
異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)組的控制系統(tǒng)邏輯功能主要是指對Bently 3500 采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和分析,具備啟、停車各個控制功能,開發(fā)了報警聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算和防喘振邏輯等功能。針對具體模塊開發(fā)主要從以下五個方面進(jìn)行設(shè)計。
從現(xiàn)場Bently 3500 采集到的信號,所有都為模擬信號,如果被識別,就需要進(jìn)行轉(zhuǎn)化,它在這個系統(tǒng)中會有一定數(shù)值的量程。通過采集轉(zhuǎn)化的數(shù)值,會進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)化,本系統(tǒng)中的溫度變送器PT100 是電阻信號,壓力變送器轉(zhuǎn)換成4 ~ 20mA 信號,所以模擬信號測點(diǎn)均采用同一辦法來實(shí)現(xiàn)。
W41TIA80401 是信號測點(diǎn)接入PLLC-AI 卡的地址,機(jī)器碼是819-4059,輸入變量為0~150℃。經(jīng)過轉(zhuǎn)換后,OUTTO 的數(shù)值為輸出變量。
機(jī)組的允許啟動條件為油溫正常、潤滑油總管壓力正常、與機(jī)組有關(guān)的閥門位置正常和機(jī)組無聯(lián)鎖等,如果條件滿足,系統(tǒng)將自動給出允許開車指示。
機(jī)組的油泵控制是非常重要的,一旦潤滑油沒有放置在壓縮機(jī)組的油路中,會造成非常嚴(yán)重的后果。這里采用兩臺油泵,主油泵和輔油泵,即一旦故障出現(xiàn)在主油泵,壓縮機(jī)組的控制系統(tǒng)將自動啟動潤滑油備用泵,發(fā)出對應(yīng)命令。
如果在某一工況下,實(shí)際測量值出現(xiàn)異常,比如超出或低于設(shè)定值,主要是報警的設(shè)定值或是聯(lián)鎖的設(shè)定值,機(jī)組會做出反應(yīng),進(jìn)行報警,并且狀態(tài)位聯(lián)鎖。軟旁路數(shù)字開關(guān)是需要設(shè)置的,它存在于各個聯(lián)鎖點(diǎn),如果故障出現(xiàn)在一個變量儀表中,但不要求聯(lián)鎖停車,單點(diǎn)切除即可,完成單點(diǎn)切除后,在聯(lián)鎖邏輯輸出時這個點(diǎn)就不存在了。當(dāng)報警發(fā)生時,且單點(diǎn)切除正常時,連鎖再次使用,解除旁路開始工作。
根據(jù)用戶的防喘振的要求,依據(jù)循環(huán)氫壓縮機(jī)組的相關(guān)參數(shù)控制,比如流量和壓比等,為了實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的,通過Tristation1131 設(shè)計了異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)的防喘振技術(shù),選用Pd/Ps ~h/Ps 算法,如圖3 所示。
圖3 防喘振控制示意圖
對于異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)的防喘振控制技術(shù),PID 功能塊是最重要的,隨著不斷變化的SP(在PID 功能塊中),不同工況下的P、I、D 參數(shù)不同。具體P、I、D參數(shù)是保密部分,不做相關(guān)計算。
本文從用戶需求和設(shè)計要求出發(fā),通過Bently 3500 系統(tǒng)先對異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)組的保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。同時,對機(jī)組控制系統(tǒng)下位機(jī)PLC 的功能模塊進(jìn)行開發(fā)。通過調(diào)試,整套控制系統(tǒng)滿足了機(jī)組要求,其最終的設(shè)計實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)、高可靠性的循環(huán)氫壓縮機(jī)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了高度的安全性要求,完全滿足用戶需求和設(shè)計要求,驗(yàn)證了控制方法的有效性。該機(jī)組功能模塊的開發(fā)應(yīng)用,對開發(fā)同類產(chǎn)品具有借鑒作用,同時,對提高公司控制水平具有積極地作用。