薛陽(yáng) 黃步余
1 流程及控制方案簡(jiǎn)介
在大型石油化工裝置中,透平離心式壓縮機(jī)被廣泛應(yīng)用,例如乙烯裝置裂解氣壓縮機(jī)、丙烯壓縮機(jī)、乙烯壓縮機(jī)、二元制冷壓縮機(jī)、三元制冷壓縮機(jī)等。無(wú)論是哪種透平離心式壓縮機(jī),透平機(jī)的轉(zhuǎn)速控制、抽氣控制一般采用WW505E電子調(diào)速器來(lái)完成。乙烯裝置透平裂解氣壓縮機(jī)典型的控制及流程如圖1所示。
圖1 抽氣式透平控制流程
從乙烯裝置裂解氣壓縮機(jī)透平控制流程圖,人們可以看到調(diào)速器輸出了兩個(gè)20~160mA的信號(hào),分別通過(guò)兩個(gè)相互獨(dú)立的WW723備份系統(tǒng)控制調(diào)速閥(GCV)和抽氣閥(ECV),由WW505E調(diào)速器內(nèi)部比例/積分/微分(PID)調(diào)節(jié)器對(duì)它們進(jìn)行控制,分別控制轉(zhuǎn)速和抽氣壓力。抽氣閥調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)來(lái)自抽氣管線上的壓力變送器,設(shè)定值則通過(guò)WW505E鍵盤(pán)ADJ鍵直接給出,調(diào)速閥調(diào)節(jié)器信號(hào)來(lái)自于兩個(gè)轉(zhuǎn)速探頭,其設(shè)定值則采取三種給定方式:(1) 來(lái)自就地盤(pán)的兩個(gè)升/降速按鈕;(2) 來(lái)自裂解氣壓縮機(jī)一段吸入罐罐頂壓力的遠(yuǎn)傳信號(hào);(3) 調(diào)速器軟件組態(tài)給出軟設(shè)定值。在透平機(jī)共安裝六個(gè)轉(zhuǎn)速探頭,其中兩個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)直接進(jìn)調(diào)速器,參與轉(zhuǎn)速控制,同時(shí)實(shí)現(xiàn)二取一的超速保護(hù)邏輯,然后將二取一結(jié)果送入緊急停車(chē)系統(tǒng) ESD作為壓縮機(jī)安全聯(lián)鎖保護(hù)的條件,另外一個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)先進(jìn)本特利(BENTLY)轉(zhuǎn)速模塊,然后再經(jīng)過(guò)信號(hào)分配器輸出兩路4~20mA的信號(hào)分別送到DCS和就地儀表盤(pán)轉(zhuǎn)速指示,其余三個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)入三取二的超速跳車(chē)系統(tǒng)中,三取二表決后,其信號(hào)進(jìn)入ESD系統(tǒng)參與壓縮機(jī)的停車(chē)聯(lián)鎖。設(shè)備WW723是WW 505E的后援系統(tǒng),當(dāng)正常工作時(shí),WW505E 輸出20~160mA的調(diào)節(jié)信號(hào)經(jīng)WW723 送到抽氣閥(ECV)和調(diào)速閥(GCV),同時(shí)WW723始終跟蹤著WW505E 的信號(hào),當(dāng)WW505E發(fā)生故障時(shí),自動(dòng)切換到WW723系統(tǒng),由操作人員手動(dòng)操作WW723對(duì)調(diào)速閥(GCV)和抽氣閥(ECV)進(jìn)行控制。
2 WW505E 電子調(diào)速器功能
WW505E 調(diào)速器是基于32位微處理器技術(shù)的電子調(diào)速單元,它主要用來(lái)控制抽氣式透平、抽/加氣式透平和加氣式透平的速度,具有靈活的編程功能,用菜單式軟件引導(dǎo)工程師進(jìn)行編程,還可以與裝置的DCS 系統(tǒng)聯(lián)合使用或作為一個(gè)獨(dú)立的操作單元。
WW505E 的控制參數(shù)有:透平的入口壓力和流量,透平的排放壓力和流量,透平轉(zhuǎn)速和抽氣壓力(或流量)、加氣壓力(或流量),所以調(diào)速器除了調(diào)節(jié)透平轉(zhuǎn)速外,同時(shí)還用來(lái)控制透平的抽氣壓力或流量。
WW505E除了完成以上控制任務(wù)外,它還具有豐富的輸入/輸出端口,可組態(tài)定義的操作鍵盤(pán),可以與其它控制系統(tǒng)配合,進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞,完成對(duì)透平轉(zhuǎn)速的串級(jí)控制、開(kāi)車(chē)時(shí)的升速/降速控制、與WW723后援系統(tǒng)的相互切換,以及參與ESD系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖等。
3 實(shí)際應(yīng)用
3.1 轉(zhuǎn)速控制和抽氣控制
在WW505E中,無(wú)論是轉(zhuǎn)速控制還是抽氣控制,都是將輸入的信號(hào)與設(shè)定值在PID控制器中進(jìn)行比較,然后分別產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)送到“比率/限制器(Ratio/Limiter) ”模塊中,再由它分別通過(guò)“HP(高壓側(cè))”和“LP(低壓側(cè))”經(jīng)由“LSS(低選總線)”送至GCV和ECV來(lái)完成調(diào)節(jié)控制,其原理圖如2所示。
圖2 電子調(diào)速器控制原理圖
從圖2中可以看到,WW505E的比率/限制器(Ratio/Limiter)共有兩個(gè)輸入端,其中一個(gè)輸入信號(hào)來(lái)自轉(zhuǎn)速和輔助PID的低選總線,另一個(gè)輸入來(lái)自內(nèi)部軟開(kāi)關(guān),這個(gè)軟開(kāi)關(guān)將在需求量設(shè)定點(diǎn)(Demand setpoint)和抽/加氣設(shè)定點(diǎn)(E/A SETPOINT)PID之間進(jìn)行切換選擇,需求量設(shè)定點(diǎn)僅用于加氣式或抽/加氣式透平中,對(duì)于乙烯裝置的裂解氣壓縮機(jī)透平,選擇抽/加氣設(shè)定點(diǎn)PID信號(hào)。另外在比率/限制器(Ratio/Limiter)模件中有兩個(gè)邏輯,一個(gè)是比率(Ratio)邏輯,另一個(gè)是限制器(Limiter)邏輯,各有不同的作用。比率邏輯利用比率/限制器的兩個(gè)輸入產(chǎn)生兩個(gè)輸出,分別去控制 HP 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和LP 執(zhí)行機(jī)構(gòu),并同時(shí)控制HP和LP之間的相互影響使其達(dá)到最小化。乙烯裂解氣壓縮機(jī)的抽氣式透平,工藝上要求調(diào)速器控制轉(zhuǎn)速,抽氣壓力或流量對(duì)它的影響要達(dá)到最小,當(dāng)需要提高轉(zhuǎn)速時(shí)GCV和 ECV都要打開(kāi),以提高透平的輸出,抽氣壓力或流量保持恒定;當(dāng)需要提高抽氣壓力或流量時(shí),ECV的開(kāi)度逐漸減小,更多的抽氣蒸汽通過(guò)抽氣管線排出透平,同時(shí)GCV打開(kāi)保持透平輸出的恒定,這一過(guò)程由比率邏輯完成。限制器邏輯則是在透平達(dá)到某一操作極限時(shí)才起作用,它將根據(jù)優(yōu)先權(quán)的選擇來(lái)決定維持哪一種操作方式,對(duì)于抽氣式透平來(lái)說(shuō),它有兩個(gè)控制閥即GCV和ECV,能同時(shí)控制兩個(gè)參數(shù),當(dāng)透平達(dá)到某一操作極限時(shí),如閥門(mén)全開(kāi)或全關(guān),調(diào)速器僅對(duì)一個(gè)參數(shù)實(shí)施控制,通常選擇轉(zhuǎn)速控制的優(yōu)先權(quán)高于抽氣控制,當(dāng)透平達(dá)到某一操作極限,WW505E實(shí)施轉(zhuǎn)速控制,取消抽氣壓力的控制,直到透平遠(yuǎn)離操作極限時(shí)為止。
實(shí)際上根據(jù)不同的透平系統(tǒng)、不同的工藝操作要求,WW505E提供了多項(xiàng)選擇,用戶完全可以根據(jù)實(shí)際要求和需要靈活的進(jìn)行組態(tài)。
3.2 蒸汽透平機(jī)開(kāi)車(chē)
WW505E
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