智能调节在压缩机上的应用

ControlTechnology智能调节在压缩机上的应用

马文礼，刘俊生

（中石油克拉玛依石化有限责任公司，克拉玛依834003）

[摘

要]：某加氢装置新氢压缩机系统主要控制目标为使高分罐V302压力PIC304稳定，以保证进入反应系

统的压力稳定，之前的低选控制方案一直不能投用，压缩机系统长期为手动调节。根据压缩机系统的运行特点及存在的问题，结合现场操作人员的日常手动调节经验及现场技术专家的经验知识，开发出新氢压缩机智能调节方案代替了原分程-选择性控制方案[1]，实现了加氢装置反应系统压力的自动控制，投资小，方法简单，借鉴意义较强。

[关键词]：压缩机；新氢；压力；智能调节中图分类号：TH45

文献标志码：B

文章编号：1006-2971（2020）01-0048-05

ApplicationofIntelligentRegulationinCompressor

(PetroChinaKaramayPetrochemicalCo.,Ltd.,Karamay834003,China)

MAWen-li,LIUJun-sheng

Abstract:Themaincontrolobjectiveofthenewhydrogencompressorsystemofahydrogenationunitistostabi原lizethepressurePIC304ofV302highseparationtank,soastoensurethepressureenteringthereactionsystemisstable.Thepreviouslowselectioncontrolschemehasnotbeenputintouse,andthecompressorsystemismanu原

allyadjustedforalongtime.Accordingtotheoperationcharacteristicsandexistingproblemsofthecompressorsystem,combinedwiththedailymanualregulationexperienceofthefieldoperatorsandtheexperienceandvelopedtoreplacetheoriginalsplitselectivecontrolscheme,whichrealizestheautomaticcontrolofthereactioncance.

Keywords：compressor;newhydrogen;pressure;intelligentadjustment

knowledgeofthefieldtechnicalexperts,theintelligentregulationschemeofthenewhydrogencompressorisde原systempressureofthehydrogenationunit,withsmallinvestment,simplemethodandstrongreferencesignifi原

1引言

某石化公司加氢装置建于2002年装置，压缩

程、选择控制方案较为复杂，实施较为困难，在近十几年的运行过程中，装置系统压力均为手动调节[2]。

在装置正常生产期间，常出现压缩机因排量问题引起系统压力波动，影响装置的平稳运行与安全，经过车间及相关技术人员进行技术攻关，新采用新氢压缩机智能调节方案，实现了加氢装置反应系统压力的自动控制。

机设置为新氢+循环氢组合压缩机2台，一开一备。其中新氢为二级压缩，设置一返一、二返二控制回路，循环氢为一级压缩。原初设计系统压力分

收稿日期：2019-12-30

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控制技术

ControlTechnology2氢气相关流程

新氢自系统管网引入新氢压缩机入口分液罐

此一级出口分液罐V-309的压力调节器PRC-306输出也在0耀50豫范围内，因其PN-306A是反向线性化算法，输出到低选择器PX-306A是最大值（100豫），而线性化算法PN-307B输出到低选器为的输出来控制调节阀PV-307B的开度，由一级出口返到V-305，从而达到增加压缩机一级入口压力而达到增加一级出口压力的目的。同样，PRC-306控制PV-304B的开度，达到提高二级出口压力的目的，此时，PRC-304控制阀PV-304A的开度即去火炬的气量。

304输出达到50豫耀100豫时，导致反向线性化算法

当V-302压力上升超过设定值，调节器PRC-0耀100豫中的某值，低选器PX-306A选上PRC-307

（V305），通过压力控制PV307A将一部分富余氢气排向火炬管网。V305的新氢进入C301A/B一级入口增压，增压后的氢气经过冷却器E306A/B进入级间分液罐V309/AB，一部分氢气通过返回控制阀级入口再次增压。二级出口氢气部分通过返回控制阀PV304B/C返回V309A/B，另一部分作为补充氢与循环氢混合后进入系统。其中为缓解压缩机负荷，装置还引入其它装置的膜分离氢气，同样作为补充氢与循环氢直接混合进入系统，此部分氢气流量波动较大。2.1

原新氢压缩机低选控制方案

最初设计的压力控制系统，如图1所示，在V-PV307B/C返回V305，另一部分氢气进入压缩机二

程控制。当V-305压力上升超过设定值，PRC-307

305顶设置了正作用的压力调节器PRC原307进行分

低选器PX-304B的值为100豫，低选器PX-304B选上PRC-304的输出控制二级出口返回到二级入口调节阀PV-304B的开度。同样，PRC-306控制一级出

306B输入50豫输出就为100豫，因此PN-306输出到

时，PRC-306的输出也应为50豫耀100豫，而PN-

PN-304B输入为50豫耀100豫，输出为100耀0豫，此

的输出信号在50豫耀100豫，出V-305的压力调节器以稳定V-305压力。

PRC-307控制PV-307A开度，气体进入火炬管网，

当V-305压力下降低于设定值，因调节器为正作用，输出也下降，信号在0耀50豫范围时，根据

口返回一级入口阀PV-307B的开度，逐级返回，使

V305压力上升，则PRC-307输出上升，打开阀PV-307A，把氢气排入燃料气管网，从而稳定了加氢精制反应部分的压力。如V302压力仍高，气体去火炬部分阀PV-304A打开。

往复压缩机的特性，C-301一级出口压力也低，因

图1原低选控制方案流程图

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49控制技术

ControlTechnology从上述看出，当压缩机入口压力低时，则由每一级入口压力调节器的输出控制出口返回线上的阀，从而达到入口压力上升而增加出口压力的目的，逐级压力上升，使其压缩机出口压力上升，满足工艺要求。而出口压力上升到一定范围时，则由每级出口压力调节器的输出控制出口返回线上的阀，逐级返回，压缩机入口压力上升，则由入口压力调节器的输出控制放入燃料气管网阀开度，达到稳定系统压力的目的，此种压力控制法称为压力递推控制，也是一套比较复杂的多回路的分程选择性控制系统[3]。系统中的负荷平衡，压缩机的操作压力等经过可靠的工艺计算，既要保证加氢精制反应系统压力的稳定，又要保证压缩机的安全运行。然而这样一个复杂的系统不可能是封闭的，否则就没有调节余地，在这一系统中是通过PV-304A和PV-307A作为出路来平衡压力的。

装置压缩机低选控制开工以来一直未能投用

下：

（1）新方案调节目标为稳定高分罐V302的压力PIC304，减少对反应系统的波动影响。PV304B/C和一返一阀PV307B/C实现高分罐压力

（3）新氢压缩机整体回路控制方案如下，包（2）实现方法：通过同步自动调节二返二阀

PIC304快速稳定。

括3个单回路和1个智能串级回路：

PV304A，实现对高分罐V302压力超高时的安全放

（a）单回路调节器PIC-304调节外排火炬阀

空（一般为全关，仅压力超过安全限值时进行调PV307A，实现对新氢罐V305压力超高时的安全放

节）；单回路调节器PIC-307调节外排火炬阀空（一般为全关，仅压力超过安全限值时进行调节）；

PV304B/C，实现通过调节新氢压缩机二级返回量调节高分罐V302压力PIC304的目的；

（c）PIC304B和PIC306/8组成智能串级调节回路，通过调节一级返回阀PV307B/C实现。该串级回路实现功能为：根据高分罐压力的实际波动情况，和单回路调节器PIC304实现同步调节，具体调节措施如下。

PIC304的调节作用为将阀PV304B/C实际开度开大，

当高分罐V302压力高于设定值时，调节器（b）单回路调节器PIC304调节二返二阀

正常，检查组态和设计方案并无错误，投用过程中由于干扰因素多，波动大超过工艺控制指标，压缩比控制不住，未能再投用。2.2

智能调节方案

根据压缩机系统的运行特点及存在的问题，结合现场操作人员的日常手动调节经验及现场技术专家的经验知识，开发出新氢压缩机智能调节方案。方法原理图如图2所示：

图2中，调节器PIC304、PIC-304、PIC304B输入信号为同一个测量信号，都为高分罐V302的压力测量值。新氢压缩机智能调节方案详细说明如

增加二级压缩的返回量，以达到减小压缩机出口压力的目的。此时罐V309A/B的压力必然也会上升，所以需使一级压缩返回量也同步增加，即增

图2新氢压缩机智能调节方案原理图

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加一级返回阀PV307B/C的实际开度，同时使一级压缩比和二级压缩比保持在工艺允许的范围（即一级压缩比和二级压缩比相差不大），而PIC304B和PIC306/8组成的智能串级调节回路既可实现该功能，当高分罐压力PIC304B高于设定值时，主调节器PIC304B输出作用使得副调节器PIC306B/C的设定值降低，使得一级返回阀PV307B/C实际开度增加，即实现了当高分罐V302压力偏高时，使得二级返回阀和一级返回阀同步调节，实现快速稳定高分罐压力和压缩机压缩比的目的。同理，当高分罐压力低于设定值时，上述分析同样适用，可实现一级返回阀和二级返回阀实际开度减小。

上述主调节器PIC304B输出作用动态调整副回路调节器PIC306/8设定值时，需要保证一级压缩比和二级压缩比不能相差太多（正常情况下，工艺要求一级压缩比和二级压缩比相差不超过0.1），根据当前压缩机系统的实际运行数据，根据2级间压缩比的偏差约束，通过压缩比约束运算模块，在保PIC306/8证压缩比调节器PIC304B设定值在的调工输整艺出，在的要约束求范智能范围围；内约束根据，计调节运串算级回路出压力算模块

主中，智能计算出在两级压缩比约束下，最终主调节器PIC304B输出给PIC306/8的设定值，使得压缩机一级返回阀和二级返回阀的同步调节[4]如表1。

通过上述设计的新氢压缩机智能调节方案，既可实现高分罐V302的压力及压缩机出口的压力快速稳定，同时保证一级压缩比和二级压缩比满足工艺要求。

3

系统投用及切除

3.1

系统投用条件

依次将PIC304设置为自动模式，A机新氢一返

一PIC306PV307B设置为、二串返级二模式PV304B，A投自动，级间控制面显示：A机系统“运行”，机调节系统B机系统“待自启机动，”。依界

次PV307C将PIC304设置为自动模式设置为串、二返二级模式，PV304CB机调节系统投自动，级间控制，B机新氢一自启动，界面显

PIC308返一示：A机系统“待机”，B机系统“运行”。

3.2

系统切除

当A机新氢一返一PV307B、二返二PV304B、

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控Control制Technology技术

系统压控PIC304、级间控制PIC306任意一个处于手动模式时，A机系统状态由“自动”改为“待机PV307C”，PV304B、PIC304、PV307B、PIC308调节任阀意不一动个作处。于手动当PV304C模式

、时PV304C，B机系统状态由“自动”改为“待机”，3.3

系统界面及参数说明

、PV307C调节阀不动作。系统投用后在后台自动运行，在操作员界面可以显示系统运行状态，以及进入参数设置窗口。可通过DCS系统中“参数设置”，弹出“新氢压缩机智能调节参数表”，如表2。

需要对表2中进行说明的是：压缩比偏差的约束范围（0~0.1），在压力调节中尽量使2个压缩比的偏差保持在设置的高限范围内；当级间压控的偏差DV超过高限时，停止调节级间压控的设定值，直到偏差值回到高限范围内。

表1

智能调节系统参数

压缩比偏差的约束范围，

在压力调节压缩比偏差调节高限

（0~0.1）中尽量使2个压缩比的偏差保持在设置的高限范围内

当PIC306的偏差DV超过高限时，

PIC306.DV调节高限（0~0.5）停止调节PIC306的设定值，直到偏

差值回到高限范围内

PIC306.SV调节速率高限

（/min）（0~0.5）

PIC306设定值的最大调节速度当PIC308的偏差DV超过高限时，

PIC308.DV调节高限（0~0.5）停止调节PIC308的设定值，直到偏

差值回到高限范围内

PIC308.SV调节速率高限

（/min）（0~0.5）

PIC308设定值的最大调节速度LOPIC308或PIC306设定值调节低限HIPIC308或PIC306设定值调节高限

CV

程序内部计算值

表2

部分调节参数

A机系统参数

B机系统参数

压缩比偏差调节C301/21.02.115压缩比偏差调节C301/1

0.0051.951C301/2-C301/10.9950.1调节高限0.040.03级间调节CV值-0.5363.458级间控制调节LO0.1024.091级间控制调节HI0.1834.152级间压控DV值0.4810.481级间压控调节速率

0.500

0.500

51控Control制Technology技术

4

智能调节系统投用前后对比

4.1

高分压力变化

新氢压缩机智能调节系统投用前后，高分压

力波动变化较大。为说明波动变化，选取了4月29日前后各1个月的数据进行分析，如图3所示。

在对比了前后各一个月的数据后，可以看出在智能调节系统投用后，系统压力波动幅度明显减小0.04，由投用前最大的振幅范围1.01MPa轻了员MPa工，系统压力的操作强度得。到了平稳控制，同时降低大大至减4.2

外排氢气变化

投用智能调节系统前，由于系统压力波动，高分外排氢气量比较大，而在投用智能调节系统后，系统压力得到了平稳控制，同时降低了高分外4所示排氢气量，节约了装置能耗[5]。相关数据入如图由。

图4可以看出，在智能调节系统投用后，随

图3智能调节前后高分压力变化

图4智能调节前后高分外排氢气量变化

52着系统压力波动幅度明显减小，装置外量

也明显降低，由原有外排氢气120Nm3至20Nm3/h左右排氢降低

气纯度按80%/h左右计算，，减小智能了调节系统装置能耗投。装置用后，外每排氢小时气装置节约氢气80Nm3计，理论/h左右，氢气价格按14500元/t

84.4万元。

年节约氢气效益约1.204伊80伊24伊365元=

5结语

（1）装置原有低选分程控制不能满足自控的

要求，现场结合操作经验及习惯，开发了新氢智能调节控制系统；

（2）新氢压缩机智能调节方案，既可实现高分罐V302的压力及压缩机出口的压力快速稳定，同时保证一级压缩比和二级压缩比满足工艺要求。系统压力波动幅度明显减小，稳定了操作，降低了人员的工作强度；

（3）目前多数装置采用的分程、选择控制或者超驰控制方案较为复杂，实施较为困难；采用无极调节系统投资较大；智能调节调节算法仅在原有基础上增加相应控制计算回路即可实现系统压力平稳控制，投资小且方便实现。智能调节系统投用后，系统外排氢气量减少，降低了装置能耗，年节约氢气效益约84.4万元，为国内相关石化设备人员处理类似压缩机节能问题提供的借鉴与参考。

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姚蕾应用，.加氢2012裂化，31（装置反应系统压力控制6）：86-.[J].自动化技术与作者简介：马文礼（1992-），宁夏固原人，工程师，本科，主要从事石

油化工设备的管理工作。

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