防喘振控制空压机组运用革新

催化裂化装置的主风机组在整个装置的生产运行中主要担负向再生器提供主风的任务，用来满足烧焦需要的氧气，同时也起着维持再生器压力，保持热平衡，氧平衡，压力平衡及流化的关键作用。如果主风机组停运，催化裂化反应也将被迫停止，因此主风机组的运行状况直接影响整个催化裂化装置的安全稳定长周期运行。而大型压缩机组的防喘振控制更是机组控制的关键和核心部分。因为一旦喘振得不到及时的遏制，进而发展为逆流，持续逆流就会发生毁机的严重后果。

大庆石化公司炼油厂1106 t/a重油催化裂化装置的能量回收装置机组配置情况为：烟机+轴流式压缩机+电机/发电机，是自1989年投产以来已连续运行近17年的老机组。对于机组的防喘振控制，经过几次升级改造和完善，目前已形成一套独特的控制系统，通过近几年的持续安全平稳运行，经过多次检验，该机组仪表自保系统的可靠性，稳定性都是很高的。

2主风机机组防喘振控制工作原理。

防止压缩机喘振的控制方法有两类。一类是使压缩机的流量不小于临界值，当流量接近喘振临界值时就打开旁路阀；另一类是按某种计算函数来实现关系。飞动点的轨迹在坐标图上接近一根曲线，当流量/（入口压力-出口压力）小于某一临界值后，压缩机将进入喘振区域。此时应将旁路阀打开，以增加压缩机的进气量，同时使入口压力减小，出口压力增大，有利于防止喘振。

大型轴流式风机的防喘振宜采用随动式喘振控制方案。绘制防喘振曲线有两种方法。一种是跟据制造厂所提供的机组特性曲线绘制，另一种是通过现场实测轴流风机的运行数据绘制。

在轴流风机的防喘振控制中，通过喉部差压控制防喘振调节阀V2，其防喘振调节器的设定值取自出口压力和静叶角的函数SV=F（P，2），见图1中的防喘振线，检测信号取自喉部差压。当轴流机运行在防喘振线以下时，即：PV>SP，调节器输出20mA，防喘振放空阀全关；而当轴流风机运行超过防喘振线时，即：PV<SP，则放空阀自动打开，机组将运行在防喘振线上，此时虽已不是正常工况，但却避免了机组喘振所造成的严重破坏。一旦外部条件正常，轴流风机将重新运行在正常工况的工作点上。

防喘振曲线防喘振曲线是根据厂家提供的数据表和开工初期经过在不同静叶角度下喘振临界点的数据，即：出口压力值和喉部差压值，实际测得的轴流风机喘振曲线。在此曲线上，将曲线向右偏移喘振流量的10%作为控制余量，就得到了防喘振控制线。

3原设计的防喘振控制系统。

大庆石化公司炼油厂1106 t/a重油催化裂化装置在1992年建装置之初，该装置主风机防喘振控制系统由一台PMK调节仪进行简单的PID回路控制，防喘振系统的测量值只有喉部差压PDT005，出口压力PI004.所示为简单的防喘收稿日期：20100112振控制。

该控制系统不能实现复杂的防喘振控制，只是用PID参数进行调节，当测量值低于某一固定值时，输出一个报警信号，使电磁阀带电，调节阀全开。因此，防喘振控制方法较简单，无法充分发挥机组潜能。

简单的防喘振控制4ESD防喘振控制系统。

1998年6月主风机控制系统进行改造，采用美国ICS公司生产的ESD控制系统进行机组保护及控制。在ESD系统上主要进行了主风机启机，自动操作，安全运行，逆流保护，紧急停机，润滑油自启动，动力油自启动，防喘振控制等功能。它采用了性能可靠的三重化技术，其CPU模件，电源，CPU总线及I/O总线均采用TMR配置。CPU模件及I/O卡件采用硬件容错（HIFT）技术和硬件表决方式，加快了系统反应速度，使控制系统的可靠性和安全性更高。该控制系统在1998年8月使用以来，没有出现过误动作或其它故障，比较稳定。

4.1ESD防喘振控制系统构成。

ESD的防喘振控制系统是由ESD内部程序实现的。参与防喘振控制的共有四个参数，分别是喉部差压值PDT005，出口压力PT004，入口温度TI011及入口压力PT005.在ESD系统中，通过BIC004，B1，B2等功能块实现防喘振控制功能。主要用于建立防喘振控制曲线，防喘振的调节控制及实现喘振阀门的快开慢关等性能。

4.1.1ESD防喘振控制曲线的建立。

在B1，B2功能块中，对14#和28#两条防喘振曲线进行了定义。防喘振曲线通过逻辑语言分段编写而成。针对冬季和夏季不同的环境温度下机组的性能曲线不同，分别作出了两条防喘振曲线，即冬季的14#和夏季的28#两条防喘振曲线。

两条曲线按照喉部差压值的百分数进行分段控制，将七条线段连接起来，就是该温度时的防喘振曲线。然后向右移动一定的余量，即为轴流风机的防喘振设定曲线，防喘振调节回路采用PID算法。

4.1.2ESD防喘振的控制方案。

在BIC004功能块中，程序定义了机组的工作点与喘振线进行比较。当PV值小于SP值时（即工作点远离防喘振线），HIC004（喘振阀控制输出）为全关；当PV值大于SP值时（即工作点超过防喘振线），HIC004全部打开。同时分别定义了喘振阀门的快开速率及慢关速率，从而保证装置的平稳运行。

4.2ESD防喘振控制系统存在的问题。

美国ICS公司生产的ESD控制系统主要致力于机组的保护控制，并非专业的机组防喘振控制专家，其防喘振系统不能将机组的效率*大化，当装置的再生器压力控制超出0.235~0.245MPa时，整个机组就会出现发电困难，催化剂消耗高，能源耗大的缺点。

53C防喘振控制系统。

针对ESD控制系统存在的问题，该装置于2002年针对防喘振系统引进了美国CCC公司的PLUS+ 104化工自动化及仪表第37卷系列控制器，以下简称3C控制器。

通常机组发生防喘振时，一是必须将部分流量回流到压缩机入口或放空，以使压缩机工作点远离其喘振极限。二是回流或放空部分气体要损失掉大量的压缩功。美国CCC公司是一家专业从事机组研究的公司。在机组控制中解决了压缩机的压缩功损失这一经济性难题。3C控制系统能够精确地确定压缩机工作点离喘振点有多远，从而维持一个足够但又不过分大的回流量。

5.13C防喘振控制系统构成。

该装置主风机机组的3C防喘振控制系统，是通过喉部差压值PDT005，出口压力PT004，入口温度TI011，入口压力PT005及出口温度TI012等参数进行复杂运算，控制BIC004调节阀。3C控制器防喘振控制示意。

5.2控制器中防喘振多种控制线的定义在3C控制器中，根据轴流风机喘振的特点，控制器定义了若干曲线，当压缩机操作点越过这些曲线时，控制器随即动作产生响应，避免压缩机喘振，减少生产过程不必要的波动和循环能量的消耗。

控制器内定义的各种曲线如所示。

控制器内定义的各种曲线5.33C防喘振控制方案。

在控制器内部，喘振极限是一个复杂的函数，它随各种工艺条件如：气体组分，入口压力和温度，转速和入口导流叶片角度的变化而变化。因此使用了多元函数来计算工作点相对于喘振极限的趋近程度。对于小而慢的扰动，则使用比例-积分控制，并能在控制阀完全关闭时防止复位。对快速扰动，控制器将产生一个微分响应，从而加大安全裕量，提高比例-积分响应的控制速度。

防喘控制器通过多种开环路和闭环控制算法来制定对扰动大小的响应，从而避免一个很宽的浪费能量的安全裕量。

5.43C防喘振控制器的特点。

3C防喘振控制器，能够将喘振的精确预报和特制的控制响应有机地结合，使压缩机的喘振安全裕量*小，其结果是，既保护了压缩机，又使浪费性的回流或放空量降到*低限度。这是3C控制器被广泛使用的主要原因。由于先进的防喘振控制方案，压缩机可以在非常靠近喘振极限的地方运行，而不必打回流。使机组耗能低，更经济，机组运行更加可靠。由于采用保守策略控制方法，控制器能在变送器发生故障时，继续防止喘振，能使主风出口压力控制在0.33MPa. 6改进后防喘振控制系统。

针对上述两套防喘振控制系统的特点，为避免由于仪表的设备故障引起误动作停车，采取了3C控制器与ESD控制两套防喘振控制系统互为主备的控制方案。正常工况下采用3C控制器，当3C控制器出现异常时及时切入ESD系统内部控制。

6.1改进后防喘振控制方案。

由于采用了两种控制系统的互备方式，因此各种仪表的控制信号需要同时接入两套控制系统当中。

现场输入信号通过一入二出式安全栅分别进入ESD系统和3C系统。需要同时进入两套系统的共有四个信号，分别为PDT005，PT004，TI011，PT005，采用MTL5043型的安全栅将输入的4~20mA信号分两路进入ESD的AI卡及3C控制器的接线端子板。改进后的防喘振控制系统。

6.2改进后防喘振控制系统的切换。

将3C控制器输出控制信号引入ESD，在防喘振控制画面上增加3C与ESD切换开关，当使用3C防喘振控制器时选择3C，如3C防喘振控制器有问题可及时切换到ESD防喘振控制器控制。

6.3改进后控制系统中的ESD系统实现动态曲线由于ESD系统原来的防喘振曲线不能移动，对调节轴流风机的流量产生一定的约束。对原防105第7期孙永刚等。防喘振控制在催化裂化主风机组应用的改进喘振控制进行修改：删除28#曲线，在14#曲线的基础上将防喘振曲线变为动态曲线，增加了曲线偏移量按钮，通过调整曲线偏移量，达到防喘振曲线适应环境温度变化的目的，*大偏移量定为4%. 6.4改进后ESD系统对控制点进行温压补偿处理针对本地区冬夏两季的温度差异对介质的影响，在系统中也对控制点进行了温度与压力的补偿计算。把TI011（入口温度），PI005（入口压力）引入控制点的公式中对控制点进行温度和压力的补偿，从而使控制点更能反应实际工况。同时在ESD防喘振操作画面上新增温压补偿开关，可选补偿和未补偿两档，补偿指对入口流量进行温压补偿，未补偿反之。新增一个显示补偿和无显示按钮，当按钮显示显示补偿在防喘振曲线图上显示两个工作点：一个是有补偿，一个是无补偿，防止选择温压补偿切换开关时，因不知道另一工作点是否在喘振区内而误切换。

6.5喘振线的重新标定和修改防喘振线。

2007年该装置主风机组为了提高系统压力，轴流风机增加了一级叶片（由14级更改为15级），致使压缩机的喘振线发生变化。为了适应这一情况更准确地进行防喘振控制，我们将3C控制系统及ESD控制系统的现场服务技术人员请到现场，在机组运行情况下，通过现场测试和调整的方法标定了机组变化后的真实喘振线，并对两套系统的防喘振线进行了修改，以确保生产的需要和机组的安全。

7结语。

随着催化裂化装置技术的不断发展，主风机组的控制系统也不断地得到改进和完善，同时各石化生产厂都结合自己本单位机组的实际工况采取不同的控制方案来确保机组的安全。根据生产装置的特点及机组的运行情况，改进的防喘振控制系统，确保了催化裂化装置和机组能够高效，平稳，安全的生产及长周期运行并使效益*大化。