【壓縮機(jī)網(wǎng)】山西天脊潞城化工有限公司甲醇裝置是利用當(dāng)?shù)亟够瘡S(chǎng)生產(chǎn)的焦?fàn)t氣結(jié)合灰融聚煤造氣（補(bǔ)碳）生產(chǎn)甲醇的環(huán)保工程項(xiàng)目。在工藝流程中，空分裝置是甲醇生產(chǎn)工藝過(guò)程中率先開(kāi)車(chē)的工號(hào)，空壓機(jī)組在空分裝置中作為s*先開(kāi)車(chē)的設(shè)備，機(jī)組控制的好壞顯得尤為重要。

　　1、空壓機(jī)組控制系統(tǒng)構(gòu)成

　　山西天脊潞城化工有限公司甲醇項(xiàng)目的空分裝置中，空壓機(jī)由沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠(chǎng)制造，汽輪機(jī)由杭汽配套，并單獨(dú)配置了1套ITCC TS3000控制系統(tǒng)，其主要作用是完成透平驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的防喘振控制，汽輪機(jī)的調(diào)速控制、性能控制、抽汽控制，機(jī)組軸承溫度及軸振動(dòng)、位移監(jiān)控聯(lián)鎖邏輯控制功能，輔機(jī)工藝參數(shù)控制功能也包括其中。

　　1.1 硬件構(gòu)成

　　TS3000系統(tǒng)硬件基于三重冗余容錯(cuò)的TRICONV9系統(tǒng)。根據(jù)空壓機(jī)機(jī)組控制點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì): DI: 56，DO: 15，AI: 21，AO: 10，RD: 44，共計(jì)146 點(diǎn)。TS3000系統(tǒng)配置為1個(gè)主機(jī)架帶2個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，通過(guò)擴(kuò)展通訊接口連接2個(gè)擴(kuò)展機(jī)架。CPU負(fù)荷在30%～50%之間。通過(guò)通訊板經(jīng)過(guò)冗余網(wǎng)絡(luò)到操作站?？諌簷C(jī)組單獨(dú)設(shè)置1臺(tái)操作站。配套輔助操作臺(tái)設(shè)有帶鑰匙復(fù)位的緊急停車(chē)按鈕和報(bào)警喇叭，以便于機(jī)組緊急停車(chē)處理使用。控制站處理器、各級(jí)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、部件和總線(xiàn)三重冗余。所有電源設(shè)備1∶ 1冗余?，F(xiàn)場(chǎng)三取二冗余輸入點(diǎn)分別接在3塊輸入卡上，二取二冗余輸入點(diǎn)分別接在2塊輸入卡上，實(shí)現(xiàn)真正的冗余配置。

　　1.2 軟件構(gòu)成及操作畫(huà)面

　　ITCC系統(tǒng)設(shè)計(jì)有獨(dú)立的操作站，監(jiān)控軟件選用Wonderware公司的Intouch9.0軟件，其系統(tǒng)平臺(tái)基于WIN2000操作系統(tǒng)。該軟件通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)與控制器通訊，確保數(shù)據(jù)的及時(shí)刷新，從而更好地實(shí)現(xiàn)操作人員監(jiān)控和操作?；赪IN2000環(huán)境的Tristation1131編程軟件，將聯(lián)鎖邏輯功能和包括防喘振、調(diào)速功能控制在內(nèi)的調(diào)節(jié)功能集成于1個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)上完成，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的高度可靠性、集成性及完整性。系統(tǒng)的安全等級(jí)可以達(dá)到TUV的AK6和SIL3級(jí)認(rèn)證要求。

　　在做操作控制畫(huà)面過(guò)程中，廣泛征求了操作人員的意見(jiàn)，讓操作人員參與設(shè)計(jì)和調(diào)試，充分熟悉控制界面的操作。操作站畫(huà)面主要有流程圖畫(huà)面、控制回路調(diào)節(jié)畫(huà)面、調(diào)速畫(huà)面、防喘振及工作點(diǎn)畫(huà)面以及聯(lián)鎖停車(chē)報(bào)警畫(huà)面等。

　　2、壓縮機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制和超速保護(hù)

　　與壓縮機(jī)組配套的AIRPAX速度傳感器有4只，其中1只連接到就地轉(zhuǎn)速表，3只用于TS3000系統(tǒng)。系統(tǒng)調(diào)速由電液轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，配進(jìn)口頻率變換器2個(gè)（4～20mA DC信號(hào)將其轉(zhuǎn)換為20～160mA DC信號(hào)）。

　　程序設(shè)置多個(gè)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域，無(wú)論在啟動(dòng)、停車(chē)過(guò)程或正常控制過(guò)程中速度控制模塊都可避免機(jī)組工作在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)。在開(kāi)車(chē)過(guò)程中，由于蒸汽系統(tǒng)的原因，調(diào)節(jié)汽閥全開(kāi)后轉(zhuǎn)速仍然停留在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)內(nèi)，超過(guò)一定的時(shí)間限制，則自動(dòng)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥以降低轉(zhuǎn)速。調(diào)速模塊設(shè)置在正常轉(zhuǎn)速控制范圍內(nèi)，此范圍內(nèi)工藝參數(shù)為主回路，由性能控制器串級(jí)控制轉(zhuǎn)速回路，以達(dá)到控制工藝參數(shù)的目的，也可在操作站設(shè)定控制轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速隨時(shí)能跟蹤。

　　在電氣超速試驗(yàn)方式下，轉(zhuǎn)速目標(biāo)設(shè)定值可以越過(guò)z*大正常調(diào)速值，使機(jī)組在實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)際轉(zhuǎn)速可以達(dá)到電氣超速聯(lián)鎖設(shè)定值，這樣就可試驗(yàn)超速跳閘功能是否動(dòng)作正常。在機(jī)械超速停機(jī)試驗(yàn)方式下，系統(tǒng)自動(dòng)旁路電氣超速停機(jī)功能，使機(jī)組在實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)際轉(zhuǎn)速可以越過(guò)電氣超速聯(lián)鎖設(shè)定值，這樣就可以試驗(yàn)機(jī)械超速跳閘功能是否動(dòng)作正常。

　　3、壓縮機(jī)組防喘振控制

　　3.1 喘振檢測(cè)

　　空氣壓縮機(jī)組設(shè)置入口流量、入口壓力、出口壓力及入口和出口溫度5個(gè)測(cè)量參數(shù)，利 用TRICONEX獨(dú)特的防喘振技術(shù)來(lái)計(jì)算當(dāng)前工作點(diǎn)，判斷是否發(fā)生喘振。TS3000針對(duì)防喘振特性開(kāi)發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊，包括喘振檢測(cè)、喘振控制和防喘振控制輸出。各模塊相互組態(tài)連接，可以組態(tài)連接到輸入輸出信號(hào)以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的防喘振動(dòng)控制。使用這種技術(shù)，氣體分子量變化將不會(huì)影響喘振檢測(cè)。不受氣體分子量變化影響的通用喘振線(xiàn)見(jiàn)圖1。

　　3.2 控制線(xiàn)及安全裕度重校

　　如果系統(tǒng)檢測(cè)到工作點(diǎn)越過(guò)喘振線(xiàn)，表示喘振已發(fā)生，喘振控制線(xiàn)將按組態(tài)參數(shù)的大小自動(dòng)向右調(diào)節(jié)一定的裕度，從而再次加大安全裕量。控制器記錄如下變量：喘振發(fā)生次數(shù)、校準(zhǔn)次數(shù)、初始安全裕度、當(dāng)前重校后的安全裕度。

　　3.3 控制器設(shè)定值徘徊點(diǎn)

　　一般情況下，壓縮機(jī)不會(huì)在喘振線(xiàn)上持續(xù)運(yùn)行或過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。當(dāng)工作點(diǎn)在控制線(xiàn)右側(cè)（安全區(qū)域），喘振控制器的設(shè)定值將在當(dāng)前工作點(diǎn)的左側(cè)，并與工作點(diǎn)始終保持某一設(shè)定值。如果設(shè)定值與喘振控制線(xiàn)重合時(shí)，喘振控制器的設(shè)定值將不再左移，這時(shí)如果工作點(diǎn)還向左移，系統(tǒng)將逐漸打開(kāi)回流閥以防機(jī)組喘振。當(dāng)工作點(diǎn)向喘振區(qū)移動(dòng)的速度越過(guò)設(shè)定徘徊點(diǎn)時(shí)，防喘閥迅速打開(kāi)。設(shè)定徘徊點(diǎn)將按相同的速率快速減小，直至防喘閥打開(kāi)，新的工作點(diǎn)重新建立。

　　3.4 適應(yīng)性增益和非對(duì)稱(chēng)響應(yīng)

　　喘振控制器提供了一種適應(yīng)性增益特性。當(dāng)工作點(diǎn)在喘振控制線(xiàn)右方時(shí)，該特性減少了比例動(dòng)作。當(dāng)工作點(diǎn)在喘振控制線(xiàn)右方的操作裕度超過(guò)設(shè)定距離，則調(diào)用適應(yīng)性增益特性。根據(jù)比例或積分響應(yīng)，當(dāng)工作點(diǎn)安全地移動(dòng)到喘振控制線(xiàn)的右方時(shí)，防喘閥以設(shè)定速率慢關(guān)，以保證將透平驅(qū)動(dòng)機(jī)以及工況控制器調(diào)整到新的工作條件下。

　　3.5 比例功能

　　當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入喘振控制線(xiàn)及喘振線(xiàn)之間時(shí)，防喘閥按比例打開(kāi)。該比例輸出信號(hào)與其他功能的輸出經(jīng)高選器后，z*后輸出到防喘閥。即使在喘振控制器失調(diào)情況下，仍可保護(hù)機(jī)組。

　　3.6 手動(dòng)控制

　　在安裝和試車(chē)過(guò)程中，可以手動(dòng)遙控開(kāi)關(guān)防喘閥，而不考慮喘振控制器的作用。當(dāng)工作點(diǎn)向喘振控制線(xiàn)左方竄動(dòng)時(shí)，組態(tài)1個(gè)觸點(diǎn)輸出打開(kāi)電磁閥，使防喘閥快開(kāi)。當(dāng)系統(tǒng)從喘振狀態(tài)回來(lái)時(shí)，電磁閥關(guān)閉。對(duì)閥的控制可從比例控制恢復(fù)到正常的喘振控制。

　　4、機(jī)組聯(lián)鎖

　　機(jī)組聯(lián)鎖控制主要包括：機(jī)組啟動(dòng)條件、啟動(dòng)潤(rùn)滑油輔泵/冷凝液泵、抽氣聯(lián)鎖和聯(lián)鎖停車(chē)。聯(lián)鎖停車(chē)條件包括：汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高高、潤(rùn)滑油總管壓力低低、汽輪機(jī)（壓縮機(jī)）軸承溫度高高、速關(guān)油壓低低、汽輪機(jī)（壓縮機(jī)） 軸振動(dòng)位移高高。聯(lián)鎖信號(hào)選用故障安全型：正常1，故障0?，F(xiàn)場(chǎng)電磁閥正常帶電，故障失電。汽輪機(jī)（壓縮機(jī)） 軸承溫度、潤(rùn)滑油壓、速關(guān)油壓全部三取二聯(lián)鎖。位移、振動(dòng)二取二。每個(gè)聯(lián)鎖輸入都配有維護(hù)用旁路開(kāi)關(guān)。當(dāng)空壓機(jī)組聯(lián)鎖停車(chē)時(shí)，則關(guān)閉空分入口閥，與空分裝置隔離。

　　卡件到現(xiàn)場(chǎng)電磁閥及電氣設(shè)備采用24V DC繼電器隔離?，F(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備運(yùn)行、選擇自動(dòng)信號(hào)采用220V AC繼電器隔離到卡件。電磁閥采用24V DC供電，全部采用冗余配置。

　　5、TS3000 系統(tǒng)的連接通訊

　　TS3000系統(tǒng)作為子站，通過(guò)EICM4119A 的RS－232/485接口，按照MODBUS的通訊協(xié)議，與本裝置空分系統(tǒng)的橫河CS3000 DCS主站系統(tǒng)進(jìn)行串行通訊。汽輪機(jī)、壓縮機(jī)組振動(dòng)、位移、汽輪機(jī)鍵相接入本特利3500，通過(guò)通訊卡件與TS3000通訊。模擬量位移和振動(dòng)通過(guò)通訊在操作站進(jìn)行顯示，聯(lián)鎖信號(hào)則采用本特利3500的16通道繼電器卡件進(jìn)入TS3000系統(tǒng)。振動(dòng)、位移聯(lián)鎖動(dòng)作實(shí)時(shí)、直接、可靠，有效地避免由于通訊問(wèn)題而影響聯(lián)鎖動(dòng)作。

　　機(jī)組采用的是本特利3300位移、振動(dòng)檢測(cè)探頭。該渦流傳感器探頭是一種很高靈敏度和可靠性的傳感器，處在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組的地電位復(fù)雜、干擾嚴(yán)重的環(huán)境中。為了抑制現(xiàn)場(chǎng)高噪聲干擾對(duì)機(jī)組系統(tǒng)的滲入，就地電纜的屏蔽層接地不采用本特利3500系統(tǒng)屏蔽端子接地，而采用現(xiàn)場(chǎng)接地。把就地電纜的屏蔽層在前置器一側(cè)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)接在渦流傳感器鎧裝電纜的外殼上接地，以避免系統(tǒng)振動(dòng)位移參數(shù)出現(xiàn)異常報(bào)警。

　　6、TS3000機(jī)組系統(tǒng)安裝調(diào)試及維護(hù)

　?。?）系統(tǒng)安裝時(shí)注意盤(pán)柜與地的可靠絕緣和盤(pán)柜母線(xiàn)的可靠接地，盤(pán)柜具有防振動(dòng)措施。鋪設(shè)電纜時(shí)應(yīng)注意將強(qiáng)電與弱電分開(kāi)以及屏蔽線(xiàn)的可靠接地和抗干擾。嚴(yán)格控制電子設(shè)備間的環(huán)境條件。

　　為防止有害氣體的侵入以及防水、防塵、防火、防鼠害，應(yīng)采用模塊化電纜密封裝置對(duì)控制室電子間的電纜進(jìn)口封閉。

　?。?）在控制系統(tǒng)組態(tài)、測(cè)試、驗(yàn)收、投入運(yùn)行和在線(xiàn)調(diào)整各階段，廠(chǎng)家程序組態(tài)設(shè)計(jì)測(cè)試人員、儀表配合人員應(yīng)全程參與，嚴(yán)格審核保護(hù)控制邏輯設(shè)計(jì)和組態(tài)的合理性。每次組態(tài)編譯、下載和修改控制參數(shù)時(shí)，對(duì)于畫(huà)面出現(xiàn)的警告和語(yǔ)言提示，應(yīng)積極找出原因，制定處理類(lèi)似問(wèn)題的相應(yīng)對(duì)策。

　　（3）為保證系統(tǒng)的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的各種模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊、工作環(huán)境和重要參數(shù)進(jìn)行定期檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常情況。經(jīng)常檢查旁路開(kāi)關(guān)的狀態(tài)和聯(lián)鎖條件，定期通過(guò)編程軟件收集診斷信息，嚴(yán)格按照操作指導(dǎo)書(shū)更換有故障的模塊。由于試車(chē)過(guò)程中曾發(fā)生過(guò)1次停車(chē)，遂對(duì)系統(tǒng)提供的SOE記錄和歷史趨勢(shì)進(jìn)行綜合有效分析，確定事件的直接原因是系統(tǒng)配套 MTL溫變損壞，導(dǎo)致壓縮機(jī)組跳車(chē)。后來(lái)溫變?nèi)扛鼡Q為P+F溫變后，壓縮機(jī)組一直運(yùn)行穩(wěn)定。

　　7、結(jié)語(yǔ)

　　（1） TS3000系統(tǒng)自從2007年9月在空分裝置中的空壓機(jī)投入使用以來(lái)，不僅功能強(qiáng)大、可靠、穩(wěn)定，而且在調(diào)速和防喘振等方面表現(xiàn)出了較好的性能。特別是在試車(chē)階段，由于鍋爐裝置運(yùn)行不穩(wěn)定，導(dǎo)致中壓蒸汽管網(wǎng)波動(dòng)較大，因?yàn)檎{(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)及時(shí)、可靠，轉(zhuǎn)速?zèng)]有大幅波動(dòng)。

　?。?）在后續(xù)裝置的開(kāi)車(chē)過(guò)程中，壓縮機(jī)負(fù)荷的大幅變化又檢驗(yàn)了系統(tǒng)防喘振功能的可靠性。在試生產(chǎn)期間，工況波動(dòng)比較頻繁，防喘振安全裕度設(shè)定得比較大，存在一定的能源浪費(fèi)。

　?。?）在以后的生產(chǎn)中，要根據(jù)防喘振曲線(xiàn)以及負(fù)荷情況適當(dāng)調(diào)整到z*佳防喘振裕度，在保證機(jī)組安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行的基礎(chǔ)上節(jié)能降耗。生產(chǎn)正常后，計(jì)劃再上1套壓縮機(jī)組配套在線(xiàn)診斷和分析系統(tǒng)，從而確保機(jī)組長(zhǎng)期、穩(wěn)定和高負(fù)荷運(yùn)行，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　參考文獻(xiàn)

　?。?］孫瑋，唐培全，楊文強(qiáng)．汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［TS1］現(xiàn)場(chǎng)
　　噪音及其抑制［J］．化工自動(dòng)化及儀表，2006(1):70～72．
　?。?］GB50093－2002，自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］．

　　作者簡(jiǎn)介：

　　王五紅，男，2005年畢業(yè)于中北大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，工程師，
　　從事化工生產(chǎn)裝置儀表自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

來(lái)源：■文/中煤集團(tuán)鄂爾多斯能源化工有限公司 王五紅 栗進(jìn)濤