广西石化催化裂化主风机组MCS控制系统分析

【摘要】通过了解广西石化催化裂化主风机组控制技术，对该机组的控制和联锁保护要求作了详细分析，并提出应用一体化综合控制系统MCS完成主风机组全部控制和保护功能的技术方案。

【关键词】主风机组 联锁控制系统

1 催化裂化工艺简介及主风机组控制要求

在国内目前的催化裂化装置中，烟气轮机―轴流风机―电动机是一种在国内炼厂应用较多的主风机配置方案，简称为“三机组”。由于主风机组在流化催化裂化中的关键作用，主风机组的控制和保护一直为人们所关注，尤其是大型轴流风机，由于其稳定工况区的限制既多又严，而且一旦故障，可能会造成装置停工，可能使企业经济损失惨重，所以轴流风机的控制和保护一直是自控设计中的重点和难点。

“三机组”的控制系统主要包括：烟机冷却蒸汽、密封蒸汽控制；烟机入口切断阀、调节阀和大小旁通阀控制；主风机静叶调节控制；机组转速和负荷分配控制；机组油泵控制；轴流风机防喘振控制；顶升油泵和盘车器开关控制。

三机组的联锁保护系统包括：启动条件联锁保护；自动操作保护；安全运行保护；紧急停机联锁保护；辅助油泵自启动保护。

2 催化裂化主风机组的控制方案

一般炼油厂的催化装置配置设有主风机和备用主风机各一台，富气压缩机一台，有的还配有烟机。根据需要风量大小，主风机、备用主风机选用离心或轴流压缩机，驱动机选用烟机电机或者汽轮机。全装置机组的防喘振控制、调速控制、性能控制、机组轴承温度和轴振动与轴位移的监控、主机及备机工艺参数监控、机组起动―运行―停止的顺序控制、联锁逻辑控制（ESD）等共用一套集成控制系统（MCS）。TRICONEX公司的MCS综合控制系统完全可以实现上述的控制要求。

3 催化裂化主风机组控制保护方案分析

3.1 烟机的控制

3.1.1能量回收系统控制

（1）PIC4055再生器压力高限控制器：

正常工况时，再生器压力 PI4055 小于给定值0.95PSV_set（安全阀跳闸设定值的95%），控制器 PIC4055 输出为“0%”，高选后的信号为差压控制器 PDIC4053 的信号，即旁路阀 PDV40455 与PDV4054 只接受差压控制器 PDIC4053；当再生器压力PI4055 超限时，即大于给定压力时，控制器PIC4055 输出增加，与 差压控制器 PDIC4053的信号高选后，先打开旁路阀 PDV40455（0～50%），降低再生器的压力，PDV4055接近全开时，若压力仍高，则继续打开PDV4054（47.5～100%），以保护再生器。注意：为了使再生压力高限控制器 PIC4055接管控制时，反应及时，在组态时，定义控制器输出最小值跟踪旁路阀 PDV4055 的输入，并设定使其PDV4055 输入小 5%，这样避免反应器压力高限控制PIC4055 的输出从0%开始增加，控制反应及时，以更好地保护再生器。

（2）SIC7220速度超驰控制器：

正常工况时，烟机速度 SI7220 小于给定值 1.02 *Rated（烟机额定转速的 1.02倍），控制器 SIC7220 输出为 “100%” ，低选后的信号为差压控制器 PDIC4053 的信号，即烟机入口阀 PDV40453 只接受差压控制器 PDIC4053 的控制；当负荷突然减小或其它原因导致烟机速度增加，并超过 1.02*Rated 转速时，控制器 SIC7220 输出减小，与差压控制器 PDIC4053 的信号低选后，接管控制，关小烟机入口阀 PDV4053，降低 烟机转速，保护烟机，避免烟机超速。注意：为了使速度超驰控制器 SIC7220 接管控制时，反应及时，所以组态时，定义控制器输出最大值跟 踪差压控制器 PDIC4053 的输出，并设定使其比差压控制器 PDIC4053的输出大5%，这样避免控制器 SIC7220 的输出从 100%开始减小，控制器反应速度更快，可以更好地保护机组。

3.1.2烟机冷却控制

全手动控制，点击手动控制按钮则选择上手动控制 TV7210 阀，这时可以点击输出方框直接输出阀位值，同时也可以点击手动按钮下面的增加与减小按钮控制阀位。当选择上手动控制时，对应的手动控制按钮为红色。

自动控制，点击自动控制按钮则选择上自动控制 TV7210 阀，这时可以点击给定方框直接输入烟机温度调节给定值，同时也可以点击自动按钮上面的增加与减小按钮改变给定值。当选择上自动控制时，对应的自动控制按钮为红色。同时可以修改比例与积分值。

3.2 轴流风机的控制

3.2.1防喘振控制

大型轴流式风机的防喘振控制宜采用随动防喘振控制方案。绘制随动的防喘振流量控制系统操作线有两种方法。其一，根据机组制造厂所提供的机组特性曲线绘制所需的防喘振控制线。这里机组制造厂所给的特性曲线是轴流风机入口流量和出口压力的关系，在实际设计中，由于风机入口空间有限，没有足够长的直管段安装入口流量计，因而风机入口流量不能直接测出，能测到的只是间接反应入口流量的喉部差压，这就需要求得喉部差压和入口流量的关系，其基本公式为W=K2×P1×dp/T）1/2

式中，吸入压力P1接近于1个大气压，因而上式可简化为W=K2×（dp/T）1/2式中：W为质量流量kg/m3；

dp为喉部差压Pa；

k2为流量系数（喘振点附近）；

T为吸入温度K；

P1为入口压力Pa。

流量系数K2可在现场烘两器阶段进行实测，因为这时全部主风均进两器而没有分支d进增压机。可以利用主风出口总量流量仪表和喉部差压变送器实测出公式中的W值和dp值，由此计算出K2值。有了流量系数K2就可以将机组制造厂提供的喘振线由流量和出口压力的关系换算成可测得的喉部差压和出口压力的关系了。当得到了表示两者关系的喘振线后，只需向右移动喘振流量的7～10%作为控制余量，就可以得到防喘振控制线了。

3.2.2负荷控制

（1）自主风机来的空气压力 PIC4040控制器，点击手动控制按钮则选择上手动控制主风机静叶，这时可以点击输出方框直接输出阀位值，同时也可以点击手动按钮下面的增加与减小按钮控制阀位。当选择上手动控制时，对应的手动控制按钮为红色。点击自动控制按钮则选择上自动控制主风机静叶，这时可以点击给定方框直接输入自主风机来的空气压力调节给定值。

（2）电机功率 JIC4050 控制器不需要任何操作，当电机功率大于 19000KW 时，功率控制器 JIC4050 接管控制关小主风机静叶。为了使 JIC4050 能够及时的接管控制，使其输出上限设定为主风机静叶当前输出值加 5%的值。当电机功率大于 19000KW 时，JIC4050 从主风机静叶当前输出值加 5%开始减少，而不是从 100%开始减少。电机功率 JIC4050控制器始终参与低选控制主风机静叶。

（3）空气至一二段再生器调节阀阀位回讯与允许最小或者最大开度偏差 ZIC4040控制器，当需要投用ZIC4040 时，首先选择PIC4040 在自动位置，然后点击投用主风控制静叶按钮，则选择上了主风控制静叶。然后点击 ZIC4040 的方框，则弹出 ZIC4040 控制器，点击手动控制按钮则选择上手动控制主风机静叶，这时可以点击输出方框直接输出主风压力值，同时也可以点击手动按钮下面的增加与减小按钮控制主风压力值。

参考文献

[1] 李多民，张文绍.催化裂化装置中主风系统存在问题和改进措施[J].风机技术.2001