王 軍 陳幫明 東立明

（中國石油蘭州石化公司電儀事業(yè)部）

重油催化裂化裝置反應(yīng)再生單元中，汽提后的催化劑在沿著待生立管下流進入再生器的過程中，與上升的主風(fēng)（由主風(fēng)機提供）逆流接觸，混合開始燒焦，完成焦炭和CO 的燃燒。主風(fēng)機機組在催化裂化中具有十分重要的作用，它是催化裂化裝置的“心臟”設(shè)備，必須連續(xù)運轉(zhuǎn)。 若主風(fēng)機停運，則會導(dǎo)致催化裂化裝置停產(chǎn)。 從工藝角度而言，主風(fēng)機的主要作用有：提供燒焦需要的氧氣， 保證再生器內(nèi)的催化劑處于燒焦?fàn)顟B(tài)，使再生器內(nèi)壓力平衡。

在此，筆者探討了CCS 控制系統(tǒng)和調(diào)速控制系統(tǒng)在重油催化裂化裝置中的應(yīng)用，以確保主風(fēng)機機組的長周期連續(xù)運轉(zhuǎn)。

1 CCS 控制系統(tǒng)

主風(fēng)機CCS 控制系統(tǒng)的硬件核心是基于三重模件冗余（TMR）容錯結(jié)構(gòu)的容錯控制器TRICON，軟件滿足IEC 1131-3 的要求。 TRICON 的每個制造機構(gòu) （包括制造設(shè)備） 都獲得了ISO 9000 認(rèn)證，并通過TUV AK6 認(rèn)證。

TRICON 系統(tǒng)有3 個主處理器， 其工作方式為3-2-1-0 或3-2-0。 每個掃描周期各主處理器之間都通過TriBus 進行通信，以達到數(shù)據(jù)同步。系統(tǒng)中所有的I/O 信號都要經(jīng)過硬件的三取二表決。TriBus 表決數(shù)字輸入數(shù)據(jù)、比較輸出數(shù)據(jù)，并將模擬輸入數(shù)據(jù)拷貝至各主處理器。 主處理器執(zhí)行控制程序把控制程序所產(chǎn)生的輸出送給輸出模塊。TRICON 三重冗余硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 TRICON 三重冗余硬件結(jié)構(gòu)示意圖

數(shù)字量輸入信號在DI 模塊中被分成隔離的3 路， 通過3 個獨立的通道分別送至3 個主處理器中進行三取二表決； 糾正偏差后的數(shù)據(jù)通過3條I/O 總線被送到DO 模塊，并在DO 模塊中通過方形表決電路進行再次表決。 同樣， 模擬量輸入信號在AI 模塊中被分成隔離的3 路， 通過AI 模塊上每個分電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成12 位的數(shù)字量，用32 位的協(xié)處理器進行處理，每個主處理器采用選取中間值的算法讀取正確值，并糾正所有分電路中的偏差。 主處理器輸出的模擬量信號在AO 模塊的模擬輸出選擇器中進行選擇，以確保輸出信號的準(zhǔn)確性。

TRICON 系統(tǒng)最大的特點是可以通過三重模件冗余結(jié)構(gòu)提供容錯能力。對于每個I/O 模塊，系統(tǒng)支持一個可選的熱備模塊。如果裝有熱備模塊，則在運行中當(dāng)主模塊發(fā)生故障時， 備件可投入控制。 每個主處理器上有一個專用的I/O 通信處理器， 用于管理主處理器和I/O 模塊之間的交換數(shù)據(jù)。

2 調(diào)速控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)控制模式

調(diào)速控制系統(tǒng)進入正常運行后， 主操界面由3 部分組成：選擇開關(guān)、調(diào)速按鈕/轉(zhuǎn)速設(shè)定和啟停按鈕。 此時，系統(tǒng)有6 種控制模式：

a. CCS/就地控制模式。 即在主控室利用CCS系統(tǒng)進行操作控制和在現(xiàn)場利用操作盤進行操作控制。

b. 冷態(tài)/熱態(tài)啟動模式。冷態(tài)啟動模式為通常情況下的啟動狀態(tài)，停車5h 內(nèi)再次啟動為熱態(tài)啟動模式。

c. 手動/自動模式。 手動模式為常態(tài)模式，是以轉(zhuǎn)速為控制變量的單回路控制； 自動模式是以壓縮機入口壓力為主變量、 汽輪機轉(zhuǎn)速為副變量的串級控制。

d. 運行/超速模式包括運行模式（進入正常運行模式r101A_MODE=6）、超速模式（進入超速模式r101A_MODE=8）和正常運行模式（選擇開關(guān)處于CCS 控制+冷態(tài)啟動+手動模式+運行模式）。

e. 升速/降速模式 （圖2）。 調(diào)速按鈕由 “升速”、“保持”、“降速” 按鈕組成。 這3 個按鈕為組合式三選一按鈕，即在任何時刻只能有一個選擇、只能輸出一種結(jié)果（以紫色作提示）。 具體操作方式為： 當(dāng)升速按鈕按下時（e101A_RAISE_LOWER_KEEP_HMI==1）， 轉(zhuǎn)速設(shè)定值將一直以10r/s的速度上升，直到按下保持按鈕；當(dāng)降速按鈕按下時 （e101A_RAISE_LOWER_KEEP_HMI==2），轉(zhuǎn)速設(shè)定值將一直以10r/s 的速度下降，直到按下保持按鈕；當(dāng)保持按鈕按下時（e101A_RAISE_LOWER_KEEP_HMI==0），停止轉(zhuǎn)速設(shè)定。

f. CCS 轉(zhuǎn)速目標(biāo)設(shè)定模式， 即直接用鍵盤輸入轉(zhuǎn)速給定值。 機組所有升降速都是通過改變目標(biāo)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，目標(biāo)轉(zhuǎn)速的給定十分復(fù)雜，包含各階段模式判斷、升降速率、臨界區(qū)快速通過、是否串級等各種因素。

圖2 升速/降速選擇邏輯

TARGET_GENERAE 功能塊的作用是產(chǎn)生與汽輪機升速曲線相對應(yīng)的各調(diào)速模式下的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。 當(dāng)機組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為手動調(diào)速模式時，轉(zhuǎn)速的控制是以r101A_SPDSPA （目標(biāo)轉(zhuǎn)速） 為給定、r101A_SPEED（實測轉(zhuǎn)速）為反饋的單回路控制 （工藝正常操作運行狀態(tài)）。 TARGET_GENERAE 功能塊和SRAMP04 配合使用， 用于輸出目標(biāo)轉(zhuǎn)速。

調(diào)速輸出主要是通過VPID_LIMITER_05 模塊實現(xiàn)的，該模塊的主要功能是根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)速與實測轉(zhuǎn)速之間的偏差值， 通過PID 參數(shù)計算，給主汽門一個百分開度值。

2.2 實測轉(zhuǎn)速計算

主風(fēng)機機組共有6 個轉(zhuǎn)速探頭：1 個用于就地轉(zhuǎn)速顯示，3 個用于超速聯(lián)鎖三取二保護停車（聯(lián)鎖值8 011r/min）， 剩余2 個探頭的檢測值通過SPD_SELECT03 模塊運算后輸出機組轉(zhuǎn)速（r101A_SPEED）用于速度調(diào)節(jié)，如圖3 所示。

圖3 轉(zhuǎn)速選擇邏輯

實測轉(zhuǎn)速（r101A_SPEED）的輸出值包括：

a. 當(dāng)兩個速度探頭都正常時，輸出高值；

b. 當(dāng)有一個探頭故障時，輸出另一個正常探頭的轉(zhuǎn)速值；

c. 當(dāng)兩個探頭都故障時，輸出0。

2.3 目標(biāo)轉(zhuǎn)速的安全限位

為了保障機組的安全運行，系統(tǒng)對不同模式下的目標(biāo)轉(zhuǎn)速作了最大值 （r101A_SPDMAX）、最小值（r101A_SPDMIN）限位。 具體限位值根據(jù)機組的調(diào)速模式不同而不同。

目標(biāo)轉(zhuǎn)速最大值、最小值限制邏輯如下：

a. r101A_MODE＜2，r101A_SPDMAX=0；

b. r101A_MODE=3，r101A_SPDMAX=1000，r101A_SPDMIN=0；

c. r101A_MODE=4，r101A_SPDMAX=2000，r101A_SPDMIN=1000；

d. r101A_MODE=5，r101A_SPDMAX=6935，r101A_SPDMIN=2000；

e. r101A_MODE=6，r101A_SPDMAX=7418，r101A_SPDMIN=6935；

f. r101A_MODE =7，r101A_SPDMAX =7418，r101A_SPDMIN=1000；

g. r101A_MODE=8，r101A_SPDMAX=12000，r101A_SPDMIN=6935。

3 結(jié)束語

CCS 控制系統(tǒng)在汽輪機轉(zhuǎn)速控制中的應(yīng)用使得機組運行穩(wěn)定，提高了自動化控制程度。 機組調(diào)速控制系統(tǒng)滿足了各種生產(chǎn)工況的要求，使系統(tǒng)工作在穩(wěn)定可靠的環(huán)境下，為裝置的長周期穩(wěn)定運行提供了堅實的基礎(chǔ)。