催化四机组控制系统改造

一、绪论

催化四机组控制系统要求配置成熟的、先进的高可靠硬件设备, 经过实际应用考验的先进系统, TS3000机组控制系统充分满足石油化工装置的紧急停车、安全联锁、防喘控制、四机组和备机的切换需要, 不影响现有备机的控制功能。在本次大修改造中机组控制系统采用了美国Triconex公司生产的TS3000机组控制系统取代了原有FSC安全联锁系统及CCC防喘振系统组成的控制系统。仅仅在一个半月时间内完成了对原有控制柜拆除和新机柜安装、系统集成、组态、调试并一次开车成功。本文主要从控制系统配置、控制方案等方面详细阐述该控制系统在催化裂化四机组控制中的应用。

二、工艺概况

催化裂化装置中的四机组是由烟气轮机、空气轴流压缩机、蒸汽透平和同步电动/发电机机组成的同轴运转的机组。其作用是通过对催化裂化装置再生器内产生的高温烟气的能量回收, 同时为催化裂化装置再生器提供压缩空气。

具有一定压力的高温再生烟气的能量推动烟气轮机旋转, 带动轴流压缩风机和同步电动/发电机做功。若烟气的能量产生的功率不足以推动整个机组以满足为再生器的供风要求, 则由蒸汽透平机或同步电动/发电机辅助推动, 若满足正常供风之外还有剩余能量, 则用它来推动同步电动/发电机发电, 将产生的电能送人电网, 做完功的烟气还有余热, 引进余热锅炉进行余热回收, 产生蒸汽为蒸汽透平所用, 实现自给自足, 从而实现能量回收。在装置开车期间没有烟气时, 由外来中压蒸汽驱动蒸汽透平机推动机组正常运行运转。四机组是催化裂化装置中的关键大型机组, 其控制和联锁保护功能的精确性对整个装置的生产和机组本身运行安全非常重要。

三、控制系统改造方案

催化裂化能量回收机组控制系统是2002年上的HONEY-WELL公司的FSC安全联锁控制系统及CCC防喘振系统组成, 系统使用已超10年, 原有机柜间震动较大, 系统老化严重, 卡件故障频繁, 备品备件已不生产且购买困难, 维护工作量大, 影响生产。轴系仪表监测系统BENTLY 3300现已停产, 无备品备件。

Triconex公司的TS3000控制系统的设计是故障安全型的, 系统内发生故障时, 能按照故障安全的方式停机。系统具有完善的硬件、软件故障诊断及自诊断功能, 自动记录故障报警并能提示维护人员进行维护。诊断测试应能在系统运行时始终周期地进行, 一旦检测出故障, 即产生报警及显示。冗余设备能在线自诊断, 排错报警, 无差错切换。系统的各种插卡能在线插拔、更换。I/O卡带电插拔、更换时不影响外部接线或引起系统停机。

根据机组控制要求和操作需要, 该四机组控制系统主要配置:TS3000机组综合控制器1套;本特利3500一套;原系统机柜拆除后, 安装新控制系统机柜, 位置在四机组外操室不变。东区控制室内设两台操作站和一台工程师站, 可对四机组全程操控。控制室内不设辅操台, 辅操台的全部显示及操控在操作站上完成, 利用催化SIS控制系统辅操台的一个备用开关, 作为紧急停机的硬手动开关。为确保通讯安全, 通过两根12芯光缆进行通讯。为方便开工, 四机组外操室内设一台操作站可对四机组全程操控, 并保留辅操台, NET8000利旧。

四、主要控制方案说明

1. 防喘振控制

根据主风机入口喉部压差、入口压力、出口压力及入口和出口温度, 利用TRICONEX独特的防喘振技术来计算当前工作点, 判断是否发生喘振。如果系统检测到工作点越过喘振线, 表示喘振已发生, 喘振控制线将按组态参数的大小自动向右调节一定的裕度, 从而再次加大安全余量。安全裕度重校还可以复位回零, 即清除每次喘振发生时自动累加的裕度量, 使控制器回到最初组态预设的初始安全裕度值。

控制器设定值徘徊线。一般情况下, 主风机不会在喘振线上持续运行或过长时间运行。当工作点在控制线右方 (安全区域) , 喘振控制器的设定值将在当前工作点 (Hx) 的左侧, 并与工作点 (Hx) 始终保持某一设定值 (由组态时设定) 。如果设定值与喘振控制线重合时, 喘振控制器的设定值将不再左移, 这时如果工作点还向左移, 系统将逐渐打开防喘阀BIC021以防机组喘振。

当工作点向喘振区移动的速度大于, 且越过设定徘徊点时, 喘振控制器执行如下动作:1, 防喘阀迅速打开。2, 设定徘徊点将按相同的速率快速减小, 直至防喘阀大开。3, 新工作点建立。

2. 逆流保护控制

主风机实际选择探头速度大于97%额定转速5769rpm并且PDRA021A/B/C风机喉部差压低于0.98Kpa持续1秒认为主风机已经逆流, 逆流时间达到3秒小于5秒认为主风机非持续逆流, 主风机进入安全运行状态。当逆流时间大于等于5秒时认为主风机已经机持续逆流, 联锁停机。

3. 烟机转速控制

烟机转速控制是典型的选择控制系统, 为保证再生器压力的恒定, 调节器就要使烟机入口蝶阀或开或关, 改变烟气的流通截面积, 开关的结果是使烟机改变做功的大小, 同时也改变了再生器的压力。当选择转速控制时, 被调对象是转速, 入口蝶阀或开或关仍然改变烟气的流通截面积, 因为转速是由电机厉磁装置决定的, 理论上说, 当入口蝶阀开大时, 转速就应上升, 但有电机励磁机构, 转速是不变的, 这时在烟机上产生的功率就作用在其他机组上。当厉磁失效时或机组跳闸时, 转速应升高, 当大于给定时, 输出就降低要求关蝶阀, 使机组不要超速, 达到控制目的。

结束语

石化装置的特点是易燃易爆、高度危险、连续生产, 催化四机组是催化裂化装置中的关键设备, 可以说是装置的心脏。TS3000机组控制系统充分满足石油化工装置的紧急停车、安全联锁、防喘控制, 大大提高了集成度和可靠性, 减化了系统间的接线和通讯工作, 减少了维护量, 为机组的长周期安全稳定运行提供了可靠保障。

摘要：催化裂化装置中的四机组控制系统原由霍尼韦尔FSC安全联锁控制系统、本特利3300状态监测系统及CCC防喘振系统组成, 2012年对原有控制系统进行了升级改造, 采用了美国Triconex公司的TS3000控制系统和本特利3500状态监测系统。本文简单介绍TS3000控制系统, 阐述四机组主要控制方案及实现方法。

关键词：四机组,TS3000,防逆流,防喘振