【壓縮機網】山西天脊潞城化工有限公司甲醇裝置是利用當地焦化廠生產的焦爐氣結合灰融聚煤造氣（補碳）生產甲醇的環保工程項目。在工藝流程中，空分裝置是甲醇生產工藝過程中率先開車的工號，空壓機組在空分裝置中作為s*先開車的設備，機組控制的好壞顯得尤為重要。
1、空壓機組控制系統構成
山西天脊潞城化工有限公司甲醇項目的空分裝置中，空壓機由沈陽鼓風機廠制造，汽輪機由杭汽配套，并單獨配置了1套ITCC TS3000控制系統，其主要作用是完成透平驅動壓縮機的防喘振控制，汽輪機的調速控制、性能控制、抽汽控制，機組軸承溫度及軸振動、位移監控聯鎖邏輯控制功能，輔機工藝參數控制功能也包括其中。
1.1 硬件構成
TS3000系統硬件基于三重冗余容錯的TRICONV9系統。根據空壓機機組控制點數統計: DI: 56，DO: 15，AI: 21，AO: 10，RD: 44，共計146 點。TS3000系統配置為1個主機架帶2個擴展機架，通過擴展通訊接口連接2個擴展機架。CPU負荷在30%～50%之間。通過通訊板經過冗余網絡到操作站。空壓機組單獨設置1臺操作站。配套輔助操作臺設有帶鑰匙復位的緊急停車按鈕和報警喇叭，以便于機組緊急停車處理使用。控制站處理器、各級網絡通訊設備、部件和總線三重冗余。所有電源設備1∶ 1冗余。現場三取二冗余輸入點分別接在3塊輸入卡上，二取二冗余輸入點分別接在2塊輸入卡上，實現真正的冗余配置。
1.2 軟件構成及操作畫面
ITCC系統設計有獨立的操作站，監控軟件選用Wonderware公司的Intouch9.0軟件，其系統平臺基于WIN2000操作系統。該軟件通過高速網絡與控制器通訊，確保數據的及時刷新，從而更好地實現操作人員監控和操作。基于WIN2000環境的Tristation1131編程軟件，將聯鎖邏輯功能和包括防喘振、調速功能控制在內的調節功能集成于1個系統平臺上完成，實現了控制系統的高度可靠性、集成性及完整性。系統的安全等級可以達到TUV的AK6和SIL3級認證要求。
在做操作控制畫面過程中，廣泛征求了操作人員的意見，讓操作人員參與設計和調試，充分熟悉控制界面的操作。操作站畫面主要有流程圖畫面、控制回路調節畫面、調速畫面、防喘振及工作點畫面以及聯鎖停車報警畫面等。
2、壓縮機組的轉速控制和超速保護
與壓縮機組配套的AIRPAX速度傳感器有4只，其中1只連接到就地轉速表，3只用于TS3000系統。系統調速由電液轉換器實現，配進口頻率變換器2個（4～20mA DC信號將其轉換為20～160mA DC信號）。
程序設置多個臨界轉速區域，無論在啟動、停車過程或正常控制過程中速度控制模塊都可避免機組工作在臨界轉速區內。在開車過程中，由于蒸汽系統的原因，調節汽閥全開后轉速仍然停留在臨界轉速區內，超過一定的時間限制，則自動關閉調節閥以降低轉速。調速模塊設置在正常轉速控制范圍內，此范圍內工藝參數為主回路，由性能控制器串級控制轉速回路，以達到控制工藝參數的目的，也可在操作站設定控制轉速進行調節，轉速隨時能跟蹤。
在電氣超速試驗方式下，轉速目標設定值可以越過z*大正常調速值，使機組在實驗時實際轉速可以達到電氣超速聯鎖設定值，這樣就可試驗超速跳閘功能是否動作正常。在機械超速停機試驗方式下，系統自動旁路電氣超速停機功能，使機組在實驗時實際轉速可以越過電氣超速聯鎖設定值，這樣就可以試驗機械超速跳閘功能是否動作正常。
3、壓縮機組防喘振控制
3.1 喘振檢測
空氣壓縮機組設置入口流量、入口壓力、出口壓力及入口和出口溫度5個測量參數，利 用TRICONEX獨特的防喘振技術來計算當前工作點，判斷是否發生喘振。TS3000針對防喘振特性開發出標準的功能模塊，包括喘振檢測、喘振控制和防喘振控制輸出。各模塊相互組態連接，可以組態連接到輸入輸出信號以實現機組的防喘振動控制。使用這種技術，氣體分子量變化將不會影響喘振檢測。不受氣體分子量變化影響的通用喘振線見圖1。
3.2 控制線及安全裕度重校
如果系統檢測到工作點越過喘振線，表示喘振已發生，喘振控制線將按組態參數的大小自動向右調節一定的裕度，從而再次加大安全裕量。控制器記錄如下變量：喘振發生次數、校準次數、初始安全裕度、當前重校后的安全裕度。
3.3 控制器設定值徘徊點
一般情況下，壓縮機不會在喘振線上持續運行或過長時間運行。當工作點在控制線右側（安全區域），喘振控制器的設定值將在當前工作點的左側，并與工作點始終保持某一設定值。如果設定值與喘振控制線重合時，喘振控制器的設定值將不再左移，這時如果工作點還向左移，系統將逐漸打開回流閥以防機組喘振。當工作點向喘振區移動的速度越過設定徘徊點時，防喘閥迅速打開。設定徘徊點將按相同的速率快速減小，直至防喘閥打開，新的工作點重新建立。
3.4 適應性增益和非對稱響應
喘振控制器提供了一種適應性增益特性。當工作點在喘振控制線右方時，該特性減少了比例動作。當工作點在喘振控制線右方的操作裕度超過設定距離，則調用適應性增益特性。根據比例或積分響應，當工作點安全地移動到喘振控制線的右方時，防喘閥以設定速率慢關，以保證將透平驅動機以及工況控制器調整到新的工作條件下。
3.5 比例功能
當工作點進入喘振控制線及喘振線之間時，防喘閥按比例打開。該比例輸出信號與其他功能的輸出經高選器后，z*后輸出到防喘閥。即使在喘振控制器失調情況下，仍可保護機組。
3.6 手動控制
在安裝和試車過程中，可以手動遙控開關防喘閥，而不考慮喘振控制器的作用。當工作點向喘振控制線左方竄動時，組態1個觸點輸出打開電磁閥，使防喘閥快開。當系統從喘振狀態回來時，電磁閥關閉。對閥的控制可從比例控制恢復到正常的喘振控制。
4、機組聯鎖
機組聯鎖控制主要包括：機組啟動條件、啟動潤滑油輔泵/冷凝液泵、抽氣聯鎖和聯鎖停車。聯鎖停車條件包括：汽輪機轉速高高、潤滑油總管壓力低低、汽輪機（壓縮機）軸承溫度高高、速關油壓低低、汽輪機（壓縮機） 軸振動位移高高。聯鎖信號選用故障安全型：正常1，故障0。現場電磁閥正常帶電，故障失電。汽輪機（壓縮機） 軸承溫度、潤滑油壓、速關油壓全部三取二聯鎖。位移、振動二取二。每個聯鎖輸入都配有維護用旁路開關。當空壓機組聯鎖停車時，則關閉空分入口閥，與空分裝置隔離。
卡件到現場電磁閥及電氣設備采用24V DC繼電器隔離。現場電氣設備運行、選擇自動信號采用220V AC繼電器隔離到卡件。電磁閥采用24V DC供電，全部采用冗余配置。
5、TS3000 系統的連接通訊
TS3000系統作為子站，通過EICM4119A 的RS－232/485接口，按照MODBUS的通訊協議，與本裝置空分系統的橫河CS3000 DCS主站系統進行串行通訊。汽輪機、壓縮機組振動、位移、汽輪機鍵相接入本特利3500，通過通訊卡件與TS3000通訊。模擬量位移和振動通過通訊在操作站進行顯示，聯鎖信號則采用本特利3500的16通道繼電器卡件進入TS3000系統。振動、位移聯鎖動作實時、直接、可靠，有效地避免由于通訊問題而影響聯鎖動作。
機組采用的是本特利3300位移、振動檢測探頭。該渦流傳感器探頭是一種很高靈敏度和可靠性的傳感器，處在現場機組的地電位復雜、干擾嚴重的環境中。為了抑制現場高噪聲干擾對機組系統的滲入，就地電纜的屏蔽層接地不采用本特利3500系統屏蔽端子接地，而采用現場接地。把就地電纜的屏蔽層在前置器一側現場通過接在渦流傳感器鎧裝電纜的外殼上接地，以避免系統振動位移參數出現異常報警。
6、TS3000機組系統安裝調試及維護
（1）系統安裝時注意盤柜與地的可靠絕緣和盤柜母線的可靠接地，盤柜具有防振動措施。鋪設電纜時應注意將強電與弱電分開以及屏蔽線的可靠接地和抗干擾。嚴格控制電子設備間的環境條件。
為防止有害氣體的侵入以及防水、防塵、防火、防鼠害，應采用模塊化電纜密封裝置對控制室電子間的電纜進口封閉。
（2）在控制系統組態、測試、驗收、投入運行和在線調整各階段，廠家程序組態設計測試人員、儀表配合人員應全程參與，嚴格審核保護控制邏輯設計和組態的合理性。每次組態編譯、下載和修改控制參數時，對于畫面出現的警告和語言提示，應積極找出原因，制定處理類似問題的相應對策。
（3）為保證系統的長周期安全穩定運行，應對系統的各種模塊、網絡通訊、工作環境和重要參數進行定期檢查，及時發現系統異常情況。經常檢查旁路開關的狀態和聯鎖條件，定期通過編程軟件收集診斷信息，嚴格按照操作指導書更換有故障的模塊。由于試車過程中曾發生過1次停車，遂對系統提供的SOE記錄和歷史趨勢進行綜合有效分析，確定事件的直接原因是系統配套 MTL溫變損壞，導致壓縮機組跳車。后來溫變全部更換為P+F溫變后，壓縮機組一直運行穩定。
7、結語
（1） TS3000系統自從2007年9月在空分裝置中的空壓機投入使用以來，不僅功能強大、可靠、穩定，而且在調速和防喘振等方面表現出了較好的性能。特別是在試車階段，由于鍋爐裝置運行不穩定，導致中壓蒸汽管網波動較大，因為調速系統調節及時、可靠，轉速沒有大幅波動。
（2）在后續裝置的開車過程中，壓縮機負荷的大幅變化又檢驗了系統防喘振功能的可靠性。在試生產期間，工況波動比較頻繁，防喘振安全裕度設定得比較大，存在一定的能源浪費。
（3）在以后的生產中，要根據防喘振曲線以及負荷情況適當調整到z*佳防喘振裕度，在保證機組安全、穩定、長周期運行的基礎上節能降耗。生產正常后，計劃再上1套壓縮機組配套在線診斷和分析系統，從而確保機組長期、穩定和高負荷運行，取得更好的經濟效益。
參考文獻
［1］孫瑋，唐培全，楊文強．汽輪機監測系統［TS1］現場
噪音及其抑制［J］．化工自動化及儀表，2006(1):70～72．
［2］GB50093－2002，自動化儀表工程施工及驗收規范［S］．
作者簡介：
王五紅，男，2005年畢業于中北大學自動化專業，工程師，
從事化工生產裝置儀表自動化生產技術管理工作。
來源：■文/中煤集團鄂爾多斯能源化工有限公司 王五紅 栗進濤
【壓縮機網】山西天脊潞城化工有限公司甲醇裝置是利用當地焦化廠生產的焦爐氣結合灰融聚煤造氣（補碳）生產甲醇的環保工程項目。在工藝流程中，空分裝置是甲醇生產工藝過程中率先開車的工號，空壓機組在空分裝置中作為s*先開車的設備，機組控制的好壞顯得尤為重要。
1、空壓機組控制系統構成
山西天脊潞城化工有限公司甲醇項目的空分裝置中，空壓機由沈陽鼓風機廠制造，汽輪機由杭汽配套，并單獨配置了1套ITCC TS3000控制系統，其主要作用是完成透平驅動壓縮機的防喘振控制，汽輪機的調速控制、性能控制、抽汽控制，機組軸承溫度及軸振動、位移監控聯鎖邏輯控制功能，輔機工藝參數控制功能也包括其中。
1.1 硬件構成
TS3000系統硬件基于三重冗余容錯的TRICONV9系統。根據空壓機機組控制點數統計: DI: 56，DO: 15，AI: 21，AO: 10，RD: 44，共計146 點。TS3000系統配置為1個主機架帶2個擴展機架，通過擴展通訊接口連接2個擴展機架。CPU負荷在30%～50%之間。通過通訊板經過冗余網絡到操作站。空壓機組單獨設置1臺操作站。配套輔助操作臺設有帶鑰匙復位的緊急停車按鈕和報警喇叭，以便于機組緊急停車處理使用。控制站處理器、各級網絡通訊設備、部件和總線三重冗余。所有電源設備1∶ 1冗余。現場三取二冗余輸入點分別接在3塊輸入卡上，二取二冗余輸入點分別接在2塊輸入卡上，實現真正的冗余配置。
1.2 軟件構成及操作畫面
ITCC系統設計有獨立的操作站，監控軟件選用Wonderware公司的Intouch9.0軟件，其系統平臺基于WIN2000操作系統。該軟件通過高速網絡與控制器通訊，確保數據的及時刷新，從而更好地實現操作人員監控和操作。基于WIN2000環境的Tristation1131編程軟件，將聯鎖邏輯功能和包括防喘振、調速功能控制在內的調節功能集成于1個系統平臺上完成，實現了控制系統的高度可靠性、集成性及完整性。系統的安全等級可以達到TUV的AK6和SIL3級認證要求。
在做操作控制畫面過程中，廣泛征求了操作人員的意見，讓操作人員參與設計和調試，充分熟悉控制界面的操作。操作站畫面主要有流程圖畫面、控制回路調節畫面、調速畫面、防喘振及工作點畫面以及聯鎖停車報警畫面等。
2、壓縮機組的轉速控制和超速保護
與壓縮機組配套的AIRPAX速度傳感器有4只，其中1只連接到就地轉速表，3只用于TS3000系統。系統調速由電液轉換器實現，配進口頻率變換器2個（4～20mA DC信號將其轉換為20～160mA DC信號）。
程序設置多個臨界轉速區域，無論在啟動、停車過程或正常控制過程中速度控制模塊都可避免機組工作在臨界轉速區內。在開車過程中，由于蒸汽系統的原因，調節汽閥全開后轉速仍然停留在臨界轉速區內，超過一定的時間限制，則自動關閉調節閥以降低轉速。調速模塊設置在正常轉速控制范圍內，此范圍內工藝參數為主回路，由性能控制器串級控制轉速回路，以達到控制工藝參數的目的，也可在操作站設定控制轉速進行調節，轉速隨時能跟蹤。
在電氣超速試驗方式下，轉速目標設定值可以越過z*大正常調速值，使機組在實驗時實際轉速可以達到電氣超速聯鎖設定值，這樣就可試驗超速跳閘功能是否動作正常。在機械超速停機試驗方式下，系統自動旁路電氣超速停機功能，使機組在實驗時實際轉速可以越過電氣超速聯鎖設定值，這樣就可以試驗機械超速跳閘功能是否動作正常。
3、壓縮機組防喘振控制
3.1 喘振檢測
空氣壓縮機組設置入口流量、入口壓力、出口壓力及入口和出口溫度5個測量參數，利 用TRICONEX獨特的防喘振技術來計算當前工作點，判斷是否發生喘振。TS3000針對防喘振特性開發出標準的功能模塊，包括喘振檢測、喘振控制和防喘振控制輸出。各模塊相互組態連接，可以組態連接到輸入輸出信號以實現機組的防喘振動控制。使用這種技術，氣體分子量變化將不會影響喘振檢測。不受氣體分子量變化影響的通用喘振線見圖1。
3.2 控制線及安全裕度重校
如果系統檢測到工作點越過喘振線，表示喘振已發生，喘振控制線將按組態參數的大小自動向右調節一定的裕度，從而再次加大安全裕量。控制器記錄如下變量：喘振發生次數、校準次數、初始安全裕度、當前重校后的安全裕度。
3.3 控制器設定值徘徊點
一般情況下，壓縮機不會在喘振線上持續運行或過長時間運行。當工作點在控制線右側（安全區域），喘振控制器的設定值將在當前工作點的左側，并與工作點始終保持某一設定值。如果設定值與喘振控制線重合時，喘振控制器的設定值將不再左移，這時如果工作點還向左移，系統將逐漸打開回流閥以防機組喘振。當工作點向喘振區移動的速度越過設定徘徊點時，防喘閥迅速打開。設定徘徊點將按相同的速率快速減小，直至防喘閥打開，新的工作點重新建立。
3.4 適應性增益和非對稱響應
喘振控制器提供了一種適應性增益特性。當工作點在喘振控制線右方時，該特性減少了比例動作。當工作點在喘振控制線右方的操作裕度超過設定距離，則調用適應性增益特性。根據比例或積分響應，當工作點安全地移動到喘振控制線的右方時，防喘閥以設定速率慢關，以保證將透平驅動機以及工況控制器調整到新的工作條件下。
3.5 比例功能
當工作點進入喘振控制線及喘振線之間時，防喘閥按比例打開。該比例輸出信號與其他功能的輸出經高選器后，z*后輸出到防喘閥。即使在喘振控制器失調情況下，仍可保護機組。
3.6 手動控制
在安裝和試車過程中，可以手動遙控開關防喘閥，而不考慮喘振控制器的作用。當工作點向喘振控制線左方竄動時，組態1個觸點輸出打開電磁閥，使防喘閥快開。當系統從喘振狀態回來時，電磁閥關閉。對閥的控制可從比例控制恢復到正常的喘振控制。
4、機組聯鎖
機組聯鎖控制主要包括：機組啟動條件、啟動潤滑油輔泵/冷凝液泵、抽氣聯鎖和聯鎖停車。聯鎖停車條件包括：汽輪機轉速高高、潤滑油總管壓力低低、汽輪機（壓縮機）軸承溫度高高、速關油壓低低、汽輪機（壓縮機） 軸振動位移高高。聯鎖信號選用故障安全型：正常1，故障0。現場電磁閥正常帶電，故障失電。汽輪機（壓縮機） 軸承溫度、潤滑油壓、速關油壓全部三取二聯鎖。位移、振動二取二。每個聯鎖輸入都配有維護用旁路開關。當空壓機組聯鎖停車時，則關閉空分入口閥，與空分裝置隔離。
卡件到現場電磁閥及電氣設備采用24V DC繼電器隔離。現場電氣設備運行、選擇自動信號采用220V AC繼電器隔離到卡件。電磁閥采用24V DC供電，全部采用冗余配置。
5、TS3000 系統的連接通訊
TS3000系統作為子站，通過EICM4119A 的RS－232/485接口，按照MODBUS的通訊協議，與本裝置空分系統的橫河CS3000 DCS主站系統進行串行通訊。汽輪機、壓縮機組振動、位移、汽輪機鍵相接入本特利3500，通過通訊卡件與TS3000通訊。模擬量位移和振動通過通訊在操作站進行顯示，聯鎖信號則采用本特利3500的16通道繼電器卡件進入TS3000系統。振動、位移聯鎖動作實時、直接、可靠，有效地避免由于通訊問題而影響聯鎖動作。
機組采用的是本特利3300位移、振動檢測探頭。該渦流傳感器探頭是一種很高靈敏度和可靠性的傳感器，處在現場機組的地電位復雜、干擾嚴重的環境中。為了抑制現場高噪聲干擾對機組系統的滲入，就地電纜的屏蔽層接地不采用本特利3500系統屏蔽端子接地，而采用現場接地。把就地電纜的屏蔽層在前置器一側現場通過接在渦流傳感器鎧裝電纜的外殼上接地，以避免系統振動位移參數出現異常報警。
6、TS3000機組系統安裝調試及維護
（1）系統安裝時注意盤柜與地的可靠絕緣和盤柜母線的可靠接地，盤柜具有防振動措施。鋪設電纜時應注意將強電與弱電分開以及屏蔽線的可靠接地和抗干擾。嚴格控制電子設備間的環境條件。
為防止有害氣體的侵入以及防水、防塵、防火、防鼠害，應采用模塊化電纜密封裝置對控制室電子間的電纜進口封閉。
（2）在控制系統組態、測試、驗收、投入運行和在線調整各階段，廠家程序組態設計測試人員、儀表配合人員應全程參與，嚴格審核保護控制邏輯設計和組態的合理性。每次組態編譯、下載和修改控制參數時，對于畫面出現的警告和語言提示，應積極找出原因，制定處理類似問題的相應對策。
（3）為保證系統的長周期安全穩定運行，應對系統的各種模塊、網絡通訊、工作環境和重要參數進行定期檢查，及時發現系統異常情況。經常檢查旁路開關的狀態和聯鎖條件，定期通過編程軟件收集診斷信息，嚴格按照操作指導書更換有故障的模塊。由于試車過程中曾發生過1次停車，遂對系統提供的SOE記錄和歷史趨勢進行綜合有效分析，確定事件的直接原因是系統配套 MTL溫變損壞，導致壓縮機組跳車。后來溫變全部更換為P+F溫變后，壓縮機組一直運行穩定。
7、結語
（1） TS3000系統自從2007年9月在空分裝置中的空壓機投入使用以來，不僅功能強大、可靠、穩定，而且在調速和防喘振等方面表現出了較好的性能。特別是在試車階段，由于鍋爐裝置運行不穩定，導致中壓蒸汽管網波動較大，因為調速系統調節及時、可靠，轉速沒有大幅波動。
（2）在后續裝置的開車過程中，壓縮機負荷的大幅變化又檢驗了系統防喘振功能的可靠性。在試生產期間，工況波動比較頻繁，防喘振安全裕度設定得比較大，存在一定的能源浪費。
（3）在以后的生產中，要根據防喘振曲線以及負荷情況適當調整到z*佳防喘振裕度，在保證機組安全、穩定、長周期運行的基礎上節能降耗。生產正常后，計劃再上1套壓縮機組配套在線診斷和分析系統，從而確保機組長期、穩定和高負荷運行，取得更好的經濟效益。
參考文獻
［1］孫瑋，唐培全，楊文強．汽輪機監測系統［TS1］現場
噪音及其抑制［J］．化工自動化及儀表，2006(1):70～72．
［2］GB50093－2002，自動化儀表工程施工及驗收規范［S］．
作者簡介：
王五紅，男，2005年畢業于中北大學自動化專業，工程師，
從事化工生產裝置儀表自動化生產技術管理工作。
來源：■文/中煤集團鄂爾多斯能源化工有限公司 王五紅 栗進濤
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