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    HydroCOM在炼油企业往复式压缩机上的应用
    发布时间:2014-01-29

      在炼油行业,常采用旁路回流的方式进行往复式压缩机的流量调节,以匹配变化的工艺负荷。旁路调节能够很好的完成气量调节的任务,却造成了电能的大量浪费。贺尔碧格公司的研发的往复式压缩机气量无级调节系统HydroCOM的诞生,解决了这一问题。它通过智能执行机构来控制进气阀的动作,利用延迟关闭进气阀的方式,实现了压缩机实际负荷与工艺负荷的匹配。

      中石化青岛炼化公司410万吨/年柴油加氢精制装置新氢压缩机1113-K-101A/B两台,开一备一,采用旁通逐级回流的方式进行气量调节。工艺上,一二级之间存在级间抽气,即煤油加氢装置从二级入口获取所需要的氢气气体。压缩机一级设计气量为64000 Nm3/h,压缩机二级设计气量为56000Nm3/h。现场掌握的数据(详见下图):柴油加氢装置实际需要的气量约34000 Nm3/h,煤油加氢实际需要的气量约5000 Nm3/h。旁通阀容量约为一台机器的设计气量,一回一旁通阀开度44%,二回二旁通阀开度36%。

      2 系统原理及组成

      2.1 HydroCOM系统工作原理

      HydroCOM系统是贺尔碧格(上海)有限公司专为往复式压缩机设计的气量无级调节系统,能实现压缩机气量在0%(10%)~100%范围内的无级调节。HydroCOM是高度集成的电液控制系统,能够很容易的嵌入到客户原有的任何工艺控制系统中。控制系统中的PI调节器根据被控制压力的变化计算出不同的气量需求,即对应不同的负荷控制信号,并以4~20mA信号的形式传输给CIU (压缩机中间接口单元)。同时,CIU也接收现场传输回来的活塞的上止点位置信号,通过运算后,把控制指令以RS485通讯的方式,传递给安装在压缩机进气阀上的电子液压执行机构,最终通过电磁阀的不同的动作时刻,来实现不同的进气阀延迟关闭的时间,即调节活塞每个工作循环中实际保留在气缸内被压缩的气量。

      没有安装HydroCOM或其它执行机构的压缩机,此时的进气阀称之为自由气阀,开启和关闭完全由气缸内外压差决定。进气完成的时刻,气缸内外压力平衡,进气阀阀片在关闭弹簧的作用下得以关闭,接着气缸进入压缩过程,即我们所说的100%负荷做功。

      安装HydroCOM的压缩机部分负荷运行时,进气结束后不能立即进入压缩过程,因为进气阀在执行机构及卸荷器的作用下依然保持完全打开的状态,气缸里的气体不被压缩,就回流到进气腔。当CIU传输给执行机构的指令被执行后,进气阀才关闭,保留在气缸里的气体才会被压缩。该情况就是部分气体被压缩,电机的实际能耗相应的降低,达到节能的目的。

      2.2系统组成

      HydroCOM系统主要由中间接口单元CIU(Compressor Interface Unit)、液压油站HU(Hydraulic Unit)、液压执行器HA(Hydraulic Actuator)、TDC(Top Dead Center )传感器及相关附件等组成。

      CIU提供执行器HA和用户DCS系统之间的信号转换处理功能,是连接执行器HA和用户DCS的桥梁。中间接口单元CIU是HydroCOM系统的重要组成部分,通过它的中间转换接口作用,使HydroCOM系统简化为一个接受4~20mA标准电流信号的调节阀,更易与现有的DCS或其它控制系统集成在一起。

      执行器HA通过卸荷器对气阀产生作用。

      液压油站HU提供执行器HA动作所需的液压动力。

      TDC传感器传递活塞在气缸中的即时位置。

      EPS提供48VDC电源给执行器HA。

      图1 系统紫菜卷恶魔化框图

      3 控制方案设计

      3.1未使用HydroCOM前的控制方案

      该机组的气量调节方案为逐级分程和逐级旁通返回,方案的设计思路为“正常情况下,能够保证反应系统的压力平稳;非正常情况下,防止压缩机入口压力过低并保护压缩机的安全”。

      图2为该控制方案的流程图:

      在装置正常生产过程中,压缩机入口气源充足的情况下,如果系统压力出现波动,反应压力对应的PIC3调节器的输出信号分程后被低选2选择后输出给二返二阀,一、二级级间压力对应PIC2调节器的输出信号分程后被低选1选择后输出给一返一阀。

      在气源供应不足的情况下,压缩机入口压力降低很多,其对应的PIC1调节器的输出信号分程后被低选1选择后输出给一返一阀,让一返一阀开大以便返回更多的高压气体,用于提升压缩机入口压力;一、二级级间压力随之降低,其对应的PIC2调节器的输出信号分程后被低选2选择后输出给二返二阀,让二返二阀也开大以便返回更多的高压气体,用于提高级间压力。

      3.2使用HydroCOM后的控制方案

      HydroCOM在方案设计时,不但充分考虑了装置生产对无扰动切换的需求,更会在具体的方案组态过程中,尊重装置的操作习惯加入更为具体的功能。

      如图3所示,即为HydroCOM嵌入式控制方案在青岛炼化的实际应用,该方案的思路为:以不改变原有分程低选输出信号给旁通返回阀的控制方法为基础,增加了旁通阀和HydroCOM之间的分程控制功能。该分程功能可以根据需要选择‘投用’或‘不投用’,‘投用’对应所谓的‘HydroCOM自动’状态,‘不投用’对应所谓的‘HydroCOM手动’状态。在操作界面上增加‘手自动’切换按钮,用来在两种状态之间切换。‘同步切换’按钮是应装置操作人员的要求而增加的,其目的是“与原有的切换压缩机时的操作习惯保持一致,更好的实现工艺无扰动切换压缩机”,其作用是:实现HydroCOM一二级负荷的同步输入,当安装HydroCOM的压缩机与并行压缩机切换时,确保级间压力的稳定。

      3.3无扰动切换控制流程图的设计

      通过组态具体实现如下功能:

      (1)‘手自动’切换按钮处于手动状态时,HydroCOM为手动调节,压缩机的实际压缩气量已经由HydroCOM进行控制,工艺压力的控制依然由原来的旁通阀实现,所以低选器输出信号完全给了旁通阀。

      (2)‘手自动’切换按钮从手动变为自动,意味着操作人员希望从旁通阀调节转为HydroCOM自动调节。该切换被激活后,旁通阀按照0.5%的速率逐渐关闭,直到完全关闭;同时,HydroCOM立即接收低选器输出信号成为自动调节,根据PIC控制器的信号补偿因旁通阀关闭引起的流量变化。

      (3)‘手自动’切换按钮从自动变为手动,意味着操作人员希望从HydroCOM自动调节转为手动调节和旁通阀的自动调节。该切换被激活后,旁通阀按照0.5%的速率逐渐打开,直到允许接收低选器输出信号,实现无扰动切换;然后,HydroCOM才能正式转为手动状态,在此之前,仍然根据PIC控制器的信号补偿因旁通阀打开引起的流量变化。

      (4)HydroCOM故障时,系统将自动切除,压缩机为满负荷允许,同时出错信号自动触发分程功能失效,旁通阀立即接收控制器信号,快速进行调整。

      4 结论

      通过本文所阐述的控制方案的实施,HydroCOM气量调节系统能够非常好的满足客户的实际需要。按照装置当前的负荷,对HydroCOM系统投用经济效益分析,投用前电机电流410A,投用后电机电流273A,节电1236 kW。按照年平均运行时间8000 h,电费为0.5元/(kW •h)估算,每年可节约电费500万元,经济效益显著,投资回收周期不到1年。

      对于石油化工往复式压缩机来讲使用HydroCOM气量调节系统不但能节约电能消耗,提高用户经济效益,而且方便了操作,可以灵活设定机组流量,灵活调整机组压缩比,使机组处于最佳工作状态。

      本文所阐述的控制方法对于HydroCOM和旁通阀调节的配合应用具有普遍的指导意义,值得我们在此基础上进行进一步研究、开发、应用。

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