催化透平富气压缩机调速控制系统分析及改进

2007年03月02日

1机组及调速系统简介

中国石油大港石化公司催化装置Elliott气压机组控制系统于2002年8月投用,系统主要由TRICONEXTS3000三重冗余控制系统(包括两台工作站和一台辅操台,逻辑由Tristation1131实现,人机界面由Intouch9.5实现),TS310调速器,WOODWARDPT203三取二超速保护器以及其它辅助设备组成。

其中,TS3000系统是整个控制系统的核心,主要完成如下功能:机组紧急停车联锁保护,机组启动条件判断,压缩机防喘振控制,单回路PID调节控制,HMI上位机手动透平升降速,机组运行状态监控数据显示,与DCS、TS310调速器、PT203超速保护器等辅助设备通讯,事件顺序记录和系统诊断等。TS310调速器主要实现透平启动、暖机、手动升降速、接收DCS负荷控制信号调节转速设定植和停车等一系列透平转速调节功能。PT203三取二超速保护器实现透平超速跳车保护功能。

近几年来,TRICONEX在大型机组透平转速控制方面积累了大量实践经验,不断完善控制方案,升级系统硬件和相关扩展函数软件包,减少可能引起故障的不必要中间环节,整合系统向综合化一体化发展,力求最大程度保护机组安全运行,同时增强系统日常维护的可操作性。在技术进步的趋势下,TS310调速器渐行渐远,在新建机组控制项目中已被淘汰。取消TS310超速保护器,将透平启机和调速控制逻辑整合到TS3000系统中,提高系统运行可靠性,使操作更加灵活。

2原TS310调速控制系统分析

机组共有6个转速测点,其中2个直接接入TS310作为TS310的调速控制信号,3个接入PT203作为三取二超速保护器速度信号,1个接入现场就地盘,就地盘的启动、升速、降速、紧急停车、超速测试等开关点直接接入TS310,通过MODBUS协议与TS3000通讯进行升、降速控制,中间接点多,出故障概率高,TS310调速控制关系不直观,操作不灵活,系统可靠性低,通讯部分出现问题必须停工处理,给生产带来巨大损失。

3改造后的一体化调速控制系统

改造后系统透平启动和调速采用顺序模式控制,在TS3000的逻辑中变量iMODE定义透平的停机、联锁条件复位、电磁阀带电、启动、暖机、运行、正常停车和超速测试等9种模式。每种模式iMODE对应一个数字0-8。启动顺序过程由上述一系列的步骤组成,在各模式下执行不同的功能:

模式0 停机

模式1 允许启动

模式2 暖机1惰性转速(1500RPM,等待解除惰转)

模式3 暖机2(2500RPM,恒速等待10分钟)

模式4 暖机3(4600RPM,恒速等待10分钟)

模式5 升速至工作状态最小可控转速(5505RPM)

模式6 运行(5505-8260RPM)

模式7 超速测试(缺省为9169RPM,HMI上可设定范围9087RPM-9999RPM)

模式8 正常停机(1500RPM,等待选择停机或重新升速恢复正常生产)

正常升速率1800RPM/MIN,临界转速区为2700-4600RPM,临界转速区升速率为6000RPM/MIN,P:50,I:3,反作用。

任何模式下出现联锁停机信号或停机动作则透平进入模式0停机,速关阀电磁阀失电全关,其它输出也进入安全状态。

启机时先确认透平联锁条件全部消除,按下联锁复位按纽,电磁阀带电。此时如果启动条件满足允许启动灯亮则进入模式1,允许启动。按下启动按纽,透平开始启动。如果启动条件不满足则回到模式0。启动初期人工手动调节蒸汽调节阀,转速升至1500RPM惰转后等待解除命令,解除惰转后调速器开始投用,根据速度设定植自动调节阀门开度。

透平启动速度设定值分为手动和自动两种方式设置。自动方式下TS3000会按照预设的暖机速度、暖机时间和升速率等自动控制透平升速并迅速通过临界转速区。直至升速至正常运行的最小转速,进入模式6。打开超速测试开关可以进入模式7进行超速测试,此时,TS3000自动将正常运行时电调超速联锁值8921RPM提高到9169RPM,使之略高于PT203机械超速联锁值9086RPM,从而检测PT203超速保护器跳车动作。如果PT203动作失败,转速继续上升至TS3000超速联锁值,TS3000会动作联锁停车。

当装置或设备需要按计划检修或维护时,按下正常停车按纽,透平自动按预置速率降至1500RPM,等待选择停车或重新升速恢复正常生产。

现场和室内控制通过辅台开关和HMI软开关切换来进行选择,双重保险避免误操作,

切到DCS控制需满足4个条件:DCS开关切到DCS控制,压机室开关切到DCS控制,模式在6模式,DCS速度设定植与实际转速相差不超过±25%。逻辑图如下采用功能块图。