【壓縮機(jī)網(wǎng)】1、引言

　　某石化公司加氫裝置建于2002年裝置，壓縮機(jī)設(shè)置為新氫+循環(huán)氫組合壓縮機(jī)2臺(tái)，一開一備。其中新氫為二級(jí)壓縮，設(shè)置一返一、二返二控制回路，循環(huán)氫為一級(jí)壓縮。原初設(shè)計(jì)系統(tǒng)壓力分程、選擇控制方案較為復(fù)雜，實(shí)施較為困難，在近十幾年的運(yùn)行過程中，裝置系統(tǒng)壓力均為手動(dòng)調(diào)節(jié)[2]。

　　在裝置正常生產(chǎn)期間，常出現(xiàn)壓縮機(jī)因排量問題引起系統(tǒng)壓力波動(dòng)，影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行與安全，經(jīng)過車間及相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，新采用新氫壓縮機(jī)智能調(diào)節(jié)方案，實(shí)現(xiàn)了加氫裝置反應(yīng)系統(tǒng)壓力的自動(dòng)控制。

　　2、氫氣相關(guān)流程

　　新氫自系統(tǒng)管網(wǎng)引入新氫壓縮機(jī)入口分液罐（V305），通過壓力控制PV307A將一部分富余氫氣排向火炬管網(wǎng)。V305的新氫進(jìn)入C301A/B一級(jí)入口增壓，增壓后的氫氣經(jīng)過冷卻器E306A/B進(jìn)入級(jí)間分液罐V309/AB，一部分氫氣通過返回控制閥PV307B/C返回V305，另一部分氫氣進(jìn)入壓縮機(jī)二級(jí)入口再次增壓。二級(jí)出口氫氣部分通過返回控制閥PV304B/C返回V309A/B，另一部分作為補(bǔ)充氫與循環(huán)氫混合后進(jìn)入系統(tǒng)。其中為緩解壓縮機(jī)負(fù)荷，裝置還引入其它裝置的膜分離氫氣，同樣作為補(bǔ)充氫與循環(huán)氫直接混合進(jìn)入系統(tǒng)，此部分氫氣流量波動(dòng)較大。

　　2.1 原新氫壓縮機(jī)低選控制方案

　　最初設(shè)計(jì)的壓力控制系統(tǒng)，如圖1所示，在V-305頂設(shè)置了正作用的壓力調(diào)節(jié)器PRC原307進(jìn)行分程控制。當(dāng)V-305壓力上升超過設(shè)定值，PRC-307的輸出信號(hào)在50%～100%，出V-305的壓力調(diào)節(jié)器PRC-307控制PV-307A開度，氣體進(jìn)入火炬管網(wǎng)，以穩(wěn)定V-305壓力。

　　當(dāng)V-305壓力下降低于設(shè)定值，因調(diào)節(jié)器為正作用，輸出也下降，信號(hào)在0～50%范圍時(shí)，根據(jù)往復(fù)壓縮機(jī)的特性，C-301一級(jí)出口壓力也低，因此一級(jí)出口分液罐V-309的壓力調(diào)節(jié)器PRC-306輸出也在0～50%范圍內(nèi)，因其PN-306A是反向線性化算法，輸出到低選擇器PX-306A是最大值（100%），而線性化算法PN-307B輸出到低選器為0～100%中的某值，低選器PX-306A選上PRC-307的輸出來控制調(diào)節(jié)閥PV-307B的開度，由一級(jí)出口返到V-305，從而達(dá)到增加壓縮機(jī)一級(jí)入口壓力而達(dá)到增加一級(jí)出口壓力的目的。同樣，PRC-306控制PV-304B的開度，達(dá)到提高二級(jí)出口壓力的目的，此時(shí)，PRC-304控制閥PV-304A的開度即去火炬的氣量。

　　當(dāng)V-302壓力上升超過設(shè)定值，調(diào)節(jié)器PRC-304輸出達(dá)到50%～100%時(shí)，導(dǎo)致反向線性化算法PN-304B輸入為50%～100%，輸出為100～0%，此時(shí)，PRC-306的輸出也應(yīng)為50%～100%，而PN-306B輸入50%輸出就為100%，因此PN-306輸出到低選器PX-304B的值為100%，低選器PX-304B選上PRC-304的輸出控制二級(jí)出口返回到二級(jí)入口調(diào)節(jié)閥PV-304B的開度。同樣，PRC-306控制一級(jí)出口返回一級(jí)入口閥PV-307B的開度，逐級(jí)返回，使V305壓力上升，則PRC-307輸出上升，打開閥PV-307A，把氫氣排入燃料氣管網(wǎng)，從而穩(wěn)定了加氫精制反應(yīng)部分的壓力。如V302壓力仍高，氣體去火炬部分閥PV-304A打開。

　　從上述看出，當(dāng)壓縮機(jī)入口壓力低時(shí)，則由每一級(jí)入口壓力調(diào)節(jié)器的輸出控制出口返回線上的閥，從而達(dá)到入口壓力上升而增加出口壓力的目的，逐級(jí)壓力上升，使其壓縮機(jī)出口壓力上升，滿足工藝要求。而出口壓力上升到一定范圍時(shí)，則由每級(jí)出口壓力調(diào)節(jié)器的輸出控制出口返回線上的閥，逐級(jí)返回，壓縮機(jī)入口壓力上升，則由入口壓力調(diào)節(jié)器的輸出控制放入燃料氣管網(wǎng)閥開度，達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)壓力的目的，此種壓力控制法稱為壓力遞推控制，也是一套比較復(fù)雜的多回路的分程選擇性控制系統(tǒng)[3]。系統(tǒng)中的負(fù)荷平衡，壓縮機(jī)的操作壓力等經(jīng)過可靠的工藝計(jì)算，既要保證加氫精制反應(yīng)系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定，又要保證壓縮機(jī)的安全運(yùn)行。然而這樣一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)不可能是封閉的，否則就沒有調(diào)節(jié)余地，在這一系統(tǒng)中是通過PV-304A和PV-307A作為出路來平衡壓力的。

　　裝置壓縮機(jī)低選控制開工以來一直未能投用正常，檢查組態(tài)和設(shè)計(jì)方案并無錯(cuò)誤，投用過程中由于干擾因素多，波動(dòng)大超過工藝控制指標(biāo)，壓縮比控制不住，未能再投用。

　　2.2 智能調(diào)節(jié)方案

　　根據(jù)壓縮機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)及存在的問題，結(jié)合現(xiàn)場操作人員的日常手動(dòng)調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場技術(shù)專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，開發(fā)出新氫壓縮機(jī)智能調(diào)節(jié)方案。方法原理圖如圖2所示：

　　圖2中，調(diào)節(jié)器PIC304、PIC-304、PIC304B輸入信號(hào)為同一個(gè)測量信號(hào)，都為高分罐V302的壓力測量值。新氫壓縮機(jī)智能調(diào)節(jié)方案詳細(xì)說明如下：

　?。?）新方案調(diào)節(jié)目標(biāo)為穩(wěn)定高分罐V302的壓力PIC304，減少對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)的波動(dòng)影響。

　　（2）實(shí)現(xiàn)方法：通過同步自動(dòng)調(diào)節(jié)二返二閥PV304B/C和一返一閥PV307B/C實(shí)現(xiàn)高分罐壓力PIC304快速穩(wěn)定。

　?。?）新氫壓縮機(jī)整體回路控制方案如下，包括3個(gè)單回路和1個(gè)智能串級(jí)回路：

　?。╝）單回路調(diào)節(jié)器PIC-304調(diào)節(jié)外排火炬閥PV304A，實(shí)現(xiàn)對(duì)高分罐V302壓力超高時(shí)的安全放空（一般為全關(guān)，僅壓力超過安全限值時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)）；單回路調(diào)節(jié)器PIC-307調(diào)節(jié)外排火炬閥PV307A，實(shí)現(xiàn)對(duì)新氫罐V305壓力超高時(shí)的安全放空（一般為全關(guān)，僅壓力超過安全限值時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)）；

　?。╞）單回路調(diào)節(jié)器PIC304調(diào)節(jié)二返二閥PV304B/C，實(shí)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)新氫壓縮機(jī)二級(jí)返回量調(diào)節(jié)高分罐V302壓力PIC304的目的；

　?。╟）PIC304B和PIC306/8組成智能串級(jí)調(diào)節(jié)回路，通過調(diào)節(jié)一級(jí)返回閥PV307B/C實(shí)現(xiàn)。該串級(jí)回路實(shí)現(xiàn)功能為：根據(jù)高分罐壓力的實(shí)際波動(dòng)情況，和單回路調(diào)節(jié)器PIC304實(shí)現(xiàn)同步調(diào)節(jié)，具體調(diào)節(jié)措施如下。

　　當(dāng)高分罐V302壓力高于設(shè)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器PIC304的調(diào)節(jié)作用為將閥PV304B/C實(shí)際開度開大，增加二級(jí)壓縮的返回量，以達(dá)到減小壓縮機(jī)出口壓力的目的。此時(shí)罐V309A/B的壓力必然也會(huì)上升，所以需使一級(jí)壓縮返回量也同步增加，即增加一級(jí)返回閥PV307B/C的實(shí)際開度，同時(shí)使一級(jí)壓縮比和二級(jí)壓縮比保持在工藝允許的范圍（即一級(jí)壓縮比和二級(jí)壓縮比相差不大），而PIC304B和PIC306/8組成的智能串級(jí)調(diào)節(jié)回路既可實(shí)現(xiàn)該功能，當(dāng)高分罐壓力PIC304B高于設(shè)定值時(shí)，主調(diào)節(jié)器PIC304B 輸出作用使得副調(diào)節(jié)器PIC306B/C的設(shè)定值降低，使得一級(jí)返回閥PV307B/C實(shí)際開度增加，即實(shí)現(xiàn)了當(dāng)高分罐V302壓力偏高時(shí)，使得二級(jí)返回閥和一級(jí)返回閥同步調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定高分罐壓力和壓縮機(jī)壓縮比的目的。同理，當(dāng)高分罐壓力低于設(shè)定值時(shí)，上述分析同樣適用，可實(shí)現(xiàn)一級(jí)返回閥和二級(jí)返回閥實(shí)際開度減小。

　　上述主調(diào)節(jié)器PIC304B輸出作用動(dòng)態(tài)調(diào)整副回路調(diào)節(jié)器PIC306/8設(shè)定值時(shí)，需要保證一級(jí)壓縮比和二級(jí)壓縮比不能相差太多（正常情況下，工藝要求一級(jí)壓縮比和二級(jí)壓縮比相差不超過0.1），根據(jù)當(dāng)前壓縮機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)2級(jí)間壓縮比的偏差約束，通過壓縮比約束運(yùn)算模塊，在保證壓縮比在工藝要求范圍內(nèi)，計(jì)算出壓力PIC306/8設(shè)定值調(diào)整的約束范圍；根據(jù)串級(jí)回路主調(diào)節(jié)器PIC304B的輸出，在智能約束調(diào)節(jié)運(yùn)算模塊中，智能計(jì)算出在兩級(jí)壓縮比約束下，最終主調(diào)節(jié)器PIC304B輸出給PIC306/8的設(shè)定值，使得壓縮機(jī)一級(jí)返回閥和二級(jí)返回閥的同步調(diào)節(jié)[4]如表1。

　　通過上述設(shè)計(jì)的新氫壓縮機(jī)智能調(diào)節(jié)方案，既可實(shí)現(xiàn)高分罐V302的壓力及壓縮機(jī)出口的壓力快速穩(wěn)定，同時(shí)保證一級(jí)壓縮比和二級(jí)壓縮比滿足工藝要求。

　　3、系統(tǒng)投用及切除

　　3.1 系統(tǒng)投用條件

　　依次將PIC304設(shè)置為自動(dòng)模式，A機(jī)新氫一返一PV307B、二返二PV304B投自動(dòng)，級(jí)間控制PIC306設(shè)置為串級(jí)模式，A機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自啟動(dòng)，界面顯示：A機(jī)系統(tǒng)“運(yùn)行”，B機(jī)系統(tǒng)“待機(jī)”。依次將PIC304設(shè)置為自動(dòng)模式，B機(jī)新氫一返一PV307C、二返二PV304C投自動(dòng)，級(jí)間控制PIC308設(shè)置為串級(jí)模式， B機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自啟動(dòng)，界面顯示：A機(jī)系統(tǒng)“待機(jī)”，B機(jī)系統(tǒng)“運(yùn)行”。

　　3.2 系統(tǒng)切除

　　當(dāng)A機(jī)新氫一返一PV307B、二返二PV304B、系統(tǒng)壓控PIC304、級(jí)間控制PIC306任意一個(gè)處于手動(dòng)模式時(shí)，A機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)由“自動(dòng)”改為“待機(jī)”，PV304B、PV307B 調(diào)節(jié)閥不動(dòng)作。當(dāng)PV304C、PV307C、PIC304、PIC308任意一個(gè)處于手動(dòng)模式時(shí)，B機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)由“自動(dòng)”改為“待機(jī)”，PV304C、PV307C調(diào)節(jié)閥不動(dòng)作。

　　3.3 系統(tǒng)界面及參數(shù)說明

　　系統(tǒng)投用后在后臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行，在操作員界面可以顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，以及進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置窗口。

　　可通過DCS系統(tǒng)中“參數(shù)設(shè)置”，彈出“新氫壓縮機(jī)智能調(diào)節(jié)參數(shù)表”，如表2。

　　需要對(duì)表2中進(jìn)行說明的是：壓縮比偏差的約束范圍（0～0.1），在壓力調(diào)節(jié)中盡量使2個(gè)壓縮比的偏差保持在設(shè)置的高限范圍內(nèi)；當(dāng)級(jí)間壓控的偏差DV超過高限時(shí)，停止調(diào)節(jié)級(jí)間壓控的設(shè)定值，直到偏差值回到高限范圍內(nèi)。

　　4、智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用前后對(duì)比

　　4.1 高分壓力變化

　　新氫壓縮機(jī)智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用前后，高分壓力波動(dòng)變化較大。為說明波動(dòng)變化，選取了4月29日前后各1個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖3所示。

　　在對(duì)比了前后各一個(gè)月的數(shù)據(jù)后，可以看出在智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后，系統(tǒng)壓力波動(dòng)幅度明顯減小，由投用前最大的振幅范圍1.01MPa降低至0.04MPa，系統(tǒng)壓力得到了平穩(wěn)控制，同時(shí)大大減輕了員工的操作強(qiáng)度。

　　4.2 外排氫氣變化

　　投用智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)前，由于系統(tǒng)壓力波動(dòng)，高分外排氫氣量比較大，而在投用智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，系統(tǒng)壓力得到了平穩(wěn)控制，同時(shí)降低了高分外排氫氣量，節(jié)約了裝置能耗[5]。相關(guān)數(shù)據(jù)入如圖4所示。

　　由圖4可以看出，在智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后，隨著系統(tǒng)壓力波動(dòng)幅度明顯減小，裝置外排氫氣量也明顯降低，由原有外排氫氣120Nm3/h左右降低至20Nm3/h左右，減小了裝置能耗。裝置外排氫氣純度按80%計(jì)算，智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后，每小時(shí)裝置節(jié)約氫氣80Nm3/h左右，氫氣價(jià)格按14500元/t計(jì)，理論年節(jié)約氫氣效益約1.204×80×24×365元=84.4萬元。

　　5、結(jié)語

　　（1）裝置原有低選分程控制不能滿足自控的要求，現(xiàn)場結(jié)合操作經(jīng)驗(yàn)及習(xí)慣，開發(fā)了新氫智能調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；

　?。?）新氫壓縮機(jī)智能調(diào)節(jié)方案，既可實(shí)現(xiàn)高分罐V302的壓力及壓縮機(jī)出口的壓力快速穩(wěn)定，同時(shí)保證一級(jí)壓縮比和二級(jí)壓縮比滿足工藝要求。系統(tǒng)壓力波動(dòng)幅度明顯減小，穩(wěn)定了操作，降低了人員的工作強(qiáng)度；

　　（3）目前，多數(shù)裝置采用的分程、選擇控制或者超馳控制方案較為復(fù)雜，實(shí)施較為困難；采用無極調(diào)節(jié)系統(tǒng)投資較大；智能調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)算法僅在原有基礎(chǔ)上增加相應(yīng)控制計(jì)算回路即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力平穩(wěn)控制，投資小且方便實(shí)現(xiàn)。智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用后，系統(tǒng)外排氫氣量減少，降低了裝置能耗，年節(jié)約氫氣效益約84.4萬元，為國內(nèi)相關(guān)石化設(shè)備人員處理類似壓縮機(jī)節(jié)能問題提供的借鑒與參考。

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