某炼油厂空压站控制系统升级设计及应用.pdf
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1、2023 年 6 月第 6 期 总第 198 期海峡科学Straits ScienceJune 2023No.6,Total 198th某炼油厂空压站控制系统升级设计及应用国 歌(福建联合石油化工有限公司技术与规划部,福建 泉州 362000)摘要 针对某炼油厂空压站压缩机控制系统存在的问题,提出升级改造方案,提供详细的控制系统升级配置,并对其中的关键设计和应用细节进行说明,旨在解决系统故障率高、硬件无法更换等难题,为其他类似装置的控制系统升级改造提供参考。关键词 空压站 控制系统 升级中图分类号 TH45文献标识码 A文章编号 1673-8683(2023)06-0030-041 研究背景某
2、炼油厂空压站目前采用 5 台离心式压缩机(2 台蒸汽透平驱动机组、3 台电机驱动机组)为装置提供仪表风、工厂风和烧焦风。正常运行时开户 2 台机组。当乙烯装置需要烧焦时,需开 3 台机组,其中 1 台有较大放空,放空阀平均开度达 30%40%。由于原控制系统控制精度不高,放空阀响应慢,导致多机组在运行过程中由于负荷不稳定、不均匀,压缩机经常发生喘振导致停止运行,平均年 4 5 次。而当乙烯烧焦时,空压机风量负荷大幅增加,不易操作,放空量较大。该机组的控制系统为 2008 年出厂,控制程序无法修改,存在“黑匣子”现象,不适应现场要求,相关控制器备件难以采购,且控制系统配件已停业供应,压缩机稳定可
3、靠运行存在很大的风险。若不升级,当 1 台空压机组进入检修期,出现空压机 CMC 控制器故障而无法开机,即使采购新的控制器最快也要 180d,机组其他故障如转子故障最短检修时间要 15d。检修期间将影响烯烃装置除焦风的供应,乙烯“8+1”运行负荷可能降低至“6+1”模式,严重时将导致烯烃装置停工。同时,空压站为全厂重要的公用工程设施,常年不能停止运行。若只采用一套系统控制,容易导致控制系统无检修时间,且每台机组单独控制,没有实现机群控制,缺乏网络协调化控制,存在局部能耗高、机组效率低、管网压力波动大等问题。此外,这 5 台压缩机经过 15 年运行,其性能曲线也存在一定变化,需要现场实测喘振线,
4、保证压缩机的安全稳定运行。2 系统升级方案每台机组配置一套控制系统,放置在现场,实现单台机组的监视、保护和控制。另外再配置一套控制系统(负荷控制),放置于公用工程机柜间,通过点对点通讯方式实现与每个控制系统的链接,实现机组的集群控制和负荷分配,实现与 DCS 通过 MODBUS进行通信。更换每台机组的控制辅助设备,包括温度变送器、继电器、电源、接触器、振动位移变送器(或振动位移卡)、电流变送器等。汽轮机拖动的 2 台机组配置超速保护卡,实现超速保护和速度控制。在总出口管线增加 2 台出口总管压力变送器,为机组负荷分配控制提供依据。每台机组采用一套控制系统放置于机组前,通过点对点通讯方式与机群控
5、制系统进行通信。机群控制系统放置于公用工程机柜间,实现集群控制,并与 DCS 通过 MODBUS 进行通信。对每台空压机放空阀入口导叶进行速度调试。对每台空压机进行喘振测试。大电压电器控制设备在控制机柜内采用隔板隔离,独立布置。032023 年第 6 期海峡科学HAI XIA KE XUE单台机组控制方案:机组辅助设备控制 机组联锁保护 机组一键启机、停机控制 自动加载/卸载 压 缩 机 出 口 防 喘 振 控 制 恒 压 控制 超压保护控制 主电机负荷限制控制(电机驱动机组)实现现场机柜温度报警,机柜正压通风状态报警,控制系统状态报警,冗余电源报警 汽轮机驱动机组配置超速保护卡实现机组的转速
6、控制和超速保护 现场操作站通过操作站(HMI 人机接口)可实现机组的所有画面监控、操作和趋势记录 在集散控制系统上实现每台机组的监视,出口压力设定值调整等需要的控制 通过工程师/SOE 站实现系统的在线诊断和第一事故报警分析 系统自诊断功能。压缩机机群控制方案:以出口总管压力控制为基础的机组自动启、停控制 以负荷平衡为基础的负荷分配控制 实现自动调整负荷,自动增减运行机组数量。新增控制系统替换原有 PLC 控制系统,新增 1台上位工程师站实现各控制站组态和监控画面组态及SOE 记录收集,新增 5 台操作员站,分别实现各台压缩机的监控显示、历史记录、人机交互功能。拆除原控制系统的相关设备及机柜等
7、。中控室和机柜间不做变动,将新增设备设施放置在中控室和机柜间。3 系统设计的原则3.1 专业系统设计原则3.1 专业系统设计原则安全联锁保护系统及机组控制系统配备专业的硬件和软件来进行机组控制1。3.2 总体安全设计原则3.2 总体安全设计原则透平压缩机综合控制系统(ITCC)的 I/O 模块具备在线实时监测功能,能实现对现场回路和接地故障进行实时监测和报警。3.3 系统冗余设计原则3.3 系统冗余设计原则系统所有硬件包括系统的 CPU 处理器模块、内部通信模块(内部接口模块、内部数据总线模块)、输入输出模块(I/O 模块)等,采用三重化冗余 TMR(TripleModular Redunda
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