炼油厂离心式循环氢压缩机控制系统改造

炼油厂离心式循环氢压缩机
控制系统的改造
摘要：炼油厂离心式循环氢压缩机控制系统原由汽轮机转速调节器W505、203超速保护
和德国HIMA安全联锁保护三个系统组成，2012年将机组控制系统升级改造为康吉森自动
化公司TRICON TS3000系统。

文章重点介绍了TS3000在机组控制系统中的改造应用，对
调速和防喘振方面进行了详述，并对改造前后进行简单的技术对比。

关键词：转速控制；喘振；升速曲线；安全联锁
1 前言
炼油厂重整装置主要作用是把低辛烷值的直馏汽油转化为富含芳烃的高辛烷值的汽油，并提供高附加值产品氢气作为加氢精制装置的原料，重整循环氢压缩机（BCL457）是装置的“心脏”级核心设备，采用杭州汽轮机 + 沈鼓离心式压缩机的标准配置。

循环氢压缩机机组原始控制系统采用经典的汽轮机分散控制模式，由W505作为转速调节器和启停控制系统，配套203超速保护器，防喘振控制由DCS系统实现，采用德国HIMA 控制系统作为安全联锁保护系统及辅机控制，共4部分组合控制模式完成。

装置自2000年3月投用以来，机组控制系统存在很大的管控缺陷，其一、W505调速器由于使用年限较长，液晶显示屏老化，操作面板缺损，控制方式单一，人机界面不科学，操控步序繁杂，影响正常操作，其二、HIMA控制系统仅利用了联锁功能，在大型旋转机组调速控制方面技术又较不成熟，且稳定性差；其三、防喘振控制由DCS系统实现，不够精准和灵敏；其四，2010年长岭炼化千万吨炼油装置升级改造之际，其他大型离心式压缩机均已改为康吉森自动化公司的TRICON TS3000控制系统，取得很好的应用效果。

基于上述原因，利用2012年重整装置检修改造的机会，对循环氢压缩机机组控制系统进行了改造，取消原505调速器及HIMA 联锁系统，采用康吉森自动化公司的分散控制系统的集中控制模式（ITCC），汽轮机控制系统操作在统一平台界面内完成，与其他装置机组控制系统相统一以便于管理，改造后控制系统由TS3000系统软、硬件实现调速控制、启/停机逻辑保护、喘振控制及辅机控制功能。

2 改造前后两种控制系统的技术简介
2.1 W505电子调速器控制原理及组态内容介绍
2.1.1 W505转速器基本控制原理
W505转速器控制回路接受一个或两个来自电磁式传感器或有源转速探头的汽轮机转
速信号，转速PID控制放大器将该信号与转速给定值相比较并给执行机构发出一输出信号，通过调速器面板键盘远程触点输入或通信线路的升/降指令来调整转速给定值控制执行机构动作从而满足生产需求。

2.1.2 W505调速器组态编程内容介绍
1)turbinestart（透平启动）：选择自动方式。

2)speedcontrol（转速控制）：选择两个mpu，齿轮齿数为60mpu，齿比1：1，执行机构(hp
和lp阀）接收信号为4~20mA。

3)speedreference（转速参考）：设定最大转速参考12517rpm，超速跳车转速13518rpm，
最大控制转速125176rpm，最小转速参考5960rpm，速度慢变率（正常调节时的速率）10rpm/sec，速度快变率（临界区使用的速率）50rpm/sec。

4)criticalspeeds（临界转速）：设置一段临界转速，3160~5680rpm。

5)idle/rated（空载/额定）：设置暖机转速1000rpm，额定转速12517rpm。

6)remoteprocess（远程控制）：设置4m A和20m A输入时的参考转速及参考转速上下限均为
5960rpm和12517rpm，控制速率设定为2rpm/sec。

7)relay output（继电器输出）：设置lp≥45%，转速≤700rpm时分别对应1 、2继电器失
磁。

8)analog readout（模拟量读出）：设置1 模拟量读出为转速设定输出，且4~20ma对应5960~
12517rpm。

转速输出信号送至DCS系统显示。

2.2 TS3000调速控制功能介绍
2.2.1 TS3000调速控制系统基本原理及功能
TS3000硬件核心是基于三重冗余容错结构的容错控制器，软件满足SIL3级标准要求，每个系统有三个主处理器，系统中所有的I/O信号都要经过硬件的三取二表决，数字量输入信号在DI模块中被分成隔离的三路进入三个主处理器分别进行三取二表决，纠正偏差后的数据通过三条总线被送到DO模块再次表决。

调速控制是TRICONEX的核心功能,能满足高精度控制和快速动态响应的要求。

现场两个转速探头来的频率信号进入脉冲PI3511卡（判断探头值高于200rpm为有效），对两个探头正常信号值进行高选，经过速度VPID06控制块后,输出4～20mA信号到电液转换器,建立二次油压来控制阀门的开度,改变进入透平的蒸汽流量,控制汽轮机压缩机组的转速。

TS3000系统使用专用的调速程序对汽轮机进行多模式控制,有停机、复位、启动、暖机、升速、运行、正常停机和超速试验8种运行方式,根据汽轮机厂家提供的升速曲线和升速率,自动从零转速升到最小转速,并迅速越过临界转速,达到正常运行转速来进行汽轮机转速控制。

2.2.2 TS3000调速控制系统配置
1）TS3000系统具备三重冗余结构，3个完全相同的分电路各自独立的执行控制程序。

Triconex控制器 V10.4 版硬件包括：模件机架（框架8110、CPU3008、电源PS），现场ETP 端子板，IO模件（DI3503E、AI3700A、DO3625、AO3805E、PI3511）；
2）组态软件包括：Tristation1131 V4.7下位编程软件，SOE事件顺序记录软件，DDE 上下位通讯软件、扩展函数库软件、 Wonderware v.10.1监控和人机界面软件。

汽轮机控
制系统如图1所示。

图1 汽轮机TS3000控制系统
3 机组控制系统改造内容
循环氢压缩机组ITCC控制系统将多个分立的功能集成在一套可靠性高的系统中完成，例如机组的联锁保护和启停控制、机组透平（汽轮机）顺序控制、机组透平（汽轮机）调速控制、压缩机防喘振控制、相关辅助工艺控制和上位画面数据监视与记录，减少了各系统之间的连接和通信，减少故障发生几率的同时降低了长周期运行成本，提供了更加良好的操作监控界面。

3.1 机组的联锁保护功能和启停控制
机组启动控制单独设置允许启动画面，启动条件主要包括机组润滑油压力、温度，机组联锁复位和现场速关阀信号反馈，当某一条件满足时，指示灯变为绿色，条件不满足时为红色，当所有条件都满足时，人工进行允许启动确认，表明机组可以启动。

允许启动条件
设置了软旁路，可以旁路或者投用启动条件，如图2所示。

图2 机组允许启动画面
机组联锁保护，主要针对机组润滑油压力低低三取二联锁、控制油压力低联锁、超速联锁、机组轴系振动和位移监测联锁，以及现场和辅操台急停按钮硬触发和开机调速门保护联锁组成，正常运行时联锁条件全部为绿色，当有跳车信号出现时，联锁停车输出变红，机组跳车，同时用“第一事故”标记第一个联锁信号。

所有的联锁条件设置了软旁路，操作时点击画面上的开关，在弹出的对话框选择“旁路”或“投用”即可。

开车之前当所有联锁条件正常时，点击复位按钮进行联锁复位，如下图3所示
图3 机组联锁画面
3.2 机组透平（汽轮机）顺序启停和调速控制
机组转速控制组态参照机组厂家给定的升速曲线设计，分为8个控制模式来实现，启动升速到低速暖机升速速率：300RPM/min；高速暖机升速速率：127RPM/min；升速阶段升速速
率：600RPM/min；调速接管后升速速率：118RPM/min；升速到超速试验的升速速率为：118RPM/min。

共有8个运行模式，如图4
图4 汽轮机升速曲线和8个运行模式
3.2.1 8种运行模式调速过程
机组转速控制可以通过远程、就地切换，也可以采用手动/自动两种模式操作，在自动模式下机组按照给定升速曲线启动，在这一操作过程中可以随时中断自控模式进入手动控制，也可以重新恢复自动控制，可以实现无扰切换。

图5 机组转速调节控制主画面
机组在满足润滑油压力和温度等启动条件后，进行联锁复位，现场开启速关阀并获得。