战友亮，曹吉民，张文坛

（中国石油大港石化公司，天津 300280）

1 问题

大港石化公司140万t/a催化裂化装置气压机组使用的是1996年从美Elliott引进的蒸汽透平式离心压缩机，由3M8I型离心式压缩机和SRV4-3型汽轮机组成。2014年5月催化装置检修后，气压机组转速波动现象加剧，幅度由50 r/min增至100 r/min。

2 气压机转速调节原理

（1）转速调节原理。正常调节模式下，转速由PID控制器控制对转速设定值和测量值进行比较运算后，转换成4～20 mA电信号，输出至VALTEK定位器，电信号经电气转换器调制并输出调节气，调节气驱动调节阀活塞联动活塞杆升降，活塞杆带动杠杆经活动支点升降油动机错油门，错油门驱动控制油推动油动机柱塞和柱塞杆做升降运动，柱塞杆带动连杆，再经多次传动最终控制调节汽阀的开度变化来改变进汽量，实现转速控制。

（2）机械反馈。在调节稳态，错油门处于平衡位置。在调节动作过程中，只有在杠杆另一侧的调节阀活塞杆撬动下，杠杆活动支点错油门作升降运动。调节阀活塞杆停止后，转动支架移动杠杆支点，连杆动作同时，连杆上的凸轮通过转动支架上的轴承将凸轮的曲线运动传递转换为转动支架支点的转动，转动支架带动反馈杠杆使错油阀阀门反方向复位，油动机停止动作，完成一个调节动作。

3 气压机转速波动原因分析

气压机组由背压式汽轮机和富气压缩机组成，原动机汽轮机受到的中、低压蒸汽温度和压力，可能会影响转速的平稳。结合转速、富气温度历史趋势发现，富气温度变化影响气压机的转速，但这些因素不会频繁影响气压机的转速，而且转速的波动不会达到100 r/min。排查从气压机调速系统的上位程序、现场仪表、机械传动等每个环节，结合转速历史趋势、调速机构现场问题及调速系统工作原理，分析认为引起气压机转速大幅波动有3个主要因素：①当气压机转速较大波动时，手动模式的预开功能会打开防喘振控制阀，引起反应器压力波动，也会加剧转速的波动；②凸轮与反馈轴承的持续磨损，使杠杆活动支点的整体运行轨迹与原始轨迹偏离，调节过程中错油门无法复位，油动机错油门处于微开状态，1个调节动作始终无法完成，造成转速持续波动。磨损导致反馈杠杆活动支点的运行轨迹上移，错油阀阀芯同处于向上偏离平衡位置，这恰恰是降速的位置，造成实际转速向下偏离设定转速幅度较大的现象。凸轮与反馈轴承的持续磨损应是机组转速波动且逐渐加剧的主要原因；③气压机转速＜5560 r/min时，第五个调速气门处于开关临界区引起蒸汽量变化。

4 解决方法

4.1 修改气压机防喘振控制系统程序

气压机组转速控制系统是Elliott公司配套供货的EDS（Elliott Digital System），防喘振控制功能由独立的Elliott防喘振控制器完成。2002年将该控制系统进行了升级，改造为Triconex的三重冗余容错的TS3000控制系统，集超速自保联锁逻辑控制、防喘振控制等为一体，取消了原来独立的防喘振控制器，防喘振控制功能通过Triconex系统软件实现。

防喘振控制系统分为自动、手动、手手动3种模式，气压机防喘振控制程序修改后，在手手动模式下，气压机出现喘振时，防喘振阀不会打开保护机组，存在安全隐患。当气压机转速较大波动时，手动模式的预开功能会打开防喘振控制阀，引起反应器压力波动，也会加剧转速的波动。因此需要在线对防喘振程序进行修改，即防喘振控制器选择手手动模式，气压机出现喘振时，防喘振阀能够立即打开消除喘振。

（1）喘振算法及控制线。TS3000防喘振控制算法适用于多工况，进气参数变化的场合，其中，压比式（Pd/Ps～h/Ps%）控制算法适于进气压力变化场合。纵坐标Pd/Ps，横坐标h/Ps，计算喘振点的数学模型：h/Ps%=100 （ΔP/ΔPmax）（Pr/Ps）（Ts/Tr）（Z/Zr）（MWr/MW），式中Pr，Tr，是设计的参考压力和温度；MWr是相对分子质量；Zr为压缩比；Ps是入口压力；Ts是入口温度；ΔP是入口流量变送器差压；ΔPmax为入口流量最大差压。一般情况下，防喘振控制中只考虑流量、入口压力的变化，因此公式可简化为h/Ps%=100（ΔPm/ΔPmax（Pr/Ps）2。

（2）安全边界重新校验。该机组的喘振组态中，控制线数据是喘振线数据的110%，控制线下面隐藏一条线（紫色），如果系统检测到工作点越过喘振线，表示喘振已发生，为增加控制裕度，安全边界增加一固定值（紫线出来并向右移动2%），这时紫线变成了控制线，每次偏置为2%，最大为100%。工况正常后可以通过喘振偏置复位按钮进行复位，恢复偏置到初始值的10%。

（3）预开功能。工作点和控制点（也叫徘徊点）的间距是固定值d。控制点移动速率为1%，当工作点向右快速移动（速率＞1%），控制点为保持d值将跟踪工作点，如果跟踪不上工作点，防喘振控制阀快速打开一定阀位消除这种波动后关闭回原来的阀位。

（4）适配增益和不对称响应。工作点在喘振控制线的右侧时，减少比例P的作用，增大积分I的作用，回流阀较慢打开。当工作点在喘振控制线的左侧时，增大比例P的作用，减少积分I的作用，回流阀较快打开。但是慢关特性又限制回流阀关的速度，以使机组平稳的恢复正常工作点。

（5）PI调节功能。徘徊点与控制点的高选为PI调节的给定点。正常工况下，徘徊点在操作点左侧一定距离，考虑到气压机的压力不高，喘振裕度很大，设定该值为10%。徘徊点跟随操作点的变化趋势以固定速度变化，当操作点较快下降时，将会接近徘徊点，PI的偏差变小，在PI作用下调节输出。喘振控制器的输出信号设定一定的速率，快开慢关。当需要打开喘振阀门时，没有速率限制，会以PI的实际信号迅速打开阀门；当工作点安全地移到喘振控制线的右方，防喘振阀以设定速率慢关，保证平稳地将透平驱动机及工况控制器调整到新的工作条件下。

（6）比例特性。TS3000系统有一个纯比例控制功能，这个功能可强制打开防喘振控制阀，而不管当时的PI控制器的作用。如果工艺扰动较大，工作点迅速移动到喘振控制线的左边，而通常的调节不能满足调节要求，这时比例特性发挥作用。当工作点达到喘振控制线的左边时，回流阀按照PID控制器设置打开回流阀，如果继续向左移动到某一设定的范围时（该范围指控制线左边存在一条虚拟线距离控制线30%），比例特性和PID控制器高选后直接控制回流阀，工作点达到喘振线上，回流阀全开。

（7）防喘振控制方式。①“自动”模式时，防喘振控制器具有预开功能、安全边界重新校验、适配增益和不对称响应、比例特性，压缩机根据曲线自动控制反飞动控制阀开关。防喘振阀门能够出现喘振时自动全部打开，喘振结束自动全关闭；②“手动”模式时，指位于自动和手手动的高级选者，手动到自动切换为无扰动切换，压缩机根据曲线自动控制反飞动控制阀自动开手动关。出现喘振时，阀门开至解除喘振，然后开始关闭至原来开度；③“手手动”模式时，操作员手动开关防喘振控制阀，当出现喘振时，防喘振控制阀无法打开，手手动状态，气压机出现喘振时，控制阀不会打开保护机组，存在安全隐患。因此需要在线对防喘振程序进行了修改，手手动模式，当气压机出现喘振时，防喘振阀能够打开消除喘振后回到原阀位。

4.2 在线调整气压机转速反馈轴承位置

通过测量发现反馈轴承外圈存在1.3 mm磨损，经过理论分析认为这可能就是引起转速波动的原因，开机更换反馈轴承不具备条件，但是将其旋转避开磨损部位能够解决转速的波动。7月28日，车间按照调整反馈轴承的方案进行了实施，将调速系统的反馈轴承旋转180°，避开反馈轴承的磨损部位，调整后解决了转速大幅波动的问题。

5 实施效果

气压机防喘振控制系统程序修改后，手手动模式时，当气压机出现喘振时，防喘振阀能够打开消除喘振保护机组，解决了防喘振控制程序的不足。在线调整反馈轴承位置后，转速没有出现大幅波动，实际转速能够及时跟踪设定值，气压机转速的平稳不仅消除了对上下游装置的影响，同时每小时可以节约中压蒸汽2 t，保证了催化裂化装置长周期稳定运行。

［1］大港石化公司催化装置操作规程［R］.2015.