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PTA装置中膨胀机导叶控制的设计与实现

宋颖梅 张 宇 马 宁 / 沈阳鼓风机集团股份有限公司    

摘要:压缩机在PTA装置中稳定可靠地运行,除了需要先进的防喘振控制和速度控制,还需要先进的分成调节控制;本文提出采用美国CCC公司最先进的压缩机控制系统,通过分析PTA装置中膨胀机组控制的特点,对其进口导叶的控制要求进行深刻理解,通过相应算法及现场的实际对应,并且针对机组正常负荷下,利于进口导叶的实时准确地动作,提出了解决方案;实践证明,控制效果良好,使机组效率最大化。
关键词:PTA,膨胀机;控制算法;进口导叶开度
中图分类号:TH452 文献标志码:A
Design and Implementation of Speed Control in PTA System
Abstract: The stable and reliable operation of compressor in PTA plant needs advanced anti-surge surge control, speed control, and also needs advanced split regulation control. In this paper, the application of the advanced compressor control system in American CCC Company is pointed out. Based on analyzing the characteristics of expander unit control in PTA plant, the control requirement for the inlet guide vane is deeply understood. Through the actual mapping of the corresponding algorithm and on-site, and aiming at the accurate real-time action which is conductive to inlet guide vane under normal load, the solution is proposed. The practice proved that the control effect is good and the unit efficiency is maximized.
Key words: control algorithm; inlet guide vane opening
0 引言
  PTA工艺是一个氧化反应过程,是利用压缩机组向反应器提供大量的空气来作为氧气原料,使PX(对二甲苯)装置充分进行化学反应生成CTA产品,CTA进入下道工艺,与氢气进行充分燃烧最终生产成PTA产品,PTA化学全称为精对苯二甲酸,是合成纤维的主要原料。
空气压缩机采用蒸汽轮机和尾气膨胀机联合驱动,作用是向PTA装置氧化反应器提供正常工作压力的空气。压缩空气中的大部分氧气在氧化反应器中与PX反应消耗掉,反应后的尾气一部分经处理后用于装置的保安和粉料输送,其余进入尾气膨胀机进行能量回收。
  整个能量回收的效率与空气压缩机组及膨胀机组的控制密切相关,因此我们主要研究压缩机组及膨胀机组的控制与整个装置的配合。在设计条件下,实现由副产蒸汽和氧化尾气回收的能量满足压缩机所消耗能量,即能量平衡。
  而且压缩机转速恒定不变,同时需要控制压缩机组的喘振现象,需要专业操作员的实时监控,自动控制,可靠性高,便于维护。
  通常压缩机控制系统采用TS3000、GE、AB、西门子等PLC和上位机进行监控,针对PTA装置的复杂机组,根据实际情况和要求,采用了CCC控制器来实现对压缩机组的监测和控制,通过分析PTA装置中压缩机组、膨胀机组控制的特点,对其进口导叶的控制要求进行深刻理解,通过相应算法及现场的实际对应,并且针对机组正常负荷下,利于进口导叶的实时准确地动作,提出了解决方案;实践证明,控制效果良好,使机组效率最大化。
1 系统分析
  实现PTA生产过程中膨胀机进口导叶控制,首先要了解整套机组的工作性质。膨胀机在工作运转过程中,当机组进口气体压力小于机组该工况下的最小流量限制时,需要将进口导叶关小,但是进口导叶过小又会影响到膨胀机组的做功效率,以致于最终影响到整套装置的运行,因为空气压缩机采用蒸汽轮机和尾气膨胀机联合驱动,在设计条件下,实现由副产蒸汽和氧化尾气回收的能量满足压缩机所消耗能量,即保证能量平衡。
  为确保压缩机稳定可靠地运行,工程上要求膨胀机一级、二级进口导叶输出开度相同,调节范围控制在-8°~+8°,并不同步角度达到一定数值时进行报警处理。
  膨胀机进口导叶执行机构的行程,一级对应的是0~500mm(4~20mA)的行程,如图1。二级对应的是跟一级不一样的行程(4~20mA)。因为有一些是主机留出的余量,正常调节范围在不确定的范围。调节的时候不要超过设计规定的限制,机械没法限位,只能通过电子限位。调节的目标是两个导叶输出的开度相同。
  控制器完成的主要任务是:
  1) 一个能够准确定义膨胀机一级、二级进口导叶开度相同及其相应的控制算法;
  2) 能够允许数字控制器进行快速及时的模拟控制的控制器执行速率;
  3) 性能控制器,调节进口导叶的开度,从而控制膨胀机的进口压力。性能控制器的POC防超驰功能;
  4) 先进的控制方案能够防止回路间相互作用所产生的负面影响,保证整套机组的能量平衡。
3 系统算法分析及软件实现
  膨胀机行程与开度见图1。

3.1 膨胀机进口导叶控制的算法
  膨胀机一级进口导叶参数见表1。

表 1 膨胀机一级进口导叶参数表

行程

开度

电流

阀门

斜率

x

f(x)

一级

0

24

4

0

0.29342723

0

0

0

0

14.2

23

4.454

4.166667

0.291375291

4.166667

2.84

4.1667

2.84

28.5

22

4.912

8.333333

0.285388128

8.333333

5.7

8.3333

5.7

43.1

21

5.379

12.5

0.281531532

12.5

8.62

12.5

8.62

57.9

20

5.853

16.66667

0.27593819

16.66667

11.58

16.667

11.58

73

19

6.336

20.83333

0.272331155

20.83333

14.6

20.833

14.6

88.3

18

6.826

25

0.267094017

25

17.66

25

17.66

103.9

17

7.325

29.16667

0.260416667

29.16667

20.78

29.167

20.78

119.9

16

7.837

33.33333

0.255623722

33.33333

23.98

33.333

23.98

136.2

15

8.358

37.5

0.251004016

37.5

27.24

37.5

27.24

152.8

14

8.89

41.66667

0.245098039

41.66667

30.56

41.667

30.56

169.8

13

9.434

45.83333

0.238095238

45.83333

33.96

45.833

33.96

187.3

12

9.994

50

0.228937729

50

37.46

50

37.46

205.5

11

10.58

54.16667

0.225225225

54.16667

41.1

54.167

41.1

224

10

11.17

58.33333

0.215889465

58.33333

44.8

58.333

44.8

  根据曲线,x=(24-A)/24×100
  f(x)=(B-4)/16×100
  B=C/500×16+4
其中:A为开度;B为电流;C为行程。
3.2 膨胀机进口导叶的动态分析
  由于导叶的行程范围不同,且是非线性的,要求机组在正常运行过程中两个导叶的开度始终保持一致。针对进口导叶执行机构本身的输出和反馈也存在一定的偏差,这就要求控制更加准确,满足工艺要求,是机组最大效率化。
3.3 满足工艺要求防喘振阀准确动作的措施
   可通过能量回收阀开度防止出口压力超压。通过控制回路间的相互影响,从而能够提供更加可靠的分成控制和更加精确的性能控制。
   通过调节能量回收阀的开度,在机组开车阶段、反应器停车和加热系统联锁时回收能量用。能量回收控制器的防超压功能测量值为膨胀机进口加热器后压力。
   设置一级、二级进口导叶的反馈不同步角度偏差报警。
   根据实际导叶的校验数据,针对机械要求的控制范围做相应的调节,这样会更准确地控制导叶的开度,满足工艺要求。
   性能控制功能图见图2。

3.4 参数的设定
  控制算法的控制品质好坏,除了控制规律的选择外在很大程度上取决于控制参数的设定,它直接影响到整个系统的性能。只有针对现场的调节对象全面了解试验以后,才能准确地进行参数的设定。本系统由于对压缩机进出口要求非常严格,并且保证机组在最佳的操作范围内安全高效的工作,优化全机组的能源利用。
  阀门开度与输出电流的对照表及性能控制,见图3。

3.5 系统软件的实现
  利用CCC控制系统简捷的组态功能,灵活自如地改变组态的进程。程序采用了OPC,S5 Configeration等功能,其中能量回收控制采用了LIMIT POC超弛功能,Autosequence等设定功能,完成机组的启动并网,停止等过程。
4 结束语
  此控制系统已运行于江苏海伦化工有限公司,运行情况良好,系统稳定,操作方便简捷,工作可靠,而且维护方便,人工劳动量大大减轻,成本明显降低,取得了很好的经济和社会效益。特别适用于PTA这样大型机组的监测和控制。而且CCC系统控制功能强大,扩展灵活,具有很强的通讯功能,很方便的集散式控制系统管理,有很强的实用价值。
                 参 考 文 献
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  评论人:omxurd   打分:85 分  发表时间:2015-6-29 21:12:55
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  评论人:太阳城   打分:0 分  发表时间:2014-1-29 10:07:54
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