2014年9月神华神木化学工业有限公司(以下简称“神木化工”)年产40万吨煤制甲醇项目的空压机组及氨制冷压缩机组存在的问题,我公司联合CCC(美国压缩机控制公司),对该装置存在的问题进行了大量的现场勘查及技术分析,提出了相应的解决方案,另外传统的Triconex喘振控制系统使一二段防喘振阀常存在一定开度且波动较大,影响安全运行,能耗较大,通过CCC系统现场实测喘振线,利用防喘振控制方法,基本实现了回流阀的关闭,在对该装置的控制系统进行改造后,新系统持续运行数月,现场运行情况良好,工艺稳定性大大增强,节能效果大幅提升,取得了显著经济效益和社会影响力,达到了节能降耗的目的。
1控制系统改造
1.1改造前二期空气压缩机存在的问题如下:
1.1.1空压机入口导叶开度为32.3%,放空阀开度为0%;增压机一段导叶开度为84%,一段、二段的回流阀FV-1210开度为13%;增压机三段入口导叶开度为84%,增压机三段、四段的回流阀FV-1220开度为14%左右,FV-1210和FV-1220的较大开度导致增压机运行能耗过高。
1.1.2没有准确的喘振线,导致空压机/增压机的操作没有依据,容易造成压缩机喘振,从而导致压缩机叶片及密封的损伤,使压缩机效率降低,严重时压缩机必须停车检修,影响甲醇中心的安全稳定运行及公司的总体收益。
1.1.3没有压缩机出口压力自动控制。
1.2改造前二期氨制冷压缩机存在的问题如下:
1.2.1喘振控制不够精确,造成能量浪费。
1.2.2压缩机段间有侧流(即制冷用户)的注入,由于压缩机段间温度的不可测量,侧流流量计算成为防喘振控制的挑战。
1.2.3入口压力控制不稳定,导致制冷效率下降。
1.2.4多元制冷剂的使用,使得制冷效率提升,但分子量的变化使得喘振控制成为挑战。
1.3控制系统改造方案
1.3.1采用CCC最新1套S5 Duplex系统构成的CCS替代现有的ITCC喘振控制,提高控制精度和水平。保留原ITCC中联锁保护、逻辑控制和一般监测控制功能,保留原调速系统中的转速控制。增加空压机出口、增压机高、低出口压力控制方案,实现各自机组出口压力自动控制;并与喘振控制之间协调动作。在现有ITCC机柜中增加一进二出信号分配器,将参与喘振控制、压力性能控制的信号分一路接入新增的CCC控制系统。可不改变原有现场接线,同时ITCC删除防喘振画面。CCC控制系统设置1个机柜,置于现场机柜间内。中心控制室设置1台操作站,现场控制室设置1台操作站兼工程师站,中心控制室内的操作站以太网与控制器连接;CCS与ITCC系统之间的停机、系统故障、允许启动等信号通过硬接线连接。在开工初期工艺条件具备的条件下,重新测定空压机、增压机高、低压缸喘振曲线。提供2路220VAC UPS电源和1路市电到CCC机柜
1.3.2采用CCC的防喘振控制器控制,该控制器是一个基于微处理器的多变量、多回路高速控制器,加上CCC公司独特的防喘振控制算法,很好地克服了喘振漂移。PI控制,RT,微分等多种控制方案可以保证压缩机客服各种扰动,很好地克服了下塔液位自动调控,氧泵跳车等较大工艺扰动的控制困难,保证压缩机可以克服任何扰曾出现该变送器失效的情况导致机组停机,该控制器通过激活Fallback控制策略,即使在变送器故障的情况下,控制器仍然可以保证机组安全运行,不至于发生机组停机。采用CCC公司独有的喘振试验技术,重新测定了空压机组和氨压机组的实际喘振线,以期可以实现精确地防喘振控制。
1.3.3通过采用CCC公司的性能控制模块,采用回路间的解耦技术,结合喘振试验技术,对压缩机的喘振线,喘振控制线进行了重新定义;同时采用先进的温压补偿技术避免了喘振线的漂移,消除了压缩机喘振的威胁基础上,使压缩机的操作点能得到最大程度的优化,从而提升压缩机工作效率,达到更好的节能效果。
出口压力超驰控制POC技术提供先进的喘振预判功能,结合防喘振控制器和性能控制器保障机组在远离喘振的情况下实现机组的高性能控制。
2 CCC控制系统优点
CCC Vanguard控制系统是真正的实时多任务开放式系统,采用先进的安全型c PCI总线构架;双重化冗余容错的硬件体系结合全面的冗余容错技术和独一无二的Fallback策略,使得系统可靠性达到99.99%。先进的实时多任务操作系统将关键任务与非关键任务按优先等级实施控制,保证系统的执行速率不随I/O点数增加而下降,如防喘振、调速控制执行速率为20ms,使机组的精确控制成为可能。
2.1硬件架构
CCC Vanguard控制系统采用最先进的双重化c PCI总线技术,可靠性高、运算速度快。主处理器卡(MPU1002)采用目前工控领域最强大的Motorola 1GHz处理器,256MB DRAM,5MB闪存。I/O卡件(IOC-555-D)单卡容量AI 22点、DI 16点、AO 6点、DO 14点、PI 6点,I/O卡处理器40MHz,扫描周期2.5ms,内置4MB内存,A/D转换分辨率达到12位;能够对现场回路进行检测;输入/输出通道全部采用光电隔离;内置输入变量线性化、工程单位转换、开平方滤波、报警及流量温度压力补偿运算功能。
2.2系统软件
透平机械控制应用软件包(Train Ware):包括防喘振控制、速度控制、性能控制等模块。能够在保证机组最大运行可靠度的同时,优化机组运行和工艺操作,实现节能和扩大机组运行区域,从而适应装置负荷的大幅变动。
其中软件主要包括工程师组态维护工具软件包(Configurator)、人机界面软件(Train View II)、事件管理功能(Events Management)
3改造后运行情况分析及节能描述
3.1运行分析
经过控制系统改造,空压及氨压机组均实现了回流阀、放空阀的完全关闭。转速控制平稳,氨压机转速从原有的7770r/min降低到7400r/min。实现了两台机组从启机到停机的全自动控制。空压增压机组的空压机出口,增压机低压缸出口。增压缸高压缸出口均实现了出口压力控制。实现了氨压机组入口压力控制,速度控制器投入远程,性能控制器输出作为速度控制器远程设定值。提高自动化操作水平,全自动控制缩短开工时间,使操作员工作量最小,操作人员只需设定二期空压机/增压机高、低压缸出口压力性能控制器目标值(控制二期空压机入口导叶角度/增压机高、低压缸入口导叶)。提高压缩机运行可靠性,降低机组和工艺停车率:采用全冗余控制系统,结合现场回路诊断和退守策略,大大提高控制系统的可靠性,降低故障停机率。对由于分子筛切换过程中,导致下塔液位波动较大,选用对空压机性能控制模块增加压力控制下限的方法,减小下塔液位波动。增加了氧泵跳车的控制方案,防止机组的连续跳车,缩短了机组再次开车时间。
3.2节能效果
由于回流阀的关闭,在相同工艺参数下:
3.2.1改造后,空压机组9.8Mpa高压蒸汽用量从150t/h减少到了143t/h
3.2.2改造后,氨压机组转速由原来的7770r/min降至约7400r/min,中压蒸汽用量约22.7t/h(设计值23 t/h)降至19.7t/h
按一年运行8000小时计算,根据神木化工自身高压蒸汽价格85元/吨,中压蒸汽价格90元/吨计算:空压机组年节能费用为7×8000×85=476万元。氨压机组年节能费用为3×8000×90=216万元,每年折合节能效果达到692万元。
相同工况下防喘曲线比较:
4结语
新系统持续运行数月,现场运行情况良好,工艺稳定性大大增强,节能效果大幅提升,取得了显著经济效益和社会影响力,达到了节能降耗的目的。
关键词：Triconex系统,CCC机组控制系统,节能
参考文献
[1] 陕西神木化学工业有限公司二期空压机/增压机控制系统技术协议,2014.
[2] 美国压缩机控制公司(CCC).服务报告,2015.4