ITCC_SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统在石油化工装置设计中的应用

ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统在石油化工装置设计中的应用中石化工程建设公司仪控室（SEI)2005年5月ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统1前言中石化工程建设公司仪控室长期以来一直关注着TriconexTMR硬件系统的发展和软件系统的开发，并与康吉森自动化设备技术公司在国内、国外工程项目上有着长期良好的合作，取得了显著的成果。通过共同努力，已在某些工艺控制技术上开发出具有自主知识产权的专用控制系统，如并列式反再连续重整装置的专用控制系统CCRCS。ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统近十年来，Triconex公司的TS3000三重化冗余容错系统在国内众多领域逐步得到广泛的应用，在我公司设计的诸多石油化工项目中，有相当多的工艺装置、往复式压缩机及离心式压缩机的控制与联锁系统都采用了Triconex公司的硬件系统，特别是在离心式压缩机、烟气轮机等透平转动设备的ITCC/SIS综合控制与安全联锁系统上（IntegratedTurbine-CompressorControl/SaftyInstrmentSystem)，基本上都是采用Triconex公司TS3000的硬件平台和Tristation1131软件系统。ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统2ITCC/SIS综合控制与联锁系统目前的应用状况近年来，国内压缩机的控制与联锁从分离仪表系统发展到ITCC/SIS综合控制与联锁系统,是一个很大的进步。随着ITCC/SIS综合控制与联锁系统应用技术的成熟和石油化工装置控制系统一体化发展的要求，石油化工装置的安全仪表系统的总体设计方案也在进一步按此要求调整：①装置与机组安全仪表SIS系统的综合设计，特别是ITCC/SIS综合控制与联锁系统的设计方案，按功能、硬件分离，资源共享的原则，最大限度发挥高性能冗余容错控制器的功能。ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统②ITCC/SIS综合控制与联锁系统的应用已从国内沈汽、陕鼓等国产压缩机组拓展到引进透平压缩机，使进口压缩机与国产压缩机、工艺装置的联锁系统实现多机联网一体化。提高系统的安全水平，减少系统技术支持和维护工作量，降低工程投资。ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统3ITCC/SIS控制方案在实际工程项目中，一个好的、实用的离心压缩机控制方案必须由工艺、控制、机械及压缩机制造厂等专业人员共同配合，由专业压缩机控制公司在具体的硬件平台上实施。ITCC控制方案主要包括：⑴工艺对象控制分析装置开工初期-末期工况，气体组分、流量及管网阻力变化等；ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统⑵转速控制（Extendedfunctionsoftwareforspeedgovernor-T1062）正常运行工况下的转速控制模式：定转速控制或入口流量/转速串级控制等；包括超速保护；启机、暖机、加速、停机等自动或半自动转速控制模式。在自动模式下，根据起机/停机曲线的升/降速速率，蒸汽透平将按程序自动进行分段转速控制，并迅速越过临界转速。在半自动模式下，操作工可在从零转速到最小转速之间的任何转速下停留。一旦达到最小转速，操作人员可将转速进一步提高到工作转速；ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统⑶性能控制绘制压缩机的性能控制曲线，实现最佳设定点控制，以获得较高的输出效率，降低能耗；ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统⑷防喘振控制（Extendedfunctionsoftwareforanti-surgecontrol-T1042）利用独特的防喘振技术来监测是否发生喘振。如发生喘振，则由防喘振控制器的输出调节防喘振控制阀，其主要工作内容有：*根据压缩机入口流量和压力、出口压力及相应的温度，确定压缩机的喘振曲线；*确定喘振安全裕度和安全裕度校准增量（%）；*设置喘振控制线和设定点浮动线；*确定适应性增益和防喘振阀开度的比例调节功能；*确定喘振是否停车；ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统CurrentOperatingPointHoverSettingControlSetpointControlLineSurgeLineSuctionFlowxPD/PSITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统防喘振控制策略的特点：①当工作点越过设定点浮动线向喘振控制线窜动时会及时打开防喘振阀。②如果发生喘振，喘振安全裕度可自动调整，喘振控制线将被自动调节到右方，同时加大安全余量。通过初始安全裕度和当前重校后的安全裕度变化可了解压缩机的动态工况。③防喘振控制器带有适应增益及快开/慢关响应等功能，当工作点在喘振控制线右方时，该特性减少了比例动作，使防喘振阀以设定速率慢关。当工作点在喘振控制线右方的操作裕度超过设定距离时，则调用适应性增益特性。ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统④当工作点进入喘振控制线与喘振线之间时，比例调节功能可使防喘振阀按比例打开，以提供足够的响应速度使防喘振阀全开。⑤当工作点向喘振控制线左方出现特定窜动时，可设置电磁阀激励输出触点使防喘振阀快开。当系统从喘振状态返回时，电磁阀关。对防喘振阀的控制则从比例控制恢复到正常的喘振控制。ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统⑸安全联锁功能压缩机和汽轮机自身的启机/停机联锁条件，如紧急停机和复位操作、轴温、轴振动、轴位移、油站、水站以及相关的工艺操作条件等ESD联锁逻辑，应按独立模块编制。同时该联锁逻辑与调速器的关联作用，如启机失速停机、超速保护、故障停机调速器同步停车等逻辑功能，都可以通过内部数据交换实现，避免了分离仪表系统间的繁杂连线，提高了控制系统的总体监控水平。ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统4ITCC的系统结构根据我们的工程经验，大型联合装置的安全联锁系统与离心压缩机的综合控制与联锁系统可用Ethernet以太网组网的方式，通过配置多控制器的TS3000系统实现SIS+ITCC一体化设计。单一装置则可以独立的ITCC/SIS综合控制与联锁系统实现，以共享控制器的方式，将ITCC的I/O卡件与SIS的I/O卡件适当分离。该系统除配置独立的工程师站兼SOE站外，需设置专用的操作员操作站作为机组操作的主要人机界面，并通过MudbusRTU方式与DCS通讯，但DCS操作站只起辅助监控作用。ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统5ITCC/SIS综合控制与联锁系统的应用前景随着石油化工装置向大型化、综合化方向发展，对工艺过程控制水平、环境保护、人身及设备安全防护等都会有更高的要求，一体化的控制与联锁保护系统将成为设计的主导模式，ITCC/SIS综合控制与联锁系统会得到更广泛的应用。ITCC/SIS离心式压缩机综合控制与安全联锁系统目前我们与康吉森公司正在开发日立/新日本造机同轴透平压缩机和德国阿特拉斯（Atlas)多轴透平压缩机的ITCC/SIS系统。康吉森公司已经在国内引进机组控制系统的改造和配套上，以TS3000的TMR平台和成熟、先进的压缩机组控制算法，先后与GHH、Dressland、Eilliot、Ingersoll-Rand和日本三菱等压缩机公司开展了合作并顺利投产,取得了宝贵的经验。由工程设计单位、用户、压缩机厂和专业压缩机控制公司几方联手协作，，是克服工程技术难题和保证工程进度的良好合作方式。这是今后控制与联锁系统一体化设计的方向。