电子调速器在合成氨装置五大机组上的应用

电子调速器在合成氨装置五大机组上的应用 张明松 (大庆石化公司化肥厂,黑龙江大庆,163714) 摘要介绍大庆石化公司化肥厂合成氨装置五大机组电子调速器控制系统改造 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,电子调速器控制系统构成与TRICON系统技术特性,项目改造实施与投用出现的问题、应用情况与使用效果。 关键词电子调速器方案应用 1 概述 大庆石化公司化肥厂是20世纪70年代引起的美荷型装置,合成氨装置原四大机组全部为蒸汽透平驱动的离心式压缩机,基本采用单回路调节器控制压缩机出入口压力调节机组的转速,转数调节器全部由DCS系统的PID单回路控制点实现。各机组防喘系统均采用单回路自动控制,2005年扩能改造新增的小空压机由电机驱动,其防喘系统采用一套高选方案,实质仍为单回路防喘振调节。 2008年9月合成氨装置检修期间采用北京康吉森自动化设备技术有限责任公司的电子 调速器控制系统,有效提高装置五大机组自控水平。项目投运一年来,各机组运行稳定。实践证明,该项目应用后降低了合成氨装置大机组低负荷生产能耗,缩短大机组检修后开工时间,取得较好的经济效果。 2 改造方案 本次改造采用TRICON控制系统,将合成装置五大机组的调速控制、防喘振控制进入机组控制系统,设置独立的电子超速保护系统,联锁报警全部进入独立的ESD系统。控制系统通过硬线采集3300监测点,通过通讯和硬线采集3500监测点。 1)实现五大机组(空气压缩机101J、小空气压缩机101JA、原料气压缩机102J、合成气压缩机103J、冰机105J)防喘振控制。 2)实现四大机组(101J、102J、103J、105J)的独立电子超速保护控制,取消原有机组上的机械飞锤式超速保护。 3)对现有的机械液压式调速器进行电子调速改造,实现五大机组由电子调速器控制汽轮机由零转速(或低速暖机转速)按照设备 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 自动升速至汽轮机正常工作转速和安全停车。 4)采用新的ESD系统替代五大机组的安全联锁自保(ESD)系统。 5)由电子测速系统和油动机执行机构的改造方案实现电子调速控制;取消原仪表驱动机构。 6)实现其他涉及机组的控制,如压力、流量、液位、负荷及耦合控制等; 1 7)实现其它过程参数(如,压力、液位、温度、振动及位移等)的远程监控; 8)实现与DCS双向通讯,多方位对机组监控。 9)实现与工厂管理网单向通讯,采样频率小于1秒。 10)实现与机组监测系统(本特利3500、3300)通讯。 11)实现历史趋势 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ,采样间隔0.2秒。 12)实现SOE功能、语音报警等功能。 3 系统构成与TRICON系统技术特性 3.1系统构成 新系统采用3套TRICON控制系统取代原来的机械调速器和在DCS系统中实现的防喘振控制和工艺性能控制以及ESD系统,并实现机组开停车的全自动操作。保留原有DCS全部操作画面和操作方式不变。在此基础上,新增操作站重新绘制所有机组操作画面,更加直观,方便操作人员在新操作站上进行操作,原有DCS操作台和新加操作站两种操作方式随意切换。 新系统对原有控制系统进行全面改造和升级。改造后的的系统将在涵盖原系统所有控制方案的基础上极大提高装置的自控水平。为保持机组操作的稳定性和安全性,对5台机组的机组控制部分(调速/蒸汽压力,性能,防喘振控制)和 ESD按照3套系统考虑,即2套ITCC 控制系统,1套ESD。101J和101JA 、102J用一套机组控制系统, 103J和105J用1套机组控制系统,单独设立1套ESD系统。 ITCC系统的构成硬件包括冗余电源系统、三重冗余容错控制器、三重化I/O 模件、冗余通信卡件、端子板、 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 机柜、工程师站及操作站等;软件则包含标准编程软件、专用防喘软件包、程序调速软件。 3.2 TRICON系统的三冗余原理 TRICONEX公司TS3000系统的硬件核心是TRICON的基于三重模件冗余容错(TMR)结构的容错控制器,TRICON系统有三个主处理器,每一个主处理器的CPU 为32位、50MHZ,16M RAM,工作方式为3-2-1-0。其32 位浮点协处理器的使用得到了TUV 6级的安全认证。系统中所有的I/O信号都要经过硬件的三取二表决。 数字量输入信号在DI模件中被分成隔离的三路,通过三个独立的通道分别被送到三个主处理器中进行三取二表决;经纠正任何偏差后的数据通过三条I/O总线被送到DO模件,并在DO模件通过获得专利的“方形表决电路”硬件进行再次表决,DI、DO 模件均采用与现场光电隔离方式。模拟量输入信号在AI模件中被分成隔离的三路,通过AI模块上每一个分电路的模数转换器把模拟量转换成12位的数字量,用32位的协处理器进行处理,每个主处理器采用选取 中间值的算法读取正确值,并纠正任何分电路中的偏差,主处理器输出的模拟量信号在AO 模块中的模拟输出选择器中进行选择,以确保输出信号的准确。 3.3 TRICONEX ESD系统主要优点: 1)主处理器和I/O卡件完全三重化。 2)不会因为单点故障而引起系统停车。 3)独特的I/O逻辑槽位设计(提供工作和备用两个槽位)保障故障卡件全部在线更换。 4)32位芯片保证了系统的快速运行。 5)高度的系统诊断覆盖率,诊断功能皆为系统内置,不需编写应用程序。 6)系统维护和故障诊断非常方便。 7)所有模拟卡件精确度高,并可以定期自动校验。 8)组态软件的在线修改、在线下装通过TUV六级认证。 9)毫秒级(10毫秒内)的SOE功能将为甲方的故障及事件分析提供极大帮助。 10)所有卡件均有金属键锁,防止插错卡件。 4 项目实施、投用出现的问题与处理 2007年12月25日,化肥厂合成氨装置五大机组控制系统改造项目技术协议签订; 2008年1月4日,化肥厂合成氨装置五大机组控制系统改造项目召开开工准备会,进一步确认设备卡件的数量、配置,签订技术条件会会议纪要; 2008年1月中旬—3月上旬,化肥厂合成氨装置五大机组控制系统改造项目前期准备; 2008年3月初至3月末,去北京康吉森设备有限公司进行培训及组态工作; 2008年4月上旬开始进入现场进行DCS组态工作,包括点组态、画面组态等; 2008年5月中旬,去北京康吉森设备有限公司进行设备出厂测试及验收; 2008年6 月10日,TRICON控制系统到货,开箱检验,安装在化肥厂合成缓冲间,康吉森人员上电。进行系统单调; 2008年7月22日,设计第2版图纸到,开始进行组态设计工作; 2008年7月25日至29日,进行盘间电缆预制工作; 2008年8月上旬,ESD设备进行现场安装,接线等工作; 2008年8月下旬,进行联调工作; 2008年9上旬至中旬,合成装置开工;系统功能测试,防喘功能调试。 9月中旬,合成装置检修改造结束,系统开工,四大压缩机开工超速试跳均一次成功,大机组开工升速,正常调速等效果均达到预期效果,防喘系统在做试验工况下比较好用。试用期间,发现以下问题: 系统太灵敏,仪表测量本身的瞬间波动,也很容易造成防喘阀的迅速开大;在事故状态下投自动容易造成生产波动,导致事故扩大化。主要现象是:压缩机组负荷突然下降,压缩机出口流量瞬间波动,防喘功能立即动作,防喘阀全开。防喘阀全开后,气体流量迅速上升,防喘阀又逐渐关小。由于防喘阀关小,压缩机出口流量又逐渐下降,由于流量逐渐下降,又造成压缩机防喘功能动作,循环往复,说明防喘功能不能满足自动控制的需要,只能手动控制。另外,项目初期在设计思路上过分强调设备安全,造成工艺影响较大。 针对开车期间部分机组防喘振功能出现的问题,电子调速器厂方和化肥厂共同讨论,对防喘系统进行调整: 1、调整方案遵循保证大机组安全运行为原则,也要考虑生产工艺平稳。 2、将防喘控制线适当调整,适当调整PI的系数,防喘功能动作时,调节阀无需全开,为避免工艺大幅波动,阀位开度根据实际情况调整,如果仍处于喘振区,利用正常PID功能继续开阀,直到离开喘振区,这样确保机组安全运行的同时,也保证工艺系统的稳定。 3、阶跃范围左移,由原来的距离控制线30%改为70%,同时比例系数适当调大。 4、防喘阀一旦动作后,控制方式保持原来不变,防喘功能太灵敏。给各机组流量表加0.5~2秒的阻尼时间,防止仪表瞬间波动造成误动作。 针对出现的问题对软件进行调整,由于是在线修改,软件修改后无法检验效果,经过半年的生产运行,期间因各种原因生产出现过几次波动,化肥厂技术人员根据电子调速器运行情,逐渐完善调整,目前防喘功能基本满足正常生产及事故状态下的自动控制。 5 应用效果 五大机组电子调速器改造是08年大检修重点项目,系统改造后操作变化较大,经过相关人员的努力,总体上达到了预期的目的: (1)实现了机组转数的自动调节,转数的调节性能大大提高。转度精确度大大提高,正常生产给定转数,实际波动范围非常小,完全满足工艺需要。特别是在开停工期间,自动控制转数和设定升速速率要求非常吻合。 (2)防喘系统经试验效果较好,返回线的开度能自动关到最小,当前工作点与当前设定点、防喘线在线跟踪,一目了然,操作非常方便,实现低负荷下防喘操作最优化。 (3)超速实验功能,完全可以取代机械飞锤,大大缩短透平试跳时间。独立设置的电子超速保护系统分别实现四大透平机组101-J、102-J、103-J、105-J的超速保护功能,通过三个独立的转速探头和速度模块进行转速的测定和超速的判定,通过继电器模块三取二逻辑实现。超速保护系统检测到汽轮机超速信号后,发出跳闸信号到独立的跳车电磁阀,跳车电磁阀发出动作,将去速关阀的调速油泄掉,速关阀靠本身弹簧的力量迅速关闭,截断蒸汽进入,汽轮机关闭。同时调速阀也立即关闭,实现双保险。 (4)控制效果比原气动仪表更加安全可靠。 (5)大机组工艺及油系统绝大部分参数引入ITCC系统,历史趋势采样时间为0.2秒, 配合SOE 毫秒级事件记录,极大地方便问题分析与事故原因调查。 5.1开工期间效益 开工期间效益分二部分,主要是节省开工时间,同时也减少大机组试跳期间蒸汽消耗。合成装置开工,四大机组试跳统筹时间较长,其中102-J试跳完全使用生产开工统筹时间, 101-J、103-J与105-J占用部分主统筹线时间。合成装置开工期间,粗略计算,每次检修可创效益400万元。按两年一次大修,平均每年可创造效益200万元。 5.2正常生产效益 化肥厂合成装置扩能改造后,生产能力达到1500吨/天。但由于油田气不足,每年只有约150天时间能保证全天满负荷生产。大部分时间负荷不满,这样五大机组的返回线经常有开度,造成低负荷下生产能耗大幅上升。2007年化肥厂统计数据显示,各项消耗与生产负荷由很大的关系,相同工况下,85%负荷比100%负荷合成氨吨氨能耗上升1 GJ/tNH3,低负荷下能耗增加的主要原因是大机组返回线有开度。合成装置目前使用机械调速器,返回线流量是简单回路控制,给定值有较大的余地。采用电子调速器后,由于调节稳定、准确,可根据转数的变化,系统自动动态调节返回线流量给定值。在不同负荷下,可最大限度控制返回线流量,尽量关小返回线开度,降低四大机组转数,从而降低蒸汽消耗,降低低负荷下生产能耗。四大机组平均在低负荷下,每小时节省中压蒸汽3吨。按每年150天、每吨蒸汽100元计算,电子调速器改造后,每年可节省蒸汽效益为107万元。 综上述两方面效益,平均每年可创造效益约 307万元。另外,在事故状态下,大机组操作更加安全,减少了操作工的劳动强度,可有效避免事故扩大。 6 结束语 我国早期引进的大型氨厂均采用机械调速器,部分厂家进行过个别机组改造,不同程度出现一些问题,加大了改造风险,使化肥行业此方面改造步阀缩小。大庆石化公司化肥厂大机组2008年全部改造为电子调速控制系统取得成功,为同类型化肥厂改造提供了宝贵的经验。早期引进的大型氨厂大多经过多次技术改造,进一步节能潜力较小,增上电子调速器,是这些氨厂当前增效一条途径,特别是经常处于低负荷生产的装置,节能效果更加明显。 作者简介:张明松,男,1970年出生,工程师,1990年毕业于兰州化工学校无机化工专业,长期从事合成氨工艺管理,现为中国石油大庆石化公司化肥厂合成氨车间工艺副主任。联系电话:0459-******* 手机:138********。E-mail:6268524@sina.com