基于Tricon系统的柴油加氢透平压缩机控制系统的设计毕业设计论文.docx
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基于Tricon系统的柴油加氢透平压缩机控制系统的设计毕业设计论文
基于Tricon系统的柴油加氢透平压缩机控制系统的设计
摘要
当今,透平压缩机在炼油、天然气、煤化工等行业中得到了广泛的应用。
特别是在柴油加氢装置中压缩机做为核心设备,更需要安全、稳定的运行,一旦出现故障,将会带来非常严重的后果。
所以,为核心装置配备一个智能控制系统,犹如给机组配备了一个大脑。
在保证着机组平稳运行的基础上,最大限度的节约能源,优化控制方案为装置的安全运转保驾护航。
本文以中国石油宁夏石化公司柴油加氢装置压缩机控制系统开发为背景,对汽轮机、压缩机的工作原理做了详细的介绍。
控制系统本文采用的是TRICONEX公司生产的Tricon控制系统。
三重冗余容错的控制器更提高了控制系统的性能和稳定性。
本文完成了对压缩机控制系统设计的方案,提出了一套实用的压缩机控制策略。
针对调速控制方案进行了串级控制。
根据更改入口压力设定值来控制机组,手动设定转速即为目标转速,目标转速作为SP值,实测转速作为PV值,两者通过速度PID不断的比较,得出一个阀门开度值CV。
相对于之前的简单调节系统,串级控制系统改善了控制质量。
防喘振控制本文中运用可变极限流量法控制,以取代先前的固定式防喘振控制系统。
其中包括多个控制回路,较好的考虑了压缩机运行中可能发生的因素,从而提高了防喘振的安全可靠性。
同时也减少了能源的浪费。
在装置试车期间对控制方案进行改进,当系统压力比较低时,打开防喘振控制阀,当投负荷后阀门能及时关到位。
无论是投负荷与空负荷运转都确保循环机不在喘振区运行,既缩短了开停工时间,又减少了维修的麻烦。
把之前的防喘振曲线平移的模式,改进为防喘振线渐开的模式,提高了机组的运行效率,同时也更平稳的控制机组。
不仅降低了消耗,也为企业带来了较大的经济效益。
本文阐述的此套柴油加氢控制系统,已经投产运营,控制系统运行平稳、控制精确、操作方便,完全满足甚至超出了当初设计时的用户要求,得到了用户的认可和好评。
关键词:
透平压缩机;调速;防喘振;Tricon
DesignofControlSystemofDieselHydrogenationTurbineCompressorBasedonTriconSystem
Abstract
Nowadays,TurbineCompressorarewidelyappliedinoilrefining,naturalgas,coalchemicalindustryandotherindustries.Inparticular,thecompressor,ascoreequipmentofadieselhydrogenationplant,doesneedsafeandstableoperation,onceafailurehappens,therewillbeveryseriousconsequences.Therefore,providinganintelligentcontrolsystemforthecoreequipmentislikeprovidingabrainforthecompressorunit.Onthebasisofguaranteeingsmoothrunningofthecompressorunit,itsavesenergytothemaximum,andoptimizesthecontrolschemetoensuresafeoperationoftheplant.
InthecontextofdevelopmentofcontrolsystemofcompressorofdieselhydrogenationplantofPetroChinaNingxiaPetrochemicalCompany,thispapergivesadetailedintroductionoftheoperatingprincipleofsteamturbineandcompressor.ThecontrolsysteminthispaperadoptsTriconcontrolsystemmanufacturedbyTRICONEX.Tripleredundantfault-tolerantcontrollerfurtherimprovestheperformanceandstabilityofcontrolsystem.Thispapercompletestheschemefordesignofcontrolsystemofcompressor,andgivesasetofusefulcompressorcontrolstrategies.Aimingatthespeedcontrolscheme,cascadecontrolisexercised.Thecompressorunitiscontrolledbychangingthesettingvalueofinletpressure,manualsettingspeedistargetspeed,targetspeedservesasSPvalue,measuredspeedservesasPVvalue,andvalveopeningvalueCVisobtainedbyconstantcomparisonofspeedPIDofboth.Comparedwithprevioussimpleregulatingsystem,cascadecontrolsystemimprovesthecontrolquality.
Anti-surgecontrolinthispaperadoptscontrolofvariablelimitflowmethodtoreplacepreviousfixedanti-surgecontrolsystem.Itincludesmultiplecontrolloops,andbetterconsiderspossiblefactorsduringtheoperationofcompressor,thusimprovingsafereliabilityofanti-surge.Besides,itreducesenergywastage.Thecontrolschemeisimprovedduringtrialrunoftheplant,anti-surgecontrolvalveisopenedwhenthesystempressureislow,andthevalvecanbetimelyclosedtothedesignatedpositionafterfull-load.Itensuresthecirculationmachinedoesnotoperateinthesurgeareawhetherfull-loadorno-loadoperation,whichnotonlyshortensthetimeofstart-upandshut-down,butalsosavesthetroubleofrepair.Previoustranslationmodeofanti-surgecurveisimprovedtoinvolutemodeofanti-surgeline,whichimprovestheoperatingefficiencyofthecompressorunit,andrealizesmorestablecontrol.Itnotonlyreducesenergyconsumption,butalsobringsgreateconomicbenefitsfortheenterprise.
Thedieselhydrogenationcontrolsysteminthispaperhasgoneintooperation.Featuredbysmoothrunning,accuratecontrolandeasyoperation,thecontrolsystemfullymeetsandevengoesbeyonduserrequirementsatthebeginningofthedesign,andwinsrecognitionandfavorablecommentfromusers.
Keywords:
TurbineCompressor;speedregulation;anti-surge;Tricon
第1章绪论
1.1透平压缩机组在工业装置中的作用
在我国,工业是能源消耗的大户,近年来原油、原煤、天然气等能源消耗量位居世界前列,特别是石油年消耗量已超过4亿吨,对外依存度超过50%,我国的炼油厂担负着越来越重要的能源加工生产任务。
随着国际市场油价不断上涨,更突显了石油行业的重要,如何更合理的利用石油资源,充分地对石油副产品深加工,降低生产成本已经成为各个石化炼油企业迫切需要解决的问题。
如何利用透平压缩机组使炼油装置中的富余气体重新利用,正被越来越多的厂家所广泛采用[1]。
众多装置中炼油化工装置具有高温、高压、易燃、易爆的特点,工艺复杂且连续性强,安全要求高,为了最大限度地降低装置恶性事故发生的概率,减少计划外停工,避免重大人身伤害、重大设备损坏及重大经济损失的事故发生,建立一套安全可靠、动作及时的安全保护系统显得尤为重要。
压缩机是炼油装置的核心装置,控制系统则是压缩机组的心脏,核心设备的运转状况对生产起到了决定性的作用,无论从安全还是利润的角度考虑,一套稳定的压缩机组和一套可行的控制方案对保障安全生产和提高生产率都是必不可少的。
1.2压缩机控制技术在国内外的发展现状
透平压缩机是广泛应用于冶金、石化等工业部门的大型关键设备,典型的透平压缩机机组由蒸汽透平和离心式压缩机及其它一些辅助设备构成。
从稳定工况、保证安全角度出发,需要为其单独配备过程控制系统。
开发一套综合控制系统,将蒸汽透平的调速控制与压缩机的流量压力控制、防喘振控制及机组的超速保护、紧急停车等功能集成,实现对机组地高效、协调控制。
控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了,早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。
现在所说的控制系统,多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统,在控制系统的发展史上,称为第三代控制系统,以PLC和DCS为代表,从70年代开始应用以来,在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展[2]。
在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。
传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的[3]。
1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字设备公司(DEC)研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电
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