宋穎梅 張 宇 馬 寧 / 沈陽鼓風機集團股份有限公司
摘要：壓縮機在PTA裝置中穩定可靠地運行，除了需要先進的防喘振控制和速度控制，還需要先進的分成調節控制；本文提出采用美國CCC公司最先進的壓縮機控制系統，通過分析PTA裝置中膨脹機組控制的特點，對其進口導葉的控制要求進行深刻理解，通過相應算法及現場的實際對應，并且針對機組正常負荷下，利于進口導葉的實時準確地動作，提出了解決方案；實踐證明，控制效果良好，使機組效率最大化。
關鍵詞：PTA，膨脹機；控制算法；進口導葉開度
中圖分類號：TH452 文獻標志碼：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工藝是一個氧化反應過程，是利用壓縮機組向反應器提供大量的空氣來作為氧氣原料，使PX（對二甲苯）裝置充分進行化學反應生成CTA產品，CTA進入下道工藝，與氫氣進行充分燃燒最終生產成PTA產品，PTA化學全稱為精對苯二甲酸，是合成纖維的主要原料。
空氣壓縮機采用蒸汽輪機和尾氣膨脹機聯合驅動，作用是向PTA裝置氧化反應器提供正常工作壓力的空氣。壓縮空氣中的大部分氧氣在氧化反應器中與PX反應消耗掉，反應后的尾氣一部分經處理后用于裝置的保安和粉料輸送，其余進入尾氣膨脹機進行能量回收。
整個能量回收的效率與空氣壓縮機組及膨脹機組的控制密切相關，因此我們主要研究壓縮機組及膨脹機組的控制與整個裝置的配合。在設計條件下，實現由副產蒸汽和氧化尾氣回收的能量滿足壓縮機所消耗能量，即能量平衡。
而且壓縮機轉速恒定不變，同時需要控制壓縮機組的喘振現象，需要專業操作員的實時監控，自動控制，可靠性高，便于維護。
通常壓縮機控制系統采用TS3000、GE、AB、西門子等PLC和上位機進行監控，針對PTA裝置的復雜機組，根據實際情況和要求，采用了CCC控制器來實現對壓縮機組的監測和控制，通過分析PTA裝置中壓縮機組、膨脹機組控制的特點，對其進口導葉的控制要求進行深刻理解，通過相應算法及現場的實際對應，并且針對機組正常負荷下，利于進口導葉的實時準確地動作，提出了解決方案；實踐證明，控制效果良好，使機組效率最大化。
1 系統分析
實現PTA生產過程中膨脹機進口導葉控制，首先要了解整套機組的工作性質。膨脹機在工作運轉過程中，當機組進口氣體壓力小于機組該工況下的最小流量限制時，需要將進口導葉關小，但是進口導葉過小又會影響到膨脹機組的做功效率，以致于最終影響到整套裝置的運行，因為空氣壓縮機采用蒸汽輪機和尾氣膨脹機聯合驅動，在設計條件下，實現由副產蒸汽和氧化尾氣回收的能量滿足壓縮機所消耗能量，即保證能量平衡。
為確保壓縮機穩定可靠地運行，工程上要求膨脹機一級、二級進口導葉輸出開度相同，調節范圍控制在-8°～+8°，并不同步角度達到一定數值時進行報警處理。
膨脹機進口導葉執行機構的行程，一級對應的是0～500mm（4～20mA)的行程，如圖1。二級對應的是跟一級不一樣的行程（4～20mA)。因為有一些是主機留出的余量，正常調節范圍在不確定的范圍。調節的時候不要超過設計規定的限制，機械沒法限位，只能通過電子限位。調節的目標是兩個導葉輸出的開度相同。
控制器完成的主要任務是：
1） 一個能夠準確定義膨脹機一級、二級進口導葉開度相同及其相應的控制算法；
2） 能夠允許數字控制器進行快速及時的模擬控制的控制器執行速率；
3） 性能控制器，調節進口導葉的開度，從而控制膨脹機的進口壓力。性能控制器的POC防超馳功能；
4） 先進的控制方案能夠防止回路間相互作用所產生的負面影響，保證整套機組的能量平衡。
3 系統算法分析及軟件實現
膨脹機行程與開度見圖1。
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3.1 膨脹機進口導葉控制的算法
膨脹機一級進口導葉參數見表1。 表 1 膨脹機一級進口導葉參數表 | ? | 行程 | 開度 | 電流 | 閥門 | 斜率 | x | f(x) | ? | ? | 一級 | 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 |
根據曲線，x=(24-A)/24×100
f(x)=(B-4)/16×100
B=C/500×16+4
其中：A為開度；B為電流；C為行程。
3.2 膨脹機進口導葉的動態分析
由于導葉的行程范圍不同，且是非線性的，要求機組在正常運行過程中兩個導葉的開度始終保持一致。針對進口導葉執行機構本身的輸出和反饋也存在一定的偏差，這就要求控制更加準確，滿足工藝要求，是機組最大效率化。
3.３ 滿足工藝要求防喘振閥準確動作的措施
可通過能量回收閥開度防止出口壓力超壓。通過控制回路間的相互影響，從而能夠提供更加可靠的分成控制和更加精確的性能控制。
通過調節能量回收閥的開度，在機組開車階段、反應器停車和加熱系統聯鎖時回收能量用。能量回收控制器的防超壓功能測量值為膨脹機進口加熱器后壓力。
設置一級、二級進口導葉的反饋不同步角度偏差報警。
根據實際導葉的校驗數據，針對機械要求的控制范圍做相應的調節，這樣會更準確地控制導葉的開度，滿足工藝要求。
性能控制功能圖見圖2。
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3.4 參數的設定
控制算法的控制品質好壞，除了控制規律的選擇外在很大程度上取決于控制參數的設定，它直接影響到整個系統的性能。只有針對現場的調節對象全面了解試驗以后，才能準確地進行參數的設定。本系統由于對壓縮機進出口要求非常嚴格，并且保證機組在最佳的操作范圍內安全高效的工作，優化全機組的能源利用。
閥門開度與輸出電流的對照表及性能控制，見圖3。
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3.5 系統軟件的實現
利用CCC控制系統簡捷的組態功能，靈活自如地改變組態的進程。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等設定功能，完成機組的啟動并網，停止等過程。
4 結束語
此控制系統已運行于江蘇海倫化工有限公司，運行情況良好，系統穩定，操作方便簡捷，工作可靠，而且維護方便，人工勞動量大大減輕，成本明顯降低，取得了很好的經濟和社會效益。特別適用于PTA這樣大型機組的監測和控制。而且CCC系統控制功能強大，擴展靈活，具有很強的通訊功能，很方便的集散式控制系統管理，有很強的實用價值。
參 考 文 獻
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