乙烯装置三机的自动控制系统

【摘 要】本文系统地介绍乙烯装置三机的自动控制系统，包括油系统、气系统和工艺系统的控制，并对运行以来发生的主要故障进行了分析，最后对控制系统发展的前景进行了展望。

【关键词】压缩机；控制系统；调节；故障分析

乙烯装置三机指裂解气压缩机（E-GB201）、丙烯冷剂压缩机（E-GB501）和乙烯冷剂压缩机（E-GB601）。由于3台压缩机的控制系统类同，故本文重点以裂解气压缩机自控系统为例说明。

1 油系统控制

整个油系统分为油（LO）、调速油（GO）及密封油（SO）3个系统。

1.1 油（LO）系统

注入油的目的：一是，为了减轻机械磨损；二是，防止压缩机轴承温度升高，引起烧瓦等事故。为了保证压缩机在油压力正常的条件下运行，设有以下几个信号联锁回路。

1.1.1 油低压报警及辅助油泵自启动

当油压力降低到82kPa以下时，由压力开关（PS-2014）发出低压报警信号，同时经另一个压力开关（PS-2015）通过联锁回路自启动油辅助油泵（GA-2011B），使压力回升，待压力回复正常后，由手动停辅助油泵。

1.1.2 压缩机自动停车

在采取了上述措施之后，若压力仍继续下降，当降低到55kPa时，压力开关（PS2016）常开接点断开，经联锁系统将压缩机自动停车。否则压缩机轴承温度将迅速增高，以致烧坏轴承，造成严重事故。PS-2016同时启动危急油泵（GA-2013）。

1.1.3 轴承温度过高报警

为测定裂解气压缩机各个轴承的温度，每个轴承均装有热电偶（TE-203-1～9）。当其中某一点温度高于80℃时，发出高温报警信号。

1.2 密封油系统（见图1）

密封油的作用是阻止易燃易爆的被压缩气体从压缩机中漏入大气。

密封油由蒸汽驱动的主油泵（GA-2012A）打出，分两路分别进入压缩机吸入端和排出端的密封腔B，压缩机排出端密封腔A与高位槽上部连通，以保证两者压力相等。由于B腔压力比A腔压力高约35kPa，因此可以防止漏气，达到密封目的。

密封油高位槽的液位变化，实际代表密封差压的变化。密封油高位槽安装于比压缩机轴中心高4570mm处，槽的顶部接基准压，因此这段油液位柱就可以提供比机内气体高35kPa的密封压差。

1.2.1 密封油压力调节回路（PIC-2012）

通过调节油泵出口返回至油槽的回流量使压力保持恒定。采用就地气动指示调节器（Y/43A）调节，PG-2018指示。

1.2.2 密封油高位槽液位控制回路

裂解气压缩机有3个气缸，每个气缸均设有1个密封油高位槽。为此设计3个密封油高位槽液位控制系统（LIC-2011、2012、2013）控制密封差压。

B腔压力PB和A腔压力PA之差P=PB-PA，称为密封差压，其值要求控制在35kPa左右。该密封差等于从密封油高位槽液位线至压缩机轴中心线这段油柱产生的静压。

缓冲罐又称隔离罐，内装有丁腈橡胶胶带，将密封油与高位槽中的油隔开。

1.2.3 密封油高位槽信号联锁回路

1）高液位报警（PS-2017、2021、2025）。当高位槽液位达68%时，则发出高液位报警信号。

2）低液位报警（PS-2018、2022、2026）。当高位槽液位低于30%时，发出低液位报警信号。

3）低液位报警及辅助油泵自启动（PS-2019、2023、2027）。当高位槽液位低于30%时，经联锁系统自启动辅助油泵（GA-2012B）。

4）高位槽液位过低压缩机自动停车（LS-2012、2013、2014）。3个高位槽上分别装有外浮球式液位开关。当液位过低时（低于18mm油柱），液位开关接点将自动断开，经联锁系统使压缩机自动停车，防止因密封差压过低，而导致裂解气大量泄露而造成事故。

1.3 调速油系统

调速油系统用于控制调速机构和蒸汽阀，以油为介质传递有关信号及能量，是液压调节系统。

1.3.1 油压指示（PG-2016）

调速油油源正常压力约为0.7MPa，该压力由装在就地仪表盘上的PG-2016进行指示。

1.3.2 调速油压低辅助油泵自启动（PS-2011）

当调速油压低于0.65MPa时，经联锁回路自动启动辅助油泵，使油压回升。

1.3.3 调速油压低报警（PS-2012）

当调速油压低于0.65MPa时，发出低压报警信号。

1.3.4 透平跳闸显示（PS-2013）

透平跳闸后，PS-2013压力开关连接的油室泄压，使主切阀与止逆阀关闭（蒸汽通道被切断，压缩机自动停车）。当该油压泄至0.25MPa时，压力开关（PS-2013）接点断开，发出“透平跳闸指示”信号。

2 裂解气压缩机气封系统的控制

密封气的作用是将裂解气（裂解气中含有少量的酸性气体会污染密封油）与密封油隔离，使密封油不被裂解气污染，同时防止密封油渗入机内。

裂解气压缩机的3个缸都有密封气压差控制系统（PdIC-2015、2016、2017）。密封气压差控制系统的作用是保证密封腔E中密封气的压力比密封腔D中裂解气的压力高约35kPa，以使裂解气无法通过密封气串入密封腔B的密封油中。

3 调速和抽气系统的控制

3.1 一段吸入罐压力控制系统

正常运行时，透平的转速系由一段吸入罐压力调节回路（PRCA-201）进行自动调节，该回路的设定值SP=41kPa，调节器为正作用，其4～20mA的输出信号，经电/气转换器转换成19.6～98.1kPa的气动信号，再经气动手操器送往蒸汽透平的液动调速器（Woodward）作为转速设定值，改变透平进汽量，进而改变透平转速。

此外，一段吸入罐还没有超压放火炬调节回路（PIC-202），该回路的设定值SP=59kPa。压缩机各段中间压力取决于一段进口压力、裂解气分子量及压缩机的结构，不加以控制。三机采用蒸汽透平驱动，因此需要控制蒸汽透平，才能达到控制三机的目的，现分述如下。

3.2 抽汽量控制

3.2.1 GT-201的抽汽量调节（PRC-910）

GT-201的抽汽并入高压蒸汽管网，额定抽汽量为180t/h，抽汽参数为4.22MPa、388℃。抽汽量可以调整，但透平的出轴功率必须保持不变，因为它是由压缩机的负载所决定的。抽气量调节器的输出经电/气转换器转换成19.6～98.1kPa的气动信号，作用于Askania抽汽调节器。

3.2.2 GT-501的抽汽量调节（PRC-907）

GT-501的抽汽并入中压蒸汽管网，额定抽汽量为58t/h，抽汽参数为1.62MPa、290℃。

GT-501设有抽气压力调节回路（PRC-907），以保持中压蒸汽管网压力恒定，调节器的输出经电/气转换器转换成19.6～98.1kPa的气动信号，作用于Askania抽汽调节器。

4 裂解气压缩机（GB-201）的控制

裂解气压缩机同其他离心式压缩机一样，使同时必须满足工艺过程对压缩机的要求，即压缩机出口流量和压力必须在一定范围内变化，各段入口压力和温度均需要满足压缩机设计的范围。为了安全运转，还有一些必要的操作限制条件，其中最重要的一点是防止转速或流量太低而产生喘振。此外，各段吸入罐的液位不能太高，否则将使压缩机入口带液而影响正常运行。

4.1 入口压力调节（见图2）

保证一段入口压力恒定，是所有压缩机的共同要求。在一段吸入罐FA-201上设有压力调节系统，通过调节透平转速来维持压力恒定。

在一段吸入罐上设有2套压力调节回路，其中PRCA-201为正常压力调节回路；PIC-202为超压调节回路，裂解气压缩机各段间压力均不加以控制。图2为一段吸入罐压力控制图。

4.2 入口温度调节

一段吸入罐裂解气来自急冷水塔（DA-104）、汽油汽提塔（DA-201）和第二急冷塔（DA-160），其温度基本维持在44℃，不会有太大的波动。

裂解气压缩机各段间都设有水冷器（三、四段间经碱洗水洗塔冷却；一、二段间―EA-203；二、三段间―EA-204；四、五段间―EA-207），将裂解气冷却至41℃左右再进入各段入口，但均未设置温度自动调节系统，仅有超温报警。

裂解气经三段压缩后，由EA-205冷却至41℃后送到三段排出罐（FA-204），FA-204出口裂解气由EA-206加热至45℃（为防止烃类在吸收塔内冷凝），在此设置了温度自动调节回路（TIC-208），通过调节进入换热器（EA-206）的急冷水量（QW）以使温度恒定。

4.3 出口压力调节

裂解气压缩机的出口压力没有直接控制，该压力实际上受与其连通的脱甲烷塔第三进料分离罐（FA-306）压力控制。若该分离器压力增加，则由PIC-312（PIC-312B）控制，改变调节阀的开度，加大送往界区、燃料气或火炬系统的氢气流量，使FA-306压力回降，从而达到使压缩机出口压力回降的目的。这是因为在裂解气压缩机出口与FA-306之间未设压力调节系统，可以认为FA-306压力就是扣除管道总压降后压缩机出口压力。

为防止压缩机出口压力过高，在裂解气压缩机五段出口设置了超压调节回路（PRCA-255）。当压力超过设定值时，打开去火炬的调节阀，使压力回降。

由于压缩机一段吸入压力控制一定，在压缩机流量一定的情况下，出口压力的改变将引起压缩机转速的变化。

4.4 出口温度调节

裂解气压缩机五段出口冷却器设有温度调节系统，以保证将裂解气冷却到15℃，但又不得低于10℃。

裂解气经五段压缩后，出口裂解气温度为93℃，经水冷器（EA-208）冷却到41℃后，进入裂解气干燥器进料洗涤塔（DA-204），EA-208未设温度自动调节系统。

在DA-204塔内，裂解气与来自该塔回流罐（FA-208）的15℃烃类凝液逆流接触，分离掉苯等重烃类。裂解气经洗涤后，一部分进EA-209管程，由18℃的丙烯冷却剂冷却至20℃。如壳程丙烯液面过高，将使蒸发空间过小，换热器效率降低，为此设置了一个液位自动调节回路（LC-531），将EA-209丙烯液位控制在一定范围内。从EA-209出来的裂解气进入EA-210，用脱甲烷塔釜液进一步冷却。EA-210出口设有温度自动调节回路（TIC235），通过调节进入EA-210的脱甲烷塔釜液的流量，将裂解气温度控制在15℃；另一部分裂解气经EA-209、210的压差控制（PdIC-263），进入EA-220出口设有温度自动调节回路（TIC-288），通过调节进入EA-220的脱甲烷塔釜液流量，将裂解气温度控制在15℃。

其他各段出口温度均未直接控制，压缩机设计时已考虑出口温度低于100℃。

4.5 防喘振控制

4.5.1 离心式压缩机的特性曲线与喘振

离心式压缩机各段排出压力与入口流量的关系曲线称为压力特性曲线。

对应于每一个转速，压缩机每段均设有最小极限入口流量（一般不得低于正常流量的80%），小于此流量时，压缩机发生喘振，故此流量称为喘振极限流量。

喘振是离心式压缩机的一种特有现象，因此大型离心式压缩机一般都配有防喘振控制系统。防止喘振的方法是当压缩机低负荷运行时使部分出口气体返回至入口，即采用部分回流法，以增加入口流量，使之大于运行转速下的喘振极限流量。

三机都设有几套防喘振控制系统，设计思想完全相同。

4.5.2 裂解气压缩机防喘振控制系统（见图3）

裂解气压缩机共五段，每段流量都必须高于喘振极限流量。由于裂解气压缩机的二段和三段入口都无其它补充气体，损耗也不大（除各段吸入罐分离出少量被冷却下来的液体），所以可认为一、二、三段的气体流量基本相等，保证了一段入口流量也就保证了二段和三段入口流量。一般来讲，应在一段进口管线上测量流量。由于裂解气压缩机进口压力较低，且压缩比较大（约100），在前三段设置了“三返一”最小流量旁路控制回路（FIC-205）。根据三段出口返回至一段入口的气体流量。三段出口气体通过胺洗和碱洗系统，因脱除了CO2、H2S等酸性气体，裂解气量有所减少。四段和五段的气体流量基本相同，因此在后二段设置了“五返四”最小流量旁路控制回路（FIC-275）。根据五段出口流量来控制从五段出口返回至四段入口的气体流量。

由于最小流量旁路上调节阀前后的压差较大，会产生“噪音”问题，所以调节阀（FV-205、FV-275）均选用低噪音套筒式双座阀。在正常状态下，两阀关闭时还需保证没有内漏，即必须能“严密关死”。

4.6 吸入罐、排出罐液位控制

三机各段吸入罐液位的高低对压缩机及工艺系统安全正常运行关系极大。液位过高，可能使吸入气体中严重带液，危及压缩机的安全运行；液位过低，又可能使裂解气随排液带出。三段排出罐液位如果过高，对胺洗塔的操作不利。各段吸入罐都设有液位开关，用于报警及联锁系统。当液位超过一定值（HH）时，为防止压缩机带液，联锁系统使压缩机自动停车免遭破坏。

4.6.1 一段吸入罐液位控制

一段吸入罐设有报警回路（LA-204），该罐中的凝液为冷凝水，因压力低不能直接送至急冷塔（DA-104），而需由排液泵（GA-207）加压后送出。当液位高时（71%满量程），GA-207自动启动，罐中凝液经泵排至急冷塔；当液位低时（5%满量程）泵自动停。另外，该罐还设有高高液位开关（LSW-203）。

4.6.2 二段吸入罐液位控制

二段吸入罐中的凝液是冷凝水和烃类的混合物，除上部有高高液位开关（LSW-206）外，还设有界面和液面2套调节回路；中部有烃液液位调节回路（LICA-207），调节经泵（GA-208）送至裂解汽油汽提塔（DA-201）的烃/水界面调节回路（LICA-205），调节返回至急冷塔的水相凝液。因为当水的液位发生变化时，则水和烃的交界面发生变化，导致烃的液位也发生变化。LICA-205和LICA-207的输出同时改变以克服干扰，使界面和液位恢复至正常值。

4.6.3 三段吸入罐和三段排出罐液位控制

两罐中的凝液主要是烃液，含有很少量的水，它们也都设有液位调节回路。三段排出罐的凝液在该罐液位调节回路（LICA-211）作用下，排至三段吸入灌（与凝液汽提塔DA-202第八块塔板采集的含烃水汇合）。与三段吸入罐凝液汇合，再在三段吸入罐液位调节回路（LICA-209）作用下，排至二段吸入罐。另外三段吸入罐还设有“高高”液位开关（LSW-208）。

4.6.4 四段吸入罐液位控制

该罐凝液为冷凝水，冷凝水在液位调节回路（LICA-206）作用下，排至急冷塔（DA-104）。该液位监控系统与三段吸入罐相似，另外，该罐还设有“高高”液位开关（LSW-265）

4.6.5 五段吸入罐液位控制

该罐中的凝液时冷凝水和烃液的混合物，除上部设有“高高”液位开关（LSW-270）外，还设有界面和液位2个调节回路；中部设有烃液液位调节回路（LICA-268），调节送至凝液汽提塔（DA-202）的烃液流量；下部设有烃/水界面调节回路（LICA-267），调节返回至四段吸入罐的冷凝水量。五段吸入罐与二段吸入罐的液位监控系统基本相似。

5 裂解气压缩机的联锁控制（见图4）

图4 裂解气压缩机的联锁方框图

6 故障分析

6.1 FIC205与FIC275指示波动

原设计孔板取压方式是取压管直接向下至变送器，由于裂解气中含有一定的液态成分，取压管中积液致使致使波动。后改为取压管先向上后再向下至变送器，解决了此问题。

6.2 轴位移（XIA-6051）测量用趋近器与延伸电缆接头处接触不好，导致GB-601停车

・原因分析：接线盒太小，延伸电缆被扭住。

密封不好，接线盒内进了大量油。

・采取对策：更换密封圈；更换为大的接线盒。

6.3 未按仪表盘监视仪上的复位（Reset）按钮来消除联锁信号，就挂XIA-5052联锁，导致了GB-501停车，GB-601也相继停车

・原因分析：处理XIA-5052回路正常后，仅看了US操作站画面上该回路指示正常，却忘记按仪表盘监视仪上的Reset按钮来消除联锁信号。

・采取对策：加强工艺、仪表之间的互相监督。在轴位移旁路开关处贴上警示标志。

6.4 GB-201由于一段吸入罐液位高联锁停车

・原因分析：工艺人员在投用EA-425C时，先投了丙烯，致使丙烯直接进入FA-408，导致DA-406塔压升高。通过联锁系统切断再沸器热源QW，QW温度升高引起DA-104塔压升高，开大FV-175保温降压，致使QW由裂解气带入一段吸入罐中，从而导致液位高，联锁动作停GB-201。

目前，电子调速系统和压缩机防喘振控制软件已投入使用，在新建乙烯装置改扩建中，压缩机的自动控制水平进一步提高。该装置1000kt/a乙烯改扩建中将采用这些新技术。

说明：该文章内容与所在工作单位无关。