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    壓縮機網(wǎng) >雜志精華>正文

    新型智能調節系統在壓縮機上的案例應用

    新型智能調節系統在壓縮機上的案例應用

      【壓縮機網(wǎng)1、引言

      某石化公司加氫裝置建于2002年裝置,壓縮機設置為新氫+循環(huán)氫組合壓縮機2臺,一開(kāi)一備。其中新氫為二級壓縮,設置一返一、二返二控制回路,循環(huán)氫為一級壓縮。原初設計系統壓力分程、選擇控制方案較為復雜,實(shí)施較為困難,在近十幾年的運行過(guò)程中,裝置系統壓力均為手動(dòng)調節[2]。

      在裝置正常生產(chǎn)期間,常出現壓縮機因排量問(wèn)題引起系統壓力波動(dòng),影響裝置的平穩運行與安全,經(jīng)過(guò)車(chē)間及相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),新采用新氫壓縮機智能調節方案,實(shí)現了加氫裝置反應系統壓力的自動(dòng)控制。

      2、氫氣相關(guān)流程

      新氫自系統管網(wǎng)引入新氫壓縮機入口分液罐(V305),通過(guò)壓力控制PV307A將一部分富余氫氣排向火炬管網(wǎng)。V305的新氫進(jìn)入C301A/B一級入口增壓,增壓后的氫氣經(jīng)過(guò)冷卻器E306A/B進(jìn)入級間分液罐V309/AB,一部分氫氣通過(guò)返回控制PV307B/C返回V305,另一部分氫氣進(jìn)入壓縮機二級入口再次增壓。二級出口氫氣部分通過(guò)返回控制PV304B/C返回V309A/B,另一部分作為補充氫與循環(huán)氫混合后進(jìn)入系統。其中為緩解壓縮機負荷,裝置還引入其它裝置的膜分離氫氣,同樣作為補充氫與循環(huán)氫直接混合進(jìn)入系統,此部分氫氣流量波動(dòng)較大。

      2.1 原新氫壓縮機低選控制方案

      最初設計的壓力控制系統,如圖1所示,在V-305頂設置了正作用的壓力調節器PRC原307進(jìn)行分程控制。當V-305壓力上升超過(guò)設定值,PRC-307的輸出信號在50%~100%,出V-305的壓力調節器PRC-307控制PV-307A開(kāi)度,氣體進(jìn)入火炬管網(wǎng),以穩定V-305壓力。

      當V-305壓力下降低于設定值,因調節器為正作用,輸出也下降,信號在0~50%范圍時(shí),根據往復壓縮機的特性,C-301一級出口壓力也低,因此一級出口分液罐V-309的壓力調節器PRC-306輸出也在0~50%范圍內,因其PN-306A是反向線(xiàn)性化算法,輸出到低選擇器PX-306A是最大值(100%),而線(xiàn)性化算法PN-307B輸出到低選器為0~100%中的某值,低選器PX-306A選上PRC-307的輸出來(lái)控制調節閥PV-307B的開(kāi)度,由一級出口返到V-305,從而達到增加壓縮機一級入口壓力而達到增加一級出口壓力的目的。同樣,PRC-306控制PV-304B的開(kāi)度,達到提高二級出口壓力的目的,此時(shí),PRC-304控制閥PV-304A的開(kāi)度即去火炬的氣量。

      當V-302壓力上升超過(guò)設定值,調節器PRC-304輸出達到50%~100%時(shí),導致反向線(xiàn)性化算法PN-304B輸入為50%~100%,輸出為100~0%,此時(shí),PRC-306的輸出也應為50%~100%,而PN-306B輸入50%輸出就為100%,因此PN-306輸出到低選器PX-304B的值為100%,低選器PX-304B選上PRC-304的輸出控制二級出口返回到二級入口調節閥PV-304B的開(kāi)度。同樣,PRC-306控制一級出口返回一級入口閥PV-307B的開(kāi)度,逐級返回,使V305壓力上升,則PRC-307輸出上升,打開(kāi)閥PV-307A,把氫氣排入燃料氣管網(wǎng),從而穩定了加氫精制反應部分的壓力。如V302壓力仍高,氣體去火炬部分閥PV-304A打開(kāi)。

      從上述看出,當壓縮機入口壓力低時(shí),則由每一級入口壓力調節器的輸出控制出口返回線(xiàn)上的閥,從而達到入口壓力上升而增加出口壓力的目的,逐級壓力上升,使其壓縮機出口壓力上升,滿(mǎn)足工藝要求。而出口壓力上升到一定范圍時(shí),則由每級出口壓力調節器的輸出控制出口返回線(xiàn)上的閥,逐級返回,壓縮機入口壓力上升,則由入口壓力調節器的輸出控制放入燃料氣管網(wǎng)閥開(kāi)度,達到穩定系統壓力的目的,此種壓力控制法稱(chēng)為壓力遞推控制,也是一套比較復雜的多回路的分程選擇性控制系統[3]。系統中的負荷平衡,壓縮機的操作壓力等經(jīng)過(guò)可靠的工藝計算,既要保證加氫精制反應系統壓力的穩定,又要保證壓縮機的安全運行。然而這樣一個(gè)復雜的系統不可能是封閉的,否則就沒(méi)有調節余地,在這一系統中是通過(guò)PV-304A和PV-307A作為出路來(lái)平衡壓力的。

      裝置壓縮機低選控制開(kāi)工以來(lái)一直未能投用正常,檢查組態(tài)和設計方案并無(wú)錯誤,投用過(guò)程中由于干擾因素多,波動(dòng)大超過(guò)工藝控制指標,壓縮比控制不住,未能再投用。

    新型智能調節系統在壓縮機上的案例應用

      2.2 智能調節方案

      根據壓縮機系統的運行特點(diǎn)及存在的問(wèn)題,結合現場(chǎng)操作人員的日常手動(dòng)調節經(jīng)驗及現場(chǎng)技術(shù)專(zhuān)家的經(jīng)驗知識,開(kāi)發(fā)出新氫壓縮機智能調節方案。方法原理圖如圖2所示:

      圖2中,調節器PIC304、PIC-304、PIC304B輸入信號為同一個(gè)測量信號,都為高分罐V302的壓力測量值。新氫壓縮機智能調節方案詳細說(shuō)明如下:

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     ?。?)新方案調節目標為穩定高分罐V302的壓力PIC304,減少對反應系統的波動(dòng)影響。

     ?。?)實(shí)現方法:通過(guò)同步自動(dòng)調節二返二閥PV304B/C和一返一閥PV307B/C實(shí)現高分罐壓力PIC304快速穩定。

     ?。?)新氫壓縮機整體回路控制方案如下,包括3個(gè)單回路和1個(gè)智能串級回路:

     ?。╝)單回路調節器PIC-304調節外排火炬閥PV304A,實(shí)現對高分罐V302壓力超高時(shí)的安全放空(一般為全關(guān),僅壓力超過(guò)安全限值時(shí)進(jìn)行調節);單回路調節器PIC-307調節外排火炬閥PV307A,實(shí)現對新氫罐V305壓力超高時(shí)的安全放空(一般為全關(guān),僅壓力超過(guò)安全限值時(shí)進(jìn)行調節);

     ?。╞)單回路調節器PIC304調節二返二閥PV304B/C,實(shí)現通過(guò)調節新氫壓縮機二級返回量調節高分罐V302壓力PIC304的目的;

     ?。╟)PIC304B和PIC306/8組成智能串級調節回路,通過(guò)調節一級返回閥PV307B/C實(shí)現。該串級回路實(shí)現功能為:根據高分罐壓力的實(shí)際波動(dòng)情況,和單回路調節器PIC304實(shí)現同步調節,具體調節措施如下。

      當高分罐V302壓力高于設定值時(shí),調節器PIC304的調節作用為將閥PV304B/C實(shí)際開(kāi)度開(kāi)大,增加二級壓縮的返回量,以達到減小壓縮機出口壓力的目的。此時(shí)罐V309A/B的壓力必然也會(huì )上升,所以需使一級壓縮返回量也同步增加,即增加一級返回閥PV307B/C的實(shí)際開(kāi)度,同時(shí)使一級壓縮比和二級壓縮比保持在工藝允許的范圍(即一級壓縮比和二級壓縮比相差不大),而PIC304B和PIC306/8組成的智能串級調節回路既可實(shí)現該功能,當高分罐壓力PIC304B高于設定值時(shí),主調節器PIC304B 輸出作用使得副調節器PIC306B/C的設定值降低,使得一級返回閥PV307B/C實(shí)際開(kāi)度增加,即實(shí)現了當高分罐V302壓力偏高時(shí),使得二級返回閥和一級返回閥同步調節,實(shí)現快速穩定高分罐壓力和壓縮機壓縮比的目的。同理,當高分罐壓力低于設定值時(shí),上述分析同樣適用,可實(shí)現一級返回閥和二級返回閥實(shí)際開(kāi)度減小。

      上述主調節器PIC304B輸出作用動(dòng)態(tài)調整副回路調節器PIC306/8設定值時(shí),需要保證一級壓縮比和二級壓縮比不能相差太多(正常情況下,工藝要求一級壓縮比和二級壓縮比相差不超過(guò)0.1),根據當前壓縮機系統的實(shí)際運行數據,根據2級間壓縮比的偏差約束,通過(guò)壓縮比約束運算模塊,在保證壓縮比在工藝要求范圍內,計算出壓力PIC306/8設定值調整的約束范圍;根據串級回路主調節器PIC304B的輸出,在智能約束調節運算模塊中,智能計算出在兩級壓縮比約束下,最終主調節器PIC304B輸出給PIC306/8的設定值,使得壓縮機一級返回閥和二級返回閥的同步調節[4]如表1。

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      通過(guò)上述設計的新氫壓縮機智能調節方案,既可實(shí)現高分罐V302的壓力及壓縮機出口的壓力快速穩定,同時(shí)保證一級壓縮比和二級壓縮比滿(mǎn)足工藝要求。

      3、系統投用及切除

      3.1 系統投用條件

      依次將PIC304設置為自動(dòng)模式,A機新氫一返一PV307B、二返二PV304B投自動(dòng),級間控制PIC306設置為串級模式,A機調節系統自啟動(dòng),界面顯示:A機系統“運行”,B機系統“待機”。依次將PIC304設置為自動(dòng)模式,B機新氫一返一PV307C、二返二PV304C投自動(dòng),級間控制PIC308設置為串級模式, B機調節系統自啟動(dòng),界面顯示:A機系統“待機”,B機系統“運行”。

      3.2 系統切除

      當A機新氫一返一PV307B、二返二PV304B、系統壓控PIC304、級間控制PIC306任意一個(gè)處于手動(dòng)模式時(shí),A機系統狀態(tài)由“自動(dòng)”改為“待機”,PV304B、PV307B 調節閥不動(dòng)作。當PV304C、PV307C、PIC304、PIC308任意一個(gè)處于手動(dòng)模式時(shí),B機系統狀態(tài)由“自動(dòng)”改為“待機”,PV304C、PV307C調節閥不動(dòng)作。

      3.3 系統界面及參數說(shuō)明

      系統投用后在后臺自動(dòng)運行,在操作員界面可以顯示系統運行狀態(tài),以及進(jìn)入參數設置窗口。

      可通過(guò)DCS系統中“參數設置”,彈出“新氫壓縮機智能調節參數表”,如表2。

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      需要對表2中進(jìn)行說(shuō)明的是:壓縮比偏差的約束范圍(0~0.1),在壓力調節中盡量使2個(gè)壓縮比的偏差保持在設置的高限范圍內;當級間壓控的偏差DV超過(guò)高限時(shí),停止調節級間壓控的設定值,直到偏差值回到高限范圍內。

      4、智能調節系統投用前后對比

      4.1 高分壓力變化

      新氫壓縮機智能調節系統投用前后,高分壓力波動(dòng)變化較大。為說(shuō)明波動(dòng)變化,選取了4月29日前后各1個(gè)月的數據進(jìn)行分析,如圖3所示。

    新型智能調節系統在壓縮機上的案例應用

      在對比了前后各一個(gè)月的數據后,可以看出在智能調節系統投用后,系統壓力波動(dòng)幅度明顯減小,由投用前最大的振幅范圍1.01MPa降低至0.04MPa,系統壓力得到了平穩控制,同時(shí)大大減輕了員工的操作強度。

      4.2 外排氫氣變化

      投用智能調節系統前,由于系統壓力波動(dòng),高分外排氫氣量比較大,而在投用智能調節系統后,系統壓力得到了平穩控制,同時(shí)降低了高分外排氫氣量,節約了裝置能耗[5]。相關(guān)數據入如圖4所示。

    新型智能調節系統在壓縮機上的案例應用

      由圖4可以看出,在智能調節系統投用后,隨著(zhù)系統壓力波動(dòng)幅度明顯減小,裝置外排氫氣量也明顯降低,由原有外排氫氣120Nm3/h左右降低至20Nm3/h左右,減小了裝置能耗。裝置外排氫氣純度按80%計算,智能調節系統投用后,每小時(shí)裝置節約氫氣80Nm3/h左右,氫氣價(jià)格按14500元/t計,理論年節約氫氣效益約1.204×80×24×365元=84.4萬(wàn)元。

      5、結語(yǔ)

     ?。?)裝置原有低選分程控制不能滿(mǎn)足自控的要求,現場(chǎng)結合操作經(jīng)驗及習慣,開(kāi)發(fā)了新氫智能調節控制系統;

     ?。?)新氫壓縮機智能調節方案,既可實(shí)現高分罐V302的壓力及壓縮機出口的壓力快速穩定,同時(shí)保證一級壓縮比和二級壓縮比滿(mǎn)足工藝要求。系統壓力波動(dòng)幅度明顯減小,穩定了操作,降低了人員的工作強度;

     ?。?)目前,多數裝置采用的分程、選擇控制或者超馳控制方案較為復雜,實(shí)施較為困難;采用無(wú)極調節系統投資較大;智能調節調節算法僅在原有基礎上增加相應控制計算回路即可實(shí)現系統壓力平穩控制,投資小且方便實(shí)現。智能調節系統投用后,系統外排氫氣量減少,降低了裝置能耗,年節約氫氣效益約84.4萬(wàn)元,為國內相關(guān)石化設備人員處理類(lèi)似壓縮機節能問(wèn)題提供的借鑒與參考。

      參考文獻
      [1] 徐振榮.分程-選擇性調節應用實(shí)例[J].油化工自動(dòng)化,1988,(3):66-67.
      [2] 逯建權,梁官軍.基于超馳-分程控制的加氫裝置反應系統壓力復雜控制方案[J].化工自動(dòng)化及儀表,2011,38 (4):477-480.
      [3] 魏宗憲,吳剛,趙雅麗,等.120×10~4t/a柴油加氫精制裝置反應系統壓力控制的應用[J].化工自動(dòng)化及儀表,2006,33(4):75-77.
      [4] 楊萌,任泓.加氫裝置反應系統壓力控制[J].當代化工,2009,38(1):95-97.
      [5] 姚蕾.加氫裂化裝置反應系統壓力控制[J].自動(dòng)化技術(shù)與應用,2012,31(6):86-89.

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