催化裂化裝置的主風(fēng)機(jī)組在整個(gè)裝置的生產(chǎn)運(yùn)行中主要擔(dān)負(fù)向再生器提供主風(fēng)的任務(wù)，用來(lái)滿足燒焦需要的氧氣，同時(shí)也起著維持再生器壓力，保持熱平衡，氧平衡，壓力平衡及流化的關(guān)鍵作用。如果主風(fēng)機(jī)組停運(yùn)，催化裂化反應(yīng)也將被迫停止，因此主風(fēng)機(jī)組的運(yùn)行狀況直接影響整個(gè)催化裂化裝置的安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。而大型壓縮機(jī)組的防喘振控制更是機(jī)組控制的關(guān)鍵和核心部分。因?yàn)橐坏┐竦貌坏郊皶r(shí)的遏制，進(jìn)而發(fā)展為逆流，持續(xù)逆流就會(huì)發(fā)生毀機(jī)的嚴(yán)重后果。

　　大慶石化公司煉油廠1106 t/a重油催化裂化裝置的能量回收裝置機(jī)組配置情況為：煙機(jī)+軸流式壓縮機(jī)+電機(jī)/發(fā)電機(jī)，是自1989年投產(chǎn)以來(lái)已連續(xù)運(yùn)行近17年的老機(jī)組。對(duì)于機(jī)組的防喘振控制，經(jīng)過(guò)幾次升級(jí)改造和完善，目前已形成一套獨(dú)特的控制系統(tǒng)，通過(guò)近幾年的持續(xù)安全平穩(wěn)運(yùn)行，經(jīng)過(guò)多次檢驗(yàn)，該機(jī)組儀表自保系統(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性都是很高的。

　　2主風(fēng)機(jī)機(jī)組防喘振控制工作原理。

　　防止壓縮機(jī)喘振的控制方法有兩類。一類是使壓縮機(jī)的流量不小于臨界值，當(dāng)流量接近喘振臨界值時(shí)就打開(kāi)旁路閥；另一類是按某種計(jì)算函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)系。飛動(dòng)點(diǎn)的軌跡在坐標(biāo)圖上接近一根曲線，當(dāng)流量/（入口壓力-出口壓力）小于某一臨界值后，壓縮機(jī)將進(jìn)入喘振區(qū)域。此時(shí)應(yīng)將旁路閥打開(kāi)，以增加壓縮機(jī)的進(jìn)氣量，同時(shí)使入口壓力減小，出口壓力增大，有利于防止喘振。

　　大型軸流式風(fēng)機(jī)的防喘振宜采用隨動(dòng)式喘振控制方案。繪制防喘振曲線有兩種方法。一種是跟據(jù)制造廠所提供的機(jī)組特性曲線繪制，另一種是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)繪制。

　　在軸流風(fēng)機(jī)的防喘振控制中，通過(guò)喉部差壓控制防喘振調(diào)節(jié)閥V2，其防喘振調(diào)節(jié)器的設(shè)定值取自出口壓力和靜葉角的函數(shù)SV=F（P，2），見(jiàn)圖1中的防喘振線，檢測(cè)信號(hào)取自喉部差壓。當(dāng)軸流機(jī)運(yùn)行在防喘振線以下時(shí)，即：PV>SP，調(diào)節(jié)器輸出20mA，防喘振放空閥全關(guān)；而當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行超過(guò)防喘振線時(shí)，即：PV<SP，則放空閥自動(dòng)打開(kāi)，機(jī)組將運(yùn)行在防喘振線上，此時(shí)雖已不是正常工況，但卻避免了機(jī)組喘振所造成的嚴(yán)重破壞。一旦外部條件正常，軸流風(fēng)機(jī)將重新運(yùn)行在正常工況的工作點(diǎn)上。

　　防喘振曲線防喘振曲線是根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)表和開(kāi)工初期經(jīng)過(guò)在不同靜葉角度下喘振臨界點(diǎn)的數(shù)據(jù)，即：出口壓力值和喉部差壓值，實(shí)際測(cè)得的軸流風(fēng)機(jī)喘振曲線。在此曲線上，將曲線向右偏移喘振流量的10%作為控制余量，就得到了防喘振控制線。

　　3原設(shè)計(jì)的防喘振控制系統(tǒng)。

　　大慶石化公司煉油廠1106 t/a重油催化裂化裝置在1992年建裝置之初，該裝置主風(fēng)機(jī)防喘振控制系統(tǒng)由一臺(tái)PMK調(diào)節(jié)儀進(jìn)行簡(jiǎn)單的PID回路控制，防喘振系統(tǒng)的測(cè)量值只有喉部差壓PDT005，出口壓力PI004.所示為簡(jiǎn)單的防喘收稿日期：20100112振控制。

　　該控制系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的防喘振控制，只是用PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)測(cè)量值低于某一固定值時(shí)，輸出一個(gè)報(bào)警信號(hào)，使電磁閥帶電，調(diào)節(jié)閥全開(kāi)。因此，防喘振控制方法較簡(jiǎn)單，無(wú)法充分發(fā)揮機(jī)組潛能。

　　簡(jiǎn)單的防喘振控制4ESD防喘振控制系統(tǒng)。

　　1998年6月主風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用美國(guó)ICS公司生產(chǎn)的ESD控制系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)組保護(hù)及控制。在ESD系統(tǒng)上主要進(jìn)行了主風(fēng)機(jī)啟機(jī)，自動(dòng)操作，安全運(yùn)行，逆流保護(hù)，緊急停機(jī)，潤(rùn)滑油自啟動(dòng)，動(dòng)力油自啟動(dòng)，防喘振控制等功能。它采用了性能可靠的三重化技術(shù)，其CPU模件，電源，CPU總線及I/O總線均采用TMR配置。CPU模件及I/O卡件采用硬件容錯(cuò)（HIFT）技術(shù)和硬件表決方式，加快了系統(tǒng)反應(yīng)速度，使控制系統(tǒng)的可靠性和安全性更高。該控制系統(tǒng)在1998年8月使用以來(lái)，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)誤動(dòng)作或其它故障，比較穩(wěn)定。

　　4.1ESD防喘振控制系統(tǒng)構(gòu)成。

　　ESD的防喘振控制系統(tǒng)是由ESD內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)的。參與防喘振控制的共有四個(gè)參數(shù)，分別是喉部差壓值PDT005，出口壓力PT004，入口溫度TI011及入口壓力PT005.在ESD系統(tǒng)中，通過(guò)BIC004，B1，B2等功能塊實(shí)現(xiàn)防喘振控制功能。主要用于建立防喘振控制曲線，防喘振的調(diào)節(jié)控制及實(shí)現(xiàn)喘振閥門(mén)的快開(kāi)慢關(guān)等性能。

　　4.1.1ESD防喘振控制曲線的建立。

　　在B1，B2功能塊中，對(duì)14#和28#兩條防喘振曲線進(jìn)行了定義。防喘振曲線通過(guò)邏輯語(yǔ)言分段編寫(xiě)而成。針對(duì)冬季和夏季不同的環(huán)境溫度下機(jī)組的性能曲線不同，分別作出了兩條防喘振曲線，即冬季的14#和夏季的28#兩條防喘振曲線。

　　兩條曲線按照喉部差壓值的百分?jǐn)?shù)進(jìn)行分段控制，將七條線段連接起來(lái)，就是該溫度時(shí)的防喘振曲線。然后向右移動(dòng)一定的余量，即為軸流風(fēng)機(jī)的防喘振設(shè)定曲線，防喘振調(diào)節(jié)回路采用PID算法。

　　4.1.2ESD防喘振的控制方案。

　　在BIC004功能塊中，程序定義了機(jī)組的工作點(diǎn)與喘振線進(jìn)行比較。當(dāng)PV值小于SP值時(shí)（即工作點(diǎn)遠(yuǎn)離防喘振線），HIC004（喘振閥控制輸出）為全關(guān)；當(dāng)PV值大于SP值時(shí)（即工作點(diǎn)超過(guò)防喘振線），HIC004全部打開(kāi)。同時(shí)分別定義了喘振閥門(mén)的快開(kāi)速率及慢關(guān)速率，從而保證裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。

　　4.2ESD防喘振控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題。

　　美國(guó)ICS公司生產(chǎn)的ESD控制系統(tǒng)主要致力于機(jī)組的保護(hù)控制，并非專業(yè)的機(jī)組防喘振控制專家，其防喘振系統(tǒng)不能將機(jī)組的效率*大化，當(dāng)裝置的再生器壓力控制超出0.235~0.245MPa時(shí)，整個(gè)機(jī)組就會(huì)出現(xiàn)發(fā)電困難，催化劑消耗高，能源耗大的缺點(diǎn)。

　　53C防喘振控制系統(tǒng)。

　　針對(duì)ESD控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題，該裝置于2002年針對(duì)防喘振系統(tǒng)引進(jìn)了美國(guó)CCC公司的PLUS+ 104化工自動(dòng)化及儀表第37卷系列控制器，以下簡(jiǎn)稱3C控制器。

　　通常機(jī)組發(fā)生防喘振時(shí)，一是必須將部分流量回流到壓縮機(jī)入口或放空，以使壓縮機(jī)工作點(diǎn)遠(yuǎn)離其喘振極限。二是回流或放空部分氣體要損失掉大量的壓縮功。美國(guó)CCC公司是一家專業(yè)從事機(jī)組研究的公司。在機(jī)組控制中解決了壓縮機(jī)的壓縮功損失這一經(jīng)濟(jì)性難題。3C控制系統(tǒng)能夠精確地確定壓縮機(jī)工作點(diǎn)離喘振點(diǎn)有多遠(yuǎn)，從而維持一個(gè)足夠但又不過(guò)分大的回流量。

　　5.13C防喘振控制系統(tǒng)構(gòu)成。

　　該裝置主風(fēng)機(jī)機(jī)組的3C防喘振控制系統(tǒng)，是通過(guò)喉部差壓值PDT005，出口壓力PT004，入口溫度TI011，入口壓力PT005及出口溫度TI012等參數(shù)進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，控制BIC004調(diào)節(jié)閥。3C控制器防喘振控制示意。

　　5.2控制器中防喘振多種控制線的定義在3C控制器中，根據(jù)軸流風(fēng)機(jī)喘振的特點(diǎn)，控制器定義了若干曲線，當(dāng)壓縮機(jī)操作點(diǎn)越過(guò)這些曲線時(shí)，控制器隨即動(dòng)作產(chǎn)生響應(yīng)，避免壓縮機(jī)喘振，減少生產(chǎn)過(guò)程不必要的波動(dòng)和循環(huán)能量的消耗。

　　控制器內(nèi)定義的各種曲線如所示。

　　控制器內(nèi)定義的各種曲線5.33C防喘振控制方案。

　　在控制器內(nèi)部，喘振極限是一個(gè)復(fù)雜的函數(shù)，它隨各種工藝條件如：氣體組分，入口壓力和溫度，轉(zhuǎn)速和入口導(dǎo)流葉片角度的變化而變化。因此使用了多元函數(shù)來(lái)計(jì)算工作點(diǎn)相對(duì)于喘振極限的趨近程度。對(duì)于小而慢的擾動(dòng)，則使用比例-積分控制，并能在控制閥完全關(guān)閉時(shí)防止復(fù)位。對(duì)快速擾動(dòng)，控制器將產(chǎn)生一個(gè)微分響應(yīng)，從而加大安全裕量，提高比例-積分響應(yīng)的控制速度。

　　防喘控制器通過(guò)多種開(kāi)環(huán)路和閉環(huán)控制算法來(lái)制定對(duì)擾動(dòng)大小的響應(yīng)，從而避免一個(gè)很寬的浪費(fèi)能量的安全裕量。

　　5.43C防喘振控制器的特點(diǎn)。

　　3C防喘振控制器，能夠?qū)⒋竦木_預(yù)報(bào)和特制的控制響應(yīng)有機(jī)地結(jié)合，使壓縮機(jī)的喘振安全裕量*小，其結(jié)果是，既保護(hù)了壓縮機(jī)，又使浪費(fèi)性的回流或放空量降到*低限度。這是3C控制器被廣泛使用的主要原因。由于先進(jìn)的防喘振控制方案，壓縮機(jī)可以在非?？拷駱O限的地方運(yùn)行，而不必打回流。使機(jī)組耗能低，更經(jīng)濟(jì)，機(jī)組運(yùn)行更加可靠。由于采用保守策略控制方法，控制器能在變送器發(fā)生故障時(shí)，繼續(xù)防止喘振，能使主風(fēng)出口壓力控制在0.33MPa. 6改進(jìn)后防喘振控制系統(tǒng)。

　　針對(duì)上述兩套防喘振控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，為避免由于儀表的設(shè)備故障引起誤動(dòng)作停車，采取了3C控制器與ESD控制兩套防喘振控制系統(tǒng)互為主備的控制方案。正常工況下采用3C控制器，當(dāng)3C控制器出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)切入ESD系統(tǒng)內(nèi)部控制。

　　6.1改進(jìn)后防喘振控制方案。

　　由于采用了兩種控制系統(tǒng)的互備方式，因此各種儀表的控制信號(hào)需要同時(shí)接入兩套控制系統(tǒng)當(dāng)中。

　　現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)通過(guò)一入二出式安全柵分別進(jìn)入ESD系統(tǒng)和3C系統(tǒng)。需要同時(shí)進(jìn)入兩套系統(tǒng)的共有四個(gè)信號(hào)，分別為PDT005，PT004，TI011，PT005，采用MTL5043型的安全柵將輸入的4~20mA信號(hào)分兩路進(jìn)入ESD的AI卡及3C控制器的接線端子板。改進(jìn)后的防喘振控制系統(tǒng)。

　　6.2改進(jìn)后防喘振控制系統(tǒng)的切換。

　　將3C控制器輸出控制信號(hào)引入ESD，在防喘振控制畫(huà)面上增加3C與ESD切換開(kāi)關(guān)，當(dāng)使用3C防喘振控制器時(shí)選擇3C，如3C防喘振控制器有問(wèn)題可及時(shí)切換到ESD防喘振控制器控制。

　　6.3改進(jìn)后控制系統(tǒng)中的ESD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)曲線由于ESD系統(tǒng)原來(lái)的防喘振曲線不能移動(dòng)，對(duì)調(diào)節(jié)軸流風(fēng)機(jī)的流量產(chǎn)生一定的約束。對(duì)原防105第7期孫永剛等。防喘振控制在催化裂化主風(fēng)機(jī)組應(yīng)用的改進(jìn)喘振控制進(jìn)行修改：刪除28#曲線，在14#曲線的基礎(chǔ)上將防喘振曲線變?yōu)閯?dòng)態(tài)曲線，增加了曲線偏移量按鈕，通過(guò)調(diào)整曲線偏移量，達(dá)到防喘振曲線適應(yīng)環(huán)境溫度變化的目的，*大偏移量定為4%. 6.4改進(jìn)后ESD系統(tǒng)對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行溫壓補(bǔ)償處理針對(duì)本地區(qū)冬夏兩季的溫度差異對(duì)介質(zhì)的影響，在系統(tǒng)中也對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行了溫度與壓力的補(bǔ)償計(jì)算。把TI011（入口溫度），PI005（入口壓力）引入控制點(diǎn)的公式中對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行溫度和壓力的補(bǔ)償，從而使控制點(diǎn)更能反應(yīng)實(shí)際工況。同時(shí)在ESD防喘振操作畫(huà)面上新增溫壓補(bǔ)償開(kāi)關(guān)，可選補(bǔ)償和未補(bǔ)償兩檔，補(bǔ)償指對(duì)入口流量進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，未補(bǔ)償反之。新增一個(gè)顯示補(bǔ)償和無(wú)顯示按鈕，當(dāng)按鈕顯示顯示補(bǔ)償在防喘振曲線圖上顯示兩個(gè)工作點(diǎn)：一個(gè)是有補(bǔ)償，一個(gè)是無(wú)補(bǔ)償，防止選擇溫壓補(bǔ)償切換開(kāi)關(guān)時(shí)，因不知道另一工作點(diǎn)是否在喘振區(qū)內(nèi)而誤切換。

　　6.5喘振線的重新標(biāo)定和修改防喘振線。

　　2007年該裝置主風(fēng)機(jī)組為了提高系統(tǒng)壓力，軸流風(fēng)機(jī)增加了一級(jí)葉片（由14級(jí)更改為15級(jí)），致使壓縮機(jī)的喘振線發(fā)生變化。為了適應(yīng)這一情況更準(zhǔn)確地進(jìn)行防喘振控制，我們將3C控制系統(tǒng)及ESD控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)技術(shù)人員請(qǐng)到現(xiàn)場(chǎng)，在機(jī)組運(yùn)行情況下，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和調(diào)整的方法標(biāo)定了機(jī)組變化后的真實(shí)喘振線，并對(duì)兩套系統(tǒng)的防喘振線進(jìn)行了修改，以確保生產(chǎn)的需要和機(jī)組的安全。

　　7結(jié)語(yǔ)。

　　隨著催化裂化裝置技術(shù)的不斷發(fā)展，主風(fēng)機(jī)組的控制系統(tǒng)也不斷地得到改進(jìn)和完善，同時(shí)各石化生產(chǎn)廠都結(jié)合自己本單位機(jī)組的實(shí)際工況采取不同的控制方案來(lái)確保機(jī)組的安全。根據(jù)生產(chǎn)裝置的特點(diǎn)及機(jī)組的運(yùn)行情況，改進(jìn)的防喘振控制系統(tǒng)，確保了催化裂化裝置和機(jī)組能夠高效，平穩(wěn)，安全的生產(chǎn)及長(zhǎng)周期運(yùn)行并使效益*大化。