孫強

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江 大慶 163711）

煉油廠制氫裝置有2 臺往復式原料氣壓縮機（K-1201A/B）為二級壓縮，設計排氣量19600Nm3/h，在裝置正常生產(chǎn)運行期間，當化工氫充足或其他用氫裝置低負荷生產(chǎn)時，壓縮機出口流量僅需11000Nm3/h 左右，原料氣只能通過壓縮機工藝氣路的二返一調(diào)節(jié)閥將大量原料氣返回至壓縮機入口，相當于壓縮機做許多無用功。2018年該壓縮機進行技術改造，新增一套博華BHSCCS 氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實現(xiàn)了壓縮機氣量全行程可調(diào)節(jié)功能，使得壓縮機排氣量可適應實際的消耗量變化，降低電機功率，降低電能消耗，提高經(jīng)濟效益。

1 BHSCCS 工作原理

液壓式氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)是采用“回流省功”原理，通過計算機實時處理壓縮機運行過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將信號反饋至執(zhí)行機構內(nèi)電子模塊，通過液壓執(zhí)行器來實時控制進氣閥的開啟與關閉時間，實現(xiàn)壓縮機排氣量0 ～100%全行程范圍無級調(diào)節(jié)。通過進氣閥的延遲關閉，使多余部分氣體未經(jīng)壓縮而重新返回到進氣總管，只壓縮了需要壓縮的氣量，從而最大限度地節(jié)約了能源。在氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制下，壓縮機的進氣閥不再是依靠壓差工作的自動閥，而是一個由外置動力驅動的強制閥。如果該系統(tǒng)故障導致無法正常運行，還可以自動恢復為原DCS 系統(tǒng)的原旁通回流控制方式，最大限度地保證生產(chǎn)裝置的安全運行。

氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)從本質上講是一個可以接受4 ～20mA標準電流信號的調(diào)節(jié)閥，可以方便地嵌入用戶現(xiàn)有的DCS 控制系統(tǒng)中。根據(jù)裝置的實際需求通過DCS 系統(tǒng)計算出壓縮機的負荷值，輸送到氣量無級調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)進行計算轉換后通過現(xiàn)場總線驅動執(zhí)行機構，完成流量控制的目的。

2 BHSCCS 系統(tǒng)組成

BHSCCS 系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：液壓機構、執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)。如圖1 所示。

圖1

液壓機構部分：油站采用電機驅動油泵供油的方式，泵輸出的油液供給高速換向閥和蓄能器，多余的油液經(jīng)穩(wěn)壓閥流回油箱，保證高速換向閥與油站之間的管路壓力穩(wěn)定。

執(zhí)行機構部分：在原壓縮機進氣閥基礎上加裝卸荷器組件，執(zhí)行油缸安裝在壓縮機進氣閥蓋上，執(zhí)行油缸內(nèi)介質為液壓油，油缸上安裝有溫度傳感器。

控制系統(tǒng)部分：智能控制器(RIC-001)是氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)核心部件，提供控制信號的處理、轉化、輸出和算法控制，是連接高速控制閥與上位系統(tǒng)的橋梁，智能控制器含有在線監(jiān)測功能模塊，可實現(xiàn)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和異常報警功能。與DCS 系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，自動計算機組負荷值，通過智能控制算法轉化為控制系統(tǒng)輸出。對氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行實時故障自動診斷及故障自動切除。

上位機系統(tǒng)是廠家安裝在服務器上的控制軟件，主要功能塊包括：數(shù)據(jù)采集及通訊模塊、負荷計算模塊、信號轉化模塊、投用切除模塊、系統(tǒng)自檢模塊、故障與監(jiān)測模塊。相關參數(shù)引入DCS 系統(tǒng)，DCS 系統(tǒng)上新增制氫卸荷器聯(lián)鎖邏輯畫面、報警信息畫面、修改原操作流程畫面、修改原氣量調(diào)節(jié)控制方案。工藝人員在DCS 系統(tǒng)上進行氣量無級調(diào)節(jié)。

監(jiān)測系統(tǒng)部分：具備通過振動監(jiān)測、溫度傳感器、鍵相監(jiān)測等手段，實現(xiàn)往復壓縮機全方位、多參數(shù)分析與診斷功能，確保設備能夠長周期平穩(wěn)運行

3 BHSCCS 控制功能

新增氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)對原DCS 系統(tǒng)相關控制方案進行了修改，同時增加了聯(lián)鎖邏輯控制功能，并滿足以下設計功能要求：

（1）實現(xiàn)壓縮機0 ～100%負荷范圍內(nèi)的無級調(diào)節(jié)；

（2）對壓縮機總入口或出口壓力進行自動控制；

（3）對壓縮機的級間壓力進行自動控制，確保級間壓力穩(wěn)定，壓縮機在最佳壓比狀態(tài)下運行；

（4）具備手動操作、自動操作和系統(tǒng)切除的功能；

（5）系統(tǒng)故障時可自動切除，原旁通調(diào)節(jié)方式接手氣量調(diào)節(jié)任務；

（6）能實現(xiàn)壓縮機的平穩(wěn)啟動、加載、切換和停機；

（7）降低旁通回流帶來的負面影響，降低冷卻器的負荷，提高壓縮機的可靠性和安全性。

DCS 系統(tǒng)上新增氣量無級調(diào)速聯(lián)鎖邏輯畫面，見圖2。

圖2

3.1 BHSCCS 系統(tǒng)機組零負荷起機功能

通過在橫河CS3000 系統(tǒng)上編程組態(tài)，實現(xiàn)了K1201A 壓縮機手動起機功能，當壓縮機運行平穩(wěn)后，可轉換到BHSCCS系統(tǒng)自動控制狀態(tài)。在DCS 畫面上手動設置BHSCCS 系統(tǒng)負荷（1ST-LD、2ST-LD）為0，BHSCCS 系統(tǒng)切換到“手動”模式。液壓油站啟動后，檢查油站運行狀態(tài)及故障報警信息。隨后啟動壓縮機驅動電機，要求卸荷器強制保持在開啟狀態(tài)，壓縮機電機在空載狀態(tài)下啟動，等待壓縮機達到正常轉速，在DCS 操作界面點擊“投用無級調(diào)節(jié)”，自檢無故障運行指示燈亮，BHSCCS系統(tǒng)正常投入運行，逐漸手動增加壓縮機負荷，直到各級壓力值到達設定點附近，把BHSCCS 系統(tǒng)的工作模式切換到“自動”模式，壓縮機投用自動運行狀態(tài)。

3.2 BHSCCS 系統(tǒng)故障切除及恢復功能

當BHSCCS 系統(tǒng)發(fā)生故障時，DCS 系統(tǒng)會自動切除BHSCCS 系統(tǒng)，同時切換旁通閥至自動模式，恢復到原來旁路調(diào)節(jié)模式。在DCS 操作界面上專門有故障報警信息畫面，便于及時查找分析問題。當BHSCCS 系統(tǒng)故障排除后，再點擊“故障復位”按鈕進行復位操作。DCS 畫面上BHSCCS 系統(tǒng)處在“手動”模式，負荷給定值為100%。現(xiàn)場手動啟動液壓油站，待油壓穩(wěn)定。點擊“投用無級調(diào)節(jié)”，同時運行指示燈亮，系統(tǒng)正常運行。逐漸手動調(diào)節(jié)減少壓縮機負荷，當各級壓力值到達設定點附近時，工作模式切換到“自動”模式，壓縮機進入自動運行狀態(tài)。

3.3 機組正常停機功能

將BHSCCS 系統(tǒng)首先切換到手動操作模式，然后手動逐漸降低壓縮機的負荷到0，此時，可停壓縮機主電機。在DCS 操作界面上點擊“手動切除無級調(diào)節(jié)”，手動切除BHSCCS 系統(tǒng)，然后點擊“手動停止油站”，可遠程停油站電機。

4 應用情況

BHSCCS 氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)2018年正式投用以來，實現(xiàn)了原料氣壓縮機0 ～100%負荷范圍內(nèi)的氣量無級調(diào)節(jié)，壓縮機的級間壓力控制穩(wěn)定，壓比恒定，提高了壓縮機運行的可靠性和安全性。

原料氣壓縮機滿負荷實際功耗為1085kW 左右，壓縮機實際運行負荷為55% 左右，當投用氣量無極調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，壓縮機每小時實際節(jié)約能耗為：1085×（1-0.55）=488.25kW。每年壓縮機運行時間按8000h，電費單價按每度0.6 元計算，當投入氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，每年可節(jié)約的電費為：488.25×8000×0.6=234.36 萬元。

5 結語

BHSCCS 氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用以來，節(jié)能效果顯著，同時融合了在線監(jiān)測功能，為機組在節(jié)能運行的基礎上提供了安全運行保障。