雙變量調(diào)節(jié)策略在石化行業(yè)的應(yīng)用

柴平海

摘 要：介紹了雙變量調(diào)節(jié)策略在石化行業(yè)大型機(jī)組控制中的應(yīng)用，解決了單回路及串級控制大型機(jī)組的缺陷。實現(xiàn)了大型壓縮機(jī)組全自動運(yùn)行，提高了大型壓縮機(jī)組的自動化控制程度，減輕操作人員負(fù)擔(dān)，更好的保障裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，同時給企業(yè)帶來潛在的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：雙變量；調(diào)節(jié)策略；串級；分程；機(jī)組；喘振；轉(zhuǎn)速

中圖分類號：TK403 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0112-02

0 引言

壓縮機(jī)組是石化工廠的重要核心設(shè)備，機(jī)組長期平穩(wěn)運(yùn)行是確保裝置穩(wěn)定的基礎(chǔ)，壓縮機(jī)組也是工廠的能耗大戶，是企業(yè)的潛在的經(jīng)濟(jì)利益環(huán)節(jié)。如重整裝置增壓機(jī)，使用常規(guī)控制算法和控制參數(shù)，導(dǎo)致壓力限制控制不能投用自動，不能起到應(yīng)有的作用。當(dāng)流程發(fā)生波動或突發(fā)事件，擾動很大，操作人員不得不手動進(jìn)行干預(yù)，如干預(yù)不當(dāng)或不及時，極容易造成裝置停車。

鑒于以上情況，為了企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展，安全利益最大化。作為控制系統(tǒng)主管技術(shù)人員，深入研究，全面分析，在自動化控制方面能做哪些改進(jìn)？為此我們擺脫機(jī)組廠家的原有設(shè)計框架，大膽想辦法，提出改進(jìn)建議，先從理論上論證其可行性，再同控制系統(tǒng)廠家的開發(fā)人員多次交流，最終引入雙變量調(diào)節(jié)方案，并且很好的解決以上困難，每年為企業(yè)節(jié)約成本一千萬人民幣左右。

1 雙變量調(diào)節(jié)引入機(jī)組控制的背景

寧波中金石化有限公司連續(xù)重整裝置循環(huán)氫裝置，采用UOP工藝包。該裝置的重整氫增壓機(jī)組（C-1202）選用了沈鼓公司的壓縮機(jī)和杭汽的汽輪機(jī)組成。如圖1。

1.1 UOP最初的三分程控制方案

壓力調(diào)節(jié)控制輸出信號分為三段：第1段0～33%/100～0%控制低壓側(cè)喘振閥；第2段33～66%/0～100%控制機(jī)組轉(zhuǎn)速；第3段66～100%/0～100%控制低壓側(cè)放空閥。該系統(tǒng)無法投入自動控制，常年處于手動狀態(tài)。

1.2 機(jī)組廠家的二分程控制方案

根據(jù)機(jī)組廠家和UOP建議將壓力調(diào)節(jié)控制輸出信號分為二段：第1段0～50%/100～0%控制低壓側(cè)喘振閥；第2段50～100%/0～100%控制機(jī)組轉(zhuǎn)速。壓力控制器輸出0-50%控制逐步關(guān)閉低壓缸一回一返回閥FV-129216進(jìn)行100-0%進(jìn)行調(diào)節(jié)，增大外排氣量；當(dāng)輸出>50%后，F(xiàn)V-129216全關(guān)，通過增加C1202轉(zhuǎn)速增大外排氣量。

1.3 以上控制方案存在問題

1.3.1 進(jìn)口壓力PI-121501/PIC-121701A控制

（1）壓力不能投用DCS串級自動控制，一旦遇到較強(qiáng)的擾動時，操作人員不得不手動進(jìn)行干預(yù)，如干預(yù)不當(dāng)或不及時，極容易造成裝置異常波動。（2）在裝置低負(fù)荷運(yùn)行時，該二分程控制很難投自動控制。（3）目前V1202壓力僅靠轉(zhuǎn)速控制，這樣造成轉(zhuǎn)速高，蒸汽消耗大。在負(fù)荷低或在入口壓力快速下降等工況不能及時的將系統(tǒng)壓力調(diào)整平穩(wěn)。

1.3.2 壓力保護(hù)控制

由于控制策略簡單及部分參數(shù)不合理，壓力保護(hù)控制不能投用自動，不能起到應(yīng)有的作用。

1.3.3 防喘振控制

（1）當(dāng)流程發(fā)生波動或突發(fā)事件（如出口調(diào)壓閥突然關(guān)閉），優(yōu)化前的防喘振控制無法及時準(zhǔn)確的進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)速度過慢，無法再優(yōu)化前的喘振裕度下將工作點及時拉回到安全區(qū)域，為安全起見優(yōu)化前防喘振控制器設(shè)置為半自動狀態(tài)。（2）原有喘振線是根據(jù)機(jī)組廠家的設(shè)計性能曲線計算出來的，沒有經(jīng)過現(xiàn)場實際喘振測試，為了滿足手動操作，安全裕度設(shè)得過小，工藝波動大/手動操作防喘振閥不及時，工作點進(jìn)入防喘振控制線內(nèi)的狀況下，防喘振閥會快速打開造成了工藝大幅波動，不能真正起到保護(hù)壓縮機(jī)組的作用。

2 雙變量調(diào)節(jié)控制的具體策略

鑒于以上情況，為了企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展，安全利益最大化。同控制系統(tǒng)廠家的開發(fā)人員多次交流，最終引入雙變量調(diào)節(jié)方案，并且很好的解決以上困難，具體控制策略如下。

2.1 入口壓力控制優(yōu)化方案

分離器壓力PI-121501的控制器PIC-121501其給定來自重整產(chǎn)物罐壓力控制器輸出，其控制輸出輸出信號分為二段，如圖2。

第1段：0～66%/0～100%作為性能控制中入口壓力控制輸出；第2段：66～100%/0～100%控制放空閥PIC-121701B/PIC129215A。機(jī)組入口壓力保護(hù)控制，當(dāng)入口壓力超過設(shè)定值時，壓力保護(hù)控制器直接打開放火炬閥進(jìn)行放空，防止入口壓力超壓。

2.2 雙變量調(diào)節(jié)控制的具體方案

當(dāng)機(jī)組進(jìn)入運(yùn)行模式，讓防喘振閥和轉(zhuǎn)速同時參與調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)雙變量調(diào)節(jié)控制。如果單純的用入口壓力控制器與轉(zhuǎn)速控制器做串級控制，當(dāng)壓縮機(jī)的工作點靠近防喘振線時，這時再通過降低轉(zhuǎn)速將工作點遠(yuǎn)離防喘振線，是危險的，很容易發(fā)生機(jī)組喘振；當(dāng)機(jī)組入口壓力需要快速提升時，通過只降轉(zhuǎn)速是不能滿足的，這時需要快速打開一段防喘振閥來提高入口壓力，等到入口壓力穩(wěn)定后，再關(guān)回一段防喘振閥同時降低轉(zhuǎn)速，保證壓縮機(jī)的入口壓力平穩(wěn)運(yùn)行。為此根據(jù)不同工況，將防喘振閥和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)同時參與機(jī)組控制，進(jìn)入雙變量自動控制模式，該調(diào)節(jié)控制策略能夠有效的解決大型機(jī)組無法投自動控制的難題。

雙變量調(diào)節(jié)控制說明：（1）裝置開工期或低負(fù)荷運(yùn)行時，防喘振閥沒有全關(guān)，工作點距離防喘振線較遠(yuǎn)，通過防喘振閥調(diào)節(jié)控制入口壓力。（2）當(dāng)裝置開工正常，運(yùn)行負(fù)荷增加，入口壓力控制器輸出增加，這時喘振閥開始往關(guān)小，當(dāng)入口壓力控制器輸出大于33%后，結(jié)合機(jī)組工作點的位置，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速開始增加，此時入口壓力由轉(zhuǎn)速控制和防喘振閥雙變量同時控制。（3）當(dāng)入口壓力下降，入口壓力控制器輸出減小時（66%-33%），降轉(zhuǎn)速；降轉(zhuǎn)速的同時，動態(tài)分程線向左移動，向左移動的速度有速率限制，當(dāng)防喘振的工作點距離控制線很近時，速率為零，不允許動態(tài)分程線向左移動。轉(zhuǎn)速的降低的速度如果超過了動態(tài)分程線向左移動的速度，那么轉(zhuǎn)速降低的速度等于態(tài)分程線移動的速度。（4）當(dāng)入口壓力控制器的輸出（藍(lán)色線）小于動態(tài)分程線（紫色線）時，入口壓力直接控制喘振閥門；此時如果機(jī)組的工作點距離防喘振線大于5%（可調(diào)），待壓力穩(wěn)定后，防喘振閥門開始關(guān)小，轉(zhuǎn)速降低，保持入口壓力平穩(wěn)，如圖3。

3 雙變量調(diào)節(jié)控制應(yīng)用后的效益

雙變量調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)于2017年11月28日在寧波中金石化正式參與控制，增壓機(jī)入口壓力控制完全由一段防喘振控制實現(xiàn)，機(jī)組處于最低操作轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。在入口工況（高分罐液位/壓力）波動的條件下，機(jī)組控制系統(tǒng)能夠及時調(diào)節(jié)，將入口壓力自動控制在設(shè)定值的±7KP范圍內(nèi)。保證了循環(huán)機(jī)能夠按照降低循環(huán)量、提高芳烴產(chǎn)物和氫氣產(chǎn)率的工藝操作。實現(xiàn)了既降低增壓機(jī)能耗，又實現(xiàn)裝置全自動控制，減輕操作人員負(fù)擔(dān)，實現(xiàn)雙重效益。

機(jī)組雙變量全自動控制的投用，使機(jī)組的自動化控制水平提高，減少操作人員手動操控，減輕操作人員工作負(fù)擔(dān)，更好的保障裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，給企業(yè)帶來雙重效益。寧波中金石化重整裝置進(jìn)料量達(dá)到290噸，增壓機(jī)防喘振閥全關(guān)。增壓機(jī)入口壓力控制完全由機(jī)組轉(zhuǎn)速控制，節(jié)約蒸汽大于5t/h，節(jié)省費用大于840萬/年。

4 結(jié)語

經(jīng)過實踐證明，增壓機(jī)組在開停機(jī)及正常運(yùn)行時，機(jī)組雙變量調(diào)節(jié)能夠保證入口壓力自動控制。機(jī)組轉(zhuǎn)速和防喘振閥雙變量控制，使機(jī)組能在不同負(fù)荷時進(jìn)行高效全自動調(diào)節(jié)控制，避免機(jī)組轉(zhuǎn)速過高產(chǎn)生較高蒸汽能耗，同時保障了機(jī)組長周期安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 施仁.自動化儀表與過程控制（第四版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009-2-1.

[2] 陳洪全，岳智.儀表工程施工手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013-4-1.

[3] 趙峻松，石油和化工企業(yè)儀表及運(yùn)行管理手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2018-9-1.