GE能源集团ITCC - 透平压缩机综合控制系统

1、GE能源集团效益与喘振之间的平衡之道ITCC - 透平压缩机综合控制系统 前言GE能源集团的优化与控制业务部门通过提供专业和优质的产品及服务，帮助用户解决目前广受关注的工厂性能优化及控制问题： 通过预测性状态监测降低资产生命周期成本 通过先进控制系统提高设备运行灵活性，可靠性及效率 先进的钻探技术用于能源开采 全面的咨询和多种形式的合约式服务提高设备可靠性及有效维护 先进的燃煤发电厂燃料成本、效率及配比智能软件，为您实现收入最大化，成本最小化通过将这些解决方案整合在一起，我们不仅能够更轻松地满足您的需求，还为您提供更好的用户互动平台。依托GE全球配置的优质服务资源，优化与控制业务370名员工在

2、中国8个城市为您提供本地化服务，其中170名工程及服务专家随时为您提供专业支持，我们充分熟悉您的行业，深入了解您的需求。真正的本地化服务结合全球技术优势，不断为您提供新一代更为先进的产品和完整的解决方案，实现客户利益最大化。GE早在上世纪60年代就已经开始研制透平控制系统，经过40多年的实践和经验积累，已经推出了6代产品并成功应用于上万台机组，其中约400台应用于ITCC控制领域。Mark Vie是当前GE用于机组控制的尖端产品，它采用了领先的透平压缩机控制系统设计理念，提供非常灵活的冗余配置，高速的计算和数据通讯，且安全性完全符合国际标准。透平-压缩机综合控制ITCC透平与压缩机综合控制技术

3、透平与压缩机综合控制技术ITCC是上世纪末出现的用于控制和保护压缩机的新技术，它是基于先进的电子技术、通讯技术及控制算法，与传统的压缩机控制技术相比，它可以帮助用户更有效、更安全地操作压缩机，同时节省能耗。传统的透平及压缩机控制透平及压缩机控制包括：调速控制（Speed Control）、过程控制（Process Control）和压缩机控制（Compressor Control）。过去，这三个控制系统是三个相互独立的控制系统，并由三家供应商提供。对于控制对象而言，这样的系统构成不利于控制回路之间的相互配合（如解耦等），会增加调节难度，用户的维护成本也会增加（如备品配件、培训等），整体的可靠性

4、和效率低下。透平及压缩机综合控制随着电子技术和通讯技术的发展，现在将三个独立的控制集成在一起，由一个控制系统平台来完成调速控制、过程控制和压缩机控制，这种集成控制系统已经显示出其在控制策略、系统可靠性、项目管理、维护成本等方面的优越性。ITCC控制系统与常用的过程控制系统DCS相比有明显的特殊性：首先，ITCC系统可靠性高，可以实现三重冗余TMR；其次，由于透平和压缩机的动态对象调节特性的要求，ITCC相对DCS而言具有更快的执行周期；还有，在调节的过程中，透平与压缩机之间、压缩机各段之间都会产生耦合效应，ITCC系统有专业的解耦算法来消除或控制这种耦合。透平转速控制过程控制防喘振控制 初始喘

5、振控制线这是在一个大型乙烯厂的丙烯冷却压气机第一段性能曲线，重新设置的喘振控制线为用户降低了能耗。每段节约312马力每天$674 或者 每年$264,000其他各段的节约还将递增(以上数据是以当地原料价格为基础，仅供参考GE ITCC的特点 灵活的冗余配置 控制器、网络和I/O都可根据用户的需要做单、双冗余和三冗余TMR配置 高速运算能力 支持远程I/O 通过光纤连接远程I/O，传输距离可达2Km 专业的防喘振控制算法 专利的RateControl速率控制器 对不同的应用软件可以按用户需求组态 系统使用全“Polytropic head”算法达到标准化并得到最佳性能 当变送器故障时维持对压缩机

6、的保护 自动PID增益补偿可以在所有工况条件下提供最佳调节 使用“Pre-Pack”启动循环阀超程控制来克服系统滞后 各层解耦算法 提高过程效率并降低能耗 允许压缩机工作得更靠近喘振线，减少循环量节省成本 能优化系统的整体性能，而不仅仅是单个元件 明显提高系统可靠性 降低压缩机控制器和透平控制器之间的相互影响，最大程度降低喘振事件发生的风险（解耦） 5个独立的控制响应可应对任何的过程倒流 操作和维护成本最小 更快捷和交互的控制实质上消除了喘振事件延长了压缩机寿命并降低了维护成本 易用的诊断和维护工具 Mark VIe系统控制器- 可以按用户要求实现单、双冗余及三冗余- 高度集成化- 工作状态指

7、示LEDs- CPU主频667 MHz- 快达10ms的执行周期- 3 IONet接口 + 2 UDH接口- 采用D C 24V 供电，低功耗设计（12W）- 良好的散热设计，无需风扇- 环境温度0-65 Mark VIe系统网络交换机- 可以按用户要求实现单、双冗余及三冗余- 工业级以太网交换机- 提供8/16个10/100M RJ-45以太网口 + 1个光线口（可选）- 双色LEDs状态显示- MTBF: > 2M hours- 高速背板可达 2.6Gb/s- 工作温度: -40 to 85- 湿度: 10 to 95% 非凝结 Mark VIe系统I/O模块- 可以按用户要求实现单

8、、双冗余及三冗余- I/O模块直接插在端子板上，可以“热插拔”- I/O模块带有主频为233MHz的CPU- 双100MB以太网全双工端口，诊断专用红外端口- 使用光纤，远程I/O可达2km- 有多种通用和专用I/O模块供选择- 带有环境温度传感器- 工作状态指示LEDs- 环境温度-30 - 65Mark VIe系统介绍Mark VIe 系统硬件 Mark VIe系统结构转速伺服压力温度透平压缩机辅助系统 I/O网络 100MB以太网单元高速数据公路UDH100MB以太网公路PDH控制器I/O模块操作员站历史站本特利S1本特利3500工厂高速数据 100MB以太网Mark VIe系统在网络通

9、讯结构上分为三层：分别是工厂数据高速通道(PDH、单元机组数据高速通道(UDH和I/O网络(I/ONet，都使用10/100MB以太网，其中I/ONet可实现三重冗余，UDH可实现双冗余。在通讯结构上最大程度地减少了通信故障。I/O模块作为I/ONet以太网的节点可以很方便地实现远程I/O,并且I/ONet具有很好的可扩展性。Mark VIe提供多种对外通讯接口，包括：Modbus 串口/以太网 客户/服务器，GSM 以太网TCP-IP服务器，OPC Ethernet 客户/ 服务器，DNP 3.0 Serial/Ethernet 服务器，PI 服务器接口。如果需要，Mark VIe还可以在I

10、/O层提供Modbus及Hart接口。 Mark VIe组态软件ToolboxSTTM 硬件组态- 直接拖入式组态- I/O点查看、增加、删除及校验。组态模块上的LED的状态与实际模块显示需相同- 每个I/O模块均配有带时标的详细诊断信息- 硬件组态易学易用 OptiComp控制算法OptiComp是GE优化与控制在总结了多年的经验的基础上形成的对于透平和压缩机综合控制的最佳方案。它包括了对压缩机工作点位置的计算、专利的防喘振控制算法、喘振检测等。- 使压缩机的操作范围最大化- 根据工况的不同，自动实现防喘振回路增益补偿- 专用的变化率控制器用于当压缩机工况突然变化时实现快速控制响应- 开环的

11、输出跳变进一步阻止喘振- 根据OP的位置和变化速率及时有效阻止倒流和喘振- 使用多个参数及其变化速率检测喘振的发生 应用组态 - 可现场组态 - 浮点计算 - 动态数据显示 - 算术功能块 - 用户功能块 - 梯形功能块 - 密码保护 - 布尔及模拟量强制输出 - 自动生成应用组态文件，显示各应用块之间的相互关系 趋势组态 - 自动上载数据块 - 毫秒级分辨率 - 拖放变量到趋势生成器 - 每个趋势图可有100个变量 - 左右拖拉时间轴 - 双光标 - 停机趋势上的报警信息 - 和趋势链接的事件记录 应用领域 GE Mark VIe ITCC用于炼油、乙烯、化工及管线传输等工艺过程，对包括气体

12、处理工艺中所 使用的残气压缩机、增压机、冷却压缩机及膨胀机等在内的离心压缩机、轴流压缩机等进行转速 控制、防喘振控制和负荷控制，以及透平与压缩机之间、压缩机各段之间的解耦控制。 炼油应用：富气压缩机、催化裂化主风机、循环氢压缩机、焦化气压缩机等 富气压缩机 富气压缩机是炼油催化裂化工艺过程中的关键机组之一。反应器压力受到分馏系统的影响，最终由富气压缩机入 口压力决定。GE ITCC可以实现机组启/停机控制、调速控制、辅助润滑油系统控制、密封系统控制等，在保证透平压 缩机设备安全的基础上可以帮助用户实现自动负荷调节。 富气压缩机 压缩机第1段 压缩机第2段 友好的人机界面HMI FT REMOT

13、E LOCAL Common Trip XZ-SOV-36024 Lube Oil Fault XV-36020 T&T VALVE GOV ERNOR Seal Gas Fault VALVE SV-36001 #.# % PI-36002 #.# MPaG LP STEAM XZ-SOV-36022 TE PT FT Propylene System Overview XZL-35010A XZL-35010B XZL-35010C A1 REMOTE LOCAL CONTROL VALUES Propylene Compressor Stage 1 C1 TE TE PT PT

14、PT TE Common Alarm 1st Stage FI-35001 # kg/hr PI-35001 #.# MPaG 2nd Stage FI-35002 # kg/hr PI-35005 #.# MPaG 3rd Stage FI-35003 # kg/hr PI-35031 #.# MPaG TI-35003 #.# DegC 4th Stage FI-35101 TI-35042 # kg/hr #.# DegC PI-35041 PI-35040 #.# MPaG #.# MPaG FI-35004 # kg/hr Suction Pressure Disch Pressur

15、e Suction Temp Discharge Temp #.# #.# #.# #.# KPag KPag DegC DegC FI-35001 # Kg/hr PI-35001 #.# MPaG TI-35001 #.# DegC OFFLINE ONLINE Compressor Stage 1 SI-36001 # RPM OFFLINE ONLINE OFFLINE ONLINE OFFLINE ONLINE OFFLINE ONLINE SURGE CAPTURE Suction Deriv Disch Deriv Speed Deriv Flow Deriv Min. Flow

16、 Q2/H Surge Counter # # # # # # 转速控制/ 性能压力控制 FT Turbine Torque #.# NM Speed # RPM hP # KW PV-36002 #.# % Compressor Stage 1 Stage 1 Compressor Stage 2 Stage 2 Compressor Stage 3 Stage 3 Compressor Stage 4 Stage 4 TI-35001 #.# DegC TI-35002 #.# DegC 11-FSOV-35003 TI-35004 #.# DegC FV-35003 #.# % Stag

17、e 1 Trend Compressor Map ANTI - SURGE CONTROLLER AUTO MAN W/BACKUP CONDENSATE STEA M 1st Stage Suction 2nd Stage Suction 3rd Stage Suction 4th Stage Suction FV-35004 #.# % RESET 11-D-3501 11-D-3502 11-D-3503 11-D-3504 CALCULATIONS & CONSTANTS 11-FSOV 35004 Specific Gravity Specific Heat (K Press

18、ure Ratio Polytropic Head #.# #.# #.# Kgm /Kg acmh x 10 -3 -3 IN CONTROL START-UP DISCH SUCT RATE ROUTINE AUX ANTI-SURGE PRS MANUAL PRS CONTROLLER BOOST CONTROL POSITIONER OVERRIDE DEACTIV OVERRIDE PID 1 2 3 FV-35001 #.# % 11-FSOV-35001 FV-35002 #.# % 11-FSOV-35002 Auto Output Manual Output Valve Mi

19、n Position Decoupling Setpoint WS_PV Output RESET 100.0 #.# #.# #.# #.# #.# N m /kg x 10 #.# #.# #.# MAN MANUAL MANUAL AUTO W /BKUP OPEN CLOSE 防喘振阀 FT 防喘振阀 FT A #.# DEGC M #.# DEGC 11-TSOV-35001 LIQD QUENCH #.# % A #.# DEGC M #.# DEGC 11-TSOV-35002 #.# % A #.# DEGC M #.# DEGC 11-TSOV-35004 LIQD QUEN

20、CH #.# % Polytropic Head # Inlet Flow LIQD QUENCH Vib Overview Turb Detail Turb Control Stage 1 Start Perms Start Seq Lube Oil Seal Gas Sys Overview Vib Overview Turb Detail Turb Control Start Perms Start Seq Lube Oil Seal Gas 8 9 乙烯应用：裂解气压缩机、丙烯压缩机、乙烯压缩机等 丙烯压缩机 丙烯压缩机是乙烯装置里三大关键机组之一。其特点是压缩机由多段组成，并在同一轴

21、系上，各段有独立的防喘振控制回路。 GE ITCC除可以实现主机系统控制及辅助系统控制外，还可以实现防喘振控制回路之间的解耦，最大程度改善机组整体运行效率。 丙烯压缩机 压缩机第1段 压缩机第2段 压缩机第3段 压缩机第4段 XV 隔离阀 H XV 隔离阀 H XV 隔离阀 H XV 隔离阀 H TE PT FT FT FT TE PT PT 转速控制/性能压力控制 PT TE FT TE PT FT TE PT TE XV 隔离阀 H I LY P I LY P I LY P 防喘振阀 I P 液位控制阀 I 液位控制阀 I 液位控制阀 FY LT I P LT 防喘振阀 FY 防喘振阀 P

22、 FY LT P FY 防喘振阀 LT I P LY 温度控制阀 I P I P I P I P 手动控制阀 HY 温度控制阀 TY 温度控制阀 TY 温度控制阀 TY 管线传输应用：燃机驱动或电机驱动并联工作的压气机 管线传输 在管线传输工艺的并联机组中，GE ITCC的专用控制算法可以在保证每台机组 化肥应用：合成气压缩机、氨压缩机、二氧化碳压缩机、工艺空气压缩机等 氨压缩机 安全的前提下实现自动负荷分配。 管线传输 氨冷冻压缩机的主要作用是提供稳定的低温环境，使反应得到的氨气液化。GE ITCC可以集成透平控制、各段防喘振控制、负 荷控制、及辅助系统控制等。 压缩机1 氨压缩机 FT TE TE 压缩机第1段 压缩机第2段 压缩机第3段 压缩机第4段 PT FY TE FT TE PT TE PT TE PT FT TE PT TE PT TE PT PT PT FT I P PT 防喘振阀