1.前言

中石油廣西石化公司350萬(wàn)噸/年催化裂化裝置于2010年8月28日正式投產(chǎn)，該裝置是國(guó)內(nèi)第一套UOP的重油催化裂化裝置，所配套的主風(fēng)機(jī)、煙機(jī)也是國(guó)內(nèi)同類(lèi)裝置中的最大機(jī)組。該裝置包含兩套主風(fēng)機(jī)，分別是主風(fēng)機(jī)（YL19000C煙機(jī)+AV90-13軸流壓縮機(jī)+20000kw電機(jī)）和備用主風(fēng)機(jī)（AV80-12軸流壓縮機(jī)+20000kw電機(jī)）。主、備風(fēng)機(jī)組主要作用是給再生器提供燒焦用風(fēng)和流化用風(fēng)的重要任務(wù)；，是催化裂化裝置最關(guān)鍵的心臟設(shè)備，一旦主風(fēng)機(jī)出口放空閥異常打開(kāi)，則會(huì)造成裝置主風(fēng)自保聯(lián)鎖動(dòng)作，使裝置進(jìn)入停工處理程序。目前在國(guó)內(nèi)催化裝置主、備風(fēng)機(jī)組手動(dòng)切換過(guò)程中，造成裝置聯(lián)鎖動(dòng)作也時(shí)有發(fā)生。另外本裝置煙機(jī)蝶閥、大小旁通閥原始設(shè)計(jì)控制存在一定的缺陷，控制響應(yīng)太慢，無(wú)法滿(mǎn)足兩器壓差快速變化的需求。因此，在2020年檢修前，公司設(shè)備處相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及技術(shù)骨干與北京康吉森從事壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)的專(zhuān)家梅勝充分溝通并一起制定了詳細(xì)的自動(dòng)切機(jī)方案、性能控制方案、煙機(jī)蝶閥和大小旁通閥的控制策略，并于檢修期間付諸實(shí)施，最終成功實(shí)現(xiàn)了主、備機(jī)無(wú)擾動(dòng)一鍵切機(jī)、全自動(dòng)控制主風(fēng)量、兩器壓差控制響應(yīng)速率達(dá)到了預(yù)期的效果。

具體實(shí)施中針對(duì)由于原先的TRICON控制系統(tǒng)是2009年配置的，選用的CPU是3008，系統(tǒng)掃描時(shí)間在80ms,這次檢修時(shí)將CPU升級(jí)為最新版本CPU3009，系統(tǒng)掃描之間縮短為50ms,提高了系統(tǒng)采樣頻率，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)更能及時(shí)反饋時(shí)間運(yùn)行情況。同時(shí)在原來(lái)1131程序中，更新了控制系統(tǒng)防喘振庫(kù)函數(shù)，采用了目前為止最新的性能控制算法、自動(dòng)切機(jī)算法、兩器壓差控制算法等先進(jìn)智能控制功能。另外在HMI中增加了自動(dòng)切機(jī)畫(huà)面，完善了兩器壓差控制參數(shù)。

項(xiàng)目最終在2020年5月2日投入運(yùn)行，成功實(shí)現(xiàn)了主備風(fēng)機(jī)全自動(dòng)一鍵切機(jī)，10分中內(nèi)完成切機(jī)過(guò)程，兩器壓力調(diào)節(jié)迅速及時(shí)，使得電機(jī)功率總體降耗9000KW/h。

2.工藝智能控制需求：

• 系統(tǒng)投用10多年間，在裝置開(kāi)停車(chē)及異常工況或在用設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，通常需要進(jìn)行主、備機(jī)切換。操作主要以人工操作為主，操作過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)大、強(qiáng)度高，控制精度難把握容易出現(xiàn)裝置運(yùn)行參數(shù)大幅波動(dòng)或?qū)е路怯?jì)劃停車(chē)，因此迫切需要一種智能切機(jī)控制功能，實(shí)現(xiàn)切機(jī)過(guò)程的自動(dòng)化。有時(shí)候會(huì)存在快速把主備機(jī)切換完成，一旦出現(xiàn)在用機(jī)組設(shè)備故障，需要立即進(jìn)行切機(jī)，減少裝置運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)主備風(fēng)機(jī)組一鍵全自動(dòng)切機(jī)；

• 解決長(zhǎng)期存在的煙機(jī)入口蝶閥、煙機(jī)大、小旁通閥控制兩器壓差，響應(yīng)滯后，、同時(shí)存在兩器壓差波動(dòng)比較大的問(wèn)題；

• 由于廣西欽州在夏天經(jīng)常出現(xiàn)雷雨天氣，環(huán)境及空氣溫濕度變化大，容易造成主風(fēng)機(jī)組入口工質(zhì)參數(shù)性能瞬時(shí)變化，如果此時(shí)操作工不及時(shí)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷，會(huì)造成風(fēng)機(jī)出口參數(shù)變化，影響生產(chǎn)；

• 風(fēng)機(jī)機(jī)組運(yùn)行不在最優(yōu)區(qū)間，電機(jī)功率波動(dòng)比較大，造成非常大的能量浪費(fèi)；。

3.切機(jī)原理

以下為備風(fēng)機(jī)切換至主風(fēng)機(jī)的切換步驟：

第一步，各控制回路均投自動(dòng)運(yùn)行，備用主風(fēng)機(jī)組投入送風(fēng)量(FIC40412345) 和總管出口壓力(PI4040)關(guān)聯(lián)加權(quán)性能控制；

第二步，打開(kāi)主風(fēng)機(jī)組送風(fēng)閥；

第三步，主風(fēng)機(jī)組投入送風(fēng)量(FIC40412345) 和總管出口壓力(PI4040)關(guān)聯(lián)加權(quán)性能控制；

第四步，選擇主機(jī)切入系統(tǒng)，開(kāi)始全自動(dòng)切機(jī)。隨著主風(fēng)機(jī)放空閥（防喘振閥）的逐漸關(guān)閉，主風(fēng)進(jìn)入系統(tǒng)，備用主風(fēng)機(jī)的放空閥自動(dòng)逐漸打開(kāi)，直至切換完成。備用主風(fēng)機(jī)退出系統(tǒng)。

如果采用備用主風(fēng)機(jī)將主風(fēng)機(jī)組切出系統(tǒng)，則以上過(guò)程中的控制對(duì)象對(duì)調(diào)。

4.切機(jī)過(guò)程

3.1主備風(fēng)機(jī)切機(jī)工藝流程圖

3.2主備風(fēng)機(jī)切機(jī)操作畫(huà)面

依據(jù)該操作畫(huà)面實(shí)施機(jī)組切換的過(guò)程如下：

1、首先把備風(fēng)機(jī)組投入主風(fēng)性能控制防喘閥及靜葉；

2、然后把主風(fēng)機(jī)組投入主風(fēng)性能控制防喘閥及靜葉；

3、最后在主備機(jī)切機(jī)畫(huà)面中投入主機(jī)切系統(tǒng)功能； 

4、主風(fēng)機(jī)組根據(jù)總管流量關(guān)小防喘閥，備風(fēng)機(jī)組自動(dòng)逐漸根據(jù)總管流量打開(kāi)防喘閥。

5、直至備風(fēng)機(jī)組出口單向閥關(guān)閉或者程序自動(dòng)指示備機(jī)切出裝置。

6、HMI自動(dòng)彈出主備機(jī)切機(jī)完成指示，操作工首先點(diǎn)擊取消切機(jī)，然后操作工需要到現(xiàn)場(chǎng)把備風(fēng)機(jī)組出口電動(dòng)閥手動(dòng)關(guān)閉，最后手動(dòng)可以把備風(fēng)機(jī)切入安全運(yùn)行狀態(tài)。

5.切機(jī)運(yùn)行效果分析

圖5-1主風(fēng)機(jī)組切入系統(tǒng)工藝趨勢(shì)

由圖5-1所示，各曲線(xiàn)含義分析如下：

• 白色曲線(xiàn)是主風(fēng)機(jī)組防喘閥的輸出曲線(xiàn)，在緩慢關(guān)閉；

• 藍(lán)色曲線(xiàn)是備風(fēng)機(jī)組防喘閥的輸出曲線(xiàn)，在緩慢打開(kāi)；

• 黃色曲線(xiàn)是總管流量的設(shè)定值；

• 綠色曲線(xiàn)是總管流量的實(shí)測(cè)值；

• 紅色曲線(xiàn)是總管壓力的實(shí)測(cè)值；

• 紫色曲線(xiàn)是主風(fēng)機(jī)組出口排氣壓力值；

• 淺藍(lán)色曲線(xiàn)是備風(fēng)機(jī)組出口排氣壓力值；

• 粉色曲線(xiàn)是開(kāi)始切機(jī)標(biāo)志。

通過(guò)以上曲線(xiàn)的走勢(shì)可以看出，機(jī)組在切機(jī)過(guò)程中，實(shí)際總管壓力及流量均在設(shè)定值附近穩(wěn)定運(yùn)行，表明切機(jī)過(guò)程平穩(wěn)無(wú)波動(dòng)。

6.兩器壓差控制過(guò)程

圖4-1兩器壓差控制畫(huà)面

由圖4-1所示，分析如下：

• 增設(shè)了調(diào)節(jié)偏差死區(qū)功能，減少了煙機(jī)蝶閥、大小旁通閥頻繁調(diào)節(jié)；

• 取消了原先設(shè)置的爬坡功能，調(diào)節(jié)更及時(shí)有效；

• 運(yùn)行后，降低了電機(jī)功率；

7.兩器壓差運(yùn)行效果分析

圖7-1兩器壓差控制工藝趨勢(shì)

由圖7-1所示，各曲線(xiàn)含義分析如下：

• 綠色曲線(xiàn)是兩器壓差的測(cè)量值；

• 紅色曲線(xiàn)是煙機(jī)入口蝶閥輸出值；

• 黃色曲線(xiàn)是兩器壓差設(shè)定值；

• 白色曲線(xiàn)是煙機(jī)蝶閥投用自動(dòng)標(biāo)志；

• 藍(lán)色曲線(xiàn)是煙機(jī)大旁通閥輸出值；

• 紫色曲線(xiàn)是煙機(jī)小旁通閥輸出值；

• 淺藍(lán)色曲線(xiàn)是煙機(jī)大旁通閥自動(dòng)標(biāo)志；

• 粉色曲線(xiàn)是煙機(jī)小旁通閥自動(dòng)標(biāo)志；

可以看出，兩器壓差在一定波動(dòng)范圍內(nèi)不進(jìn)行調(diào)節(jié)，只有超過(guò)一定波動(dòng)范圍，才會(huì)調(diào)節(jié)，這樣極大地穩(wěn)定了兩器壓差。 

8.主電機(jī)功率節(jié)能效果分析

圖8-1主風(fēng)性能及電機(jī)功率控制工藝趨勢(shì)

由圖8-1所示，各曲線(xiàn)含義分析如下：

• 綠色曲線(xiàn)是總管流量的設(shè)定值；

• 紅色曲線(xiàn)是總管流量的實(shí)測(cè)值；

• 黃色曲線(xiàn)是投用主風(fēng)流量性能控制標(biāo)志；

• 白色曲線(xiàn)是防喘閥的輸出值；

• 藍(lán)色曲線(xiàn)是防喘振盤(pán)旋點(diǎn)；

• 紫色曲線(xiàn)是防喘振的實(shí)際工作點(diǎn)；

• 淺藍(lán)色曲線(xiàn)是主風(fēng)機(jī)組靜葉輸出值；

• 粉色曲線(xiàn)是主電機(jī)功率；

可以看出，投用性能控制后，主風(fēng)機(jī)組靜葉由38.8度關(guān)到了28.8度，防喘閥總的輸出由有11.3%關(guān)到了1.5%，主電機(jī)功率由17398KW降到了8973KW，主風(fēng)總管流量波動(dòng)范圍在30NM3/min之內(nèi)。不僅穩(wěn)定了裝置，而其每小時(shí)節(jié)能9000KW，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^(guān)。

9.備風(fēng)機(jī)組投用性能控制效果分析

圖9-1備風(fēng)機(jī)性能控制工藝趨勢(shì)

由圖9-1所示，各曲線(xiàn)含義分析如下：

• 綠色曲線(xiàn)是總管流量的設(shè)定值；

• 紅色曲線(xiàn)是總管流量的實(shí)測(cè)值；

• 黃色曲線(xiàn)是投用主風(fēng)流量性能控制標(biāo)志；

• 白色曲線(xiàn)是防喘閥的輸出值；

• 藍(lán)色曲線(xiàn)是防喘振盤(pán)旋點(diǎn)；

• 紫色曲線(xiàn)是防喘振的實(shí)際工作點(diǎn)；

• 淺藍(lán)色曲線(xiàn)是備風(fēng)機(jī)組靜葉輸出值；

• 粉色曲線(xiàn)是備電機(jī)功率；

可以看出，投用性能控制后，備風(fēng)機(jī)組在某一時(shí)段檢測(cè)到總管流量下降后，靜葉由51.0度開(kāi)到了57.0度，主電機(jī)功率由15594KW升到了15816KW，主風(fēng)總管流量波動(dòng)范圍在30NM3/min之內(nèi)。后來(lái)工藝人員發(fā)現(xiàn)是因往裝置的安全閥故障自動(dòng)打開(kāi)了，如果當(dāng)時(shí)沒(méi)有投用性能控制，此事將會(huì)造成主風(fēng)低流量，切斷進(jìn)料。此項(xiàng)功能挽救了裝置非計(jì)劃停車(chē)，創(chuàng)造了非?？捎^(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。

10.結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)催化裂化的操作方式由操作人員手動(dòng)操作完成主備風(fēng)機(jī)的切換，自動(dòng)切換控制更加平穩(wěn)可靠、高效安全、人性化，同時(shí)杜絕了誤操作的可能，從而保證了工藝系統(tǒng)平穩(wěn)操作的要求。自機(jī)組聯(lián)動(dòng)試車(chē)到正式開(kāi)車(chē)以來(lái)，經(jīng)不斷調(diào)整優(yōu)化后，備用主風(fēng)機(jī)自動(dòng)切至主風(fēng)機(jī)組運(yùn)行，整個(gè)過(guò)程只需10分鐘就自動(dòng)完成，切換過(guò)程中主風(fēng)總管流量波動(dòng)小于30NM3/min，壓力波動(dòng)小于5KPa。整個(gè)自動(dòng)切換過(guò)程高效、安全、平穩(wěn)可靠。

自1965年我國(guó)第一套催化裂化裝置投產(chǎn)以來(lái)，全國(guó)所有催化裝置的主、備風(fēng)機(jī)的切換一直采用手動(dòng)操作，兩器壓差或再生器壓力控制采用手動(dòng)模式，主風(fēng)機(jī)靜葉控制采用手動(dòng)操作。通過(guò)這次成功改造，成功實(shí)現(xiàn)了如下功能：

• 廣西石化催化裂化裝置實(shí)現(xiàn)了主、備風(fēng)機(jī)全自動(dòng)切換；

• 主備風(fēng)機(jī)組靜葉和防喘閥可全自動(dòng)根據(jù)裝置負(fù)荷全自動(dòng)調(diào)節(jié)；

• 煙機(jī)入口蝶閥、大小旁通閥實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期自動(dòng)平穩(wěn)控制；

通過(guò)運(yùn)行對(duì)比，在投入該智能控制功能后，主電機(jī)平均每小時(shí)節(jié)約9000KW，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，這項(xiàng)技術(shù)的成功應(yīng)用，對(duì)于國(guó)內(nèi)所有同類(lèi)裝置提高智能操作水平、穩(wěn)定操作工況、減輕操作強(qiáng)度、實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效具有標(biāo)志性的意義。