加氢工艺中新氢压缩机的压力控制方案

加氢工艺中新氢压缩机的压力控制方案王立新【摘要】Thewidelyusedpressurecontrolstrategiesfornewhydrogencompressorincludingrotatespeedadjustment,by-passflowrecyclingadjustment,intakevalveadjustment,andbypassflowrecyclingcontrol&HydroCOMsteplessadjustmentsystem,etcareintroduced.Bycomparingtheadvantageanddisadvantageofthesestrategies,itisconcludedthattheschemeofstep-by-step-returningcontrolcannotonlyensureconstantreactionpressure,butalsocancontrolthecompressingratioofeachstagewell.CombiningtheenergysavingcontrolfromHydroCOMsteplessadjustmentsystem,ithasbeenthefirst-choiceofpressurecontrolstrategyfornewreciprocatinghydrogencompressor.%介绍了新氢压缩机常用的压力控制方案，包括转速调节、旁通回流调节、进气阀调节、旁路回流调节加HydroCOM气量无级调节系统等.通过比较各种控制方法的优缺点可以看到：〃逐级返回”控制方案既能保证反应压力的恒定，又很好地控制了各级压缩比；同时再配合HydroCOM气量无级调节系统的节能控制，成为目前首选的往复式新氢压缩机的压力控制方案.【期刊名称】《石油化工自动化》【年(卷)，期】2013(049)004【总页数】4页(P13-16)【关键词】加氢工艺;压缩机;逐级返回;压力递推；HydroCOM气量无级调节系统【作者】王立新【作者单位】延长石油北京石油化工工程有限公司，北京100107【正文语种】中文【中图分类】TP273新氢压缩机是加氢工艺中非常重要的动设备。新氢压缩机将氢气加压输送到工艺装置的反应系统中，补充氢气以平衡装置中的氢耗，并且稳定装置中反应系统的压力。新氢压缩机要求具有低排量、高出口压力、根据需要可以多级压缩的特点，新氢压缩机一般采用往复式，根据工况需要的不同，通常采用二级或三级压缩。1新氢压缩机的压力控制方案1.1转速调节往复式压缩机的流量是由气缸的容积、活塞的行程和往复次数来决定的。转速调节是通过改变压缩机的转速来调节排气量，该调节的优点是气量连续，功率消耗小，压缩机各级压力比保持不变，压缩机上不需设专门的调节机构等。该方法广泛使用在以驱动机为内燃机和汽轮机的压缩机上，如果驱动机为电动机，则需要配置变频器。由于大功率、高压变频器价格昂贵，而且需要大量的维护、维修工作，因而目前在电动机驱动的往复式压缩机上很少采用该方法。1.2旁通回流调节根据往复式压缩机的特性，排量与出口管线的阻力无关，因而不能在出口管线上用节流的方法调节流量，一旦出口阀关闭，压缩机出口的高压会损坏设备。通过控制往复式压缩机出口返回入口的流量来保证反应系统的压力平衡，该调节方法比较灵活，而且简单易行，调节精度较高，但是因为多余气体的全部压缩功都会损耗掉，所以经济性较差。传统的往复式压缩机压力控制通常采用〃分程加自动选择”控制方案，以稳定反应系统压力，补充氢气。以加氢工艺三级型往复式压缩机为例，通过旁通回流调节压力有两种方案。〃三返一”控制方案〃三返一”控制方案即系统压力（冷高分顶部压力）与新氢压缩机一级入口分液罐压力分程加选择控制〃末段出口直接返回一段入口的调节阀”和〃一级入口放火炬阀”的控制方案。该方案的优点是控制回路设备少、过程控制响应快、投资少，但其阀压降大，工作条件苛刻，因而较少采用该方案。〃逐级返回”控制方案〃逐级返回”控制方案即〃各级压力分程控制逐级返回的压力递推”控制方案。反应系统压力通过控制往复式新氢压缩机三级返回量、二级返回量、一级返回量、新氢以及废氢排放量来实现。该种控制模型由分程控制加自动选择控制组成，采用各级压力分程的逐级返回的压力递推控制系统，即由往复式压缩机每段出口压力控制返回入口量，由于往复式压缩机每段都有氢气返回，因而每段的压缩比都等于或接近于设计值，既保证了反应压力的恒定，又很好地控制了各级压缩比。相比〃三返一”控制方案，该方案控制回路多、组态复杂、过程控制响应慢、投资大，但对每级的压缩比可以自动调节。传统的多级往复式压缩机控制普遍采用此种控制方法。新氢压缩机压力递推控制流程如图1所示，控制说明如下：1）系统压力冷高分顶部压力PIC302与新氢压缩机三级入口分液罐压力PIC402A比较：a）如果PIC302过高，被选中，则三级出口返回线上的新氢调节阀开大，返回三级入口的新氢流量增加。b）PIC402A升高，反向后被低选器选中，这时，三级至二级入口返回线上的调节阀逐渐开大，返回二级入口的新氢流量增加。c）二级入口分液罐压力PIC403A升高，反向后被低选器选中，则二级返回至一级入口返回线上的调节阀逐渐开大，返回一级入口的新氢流量增加。d）一级入口分液罐压力如果增加，则新氢放火炬阀逐渐开大，以使压力降低。2）如果PIC302下降，则各级返回线上的新氢调节阀逐级关小，去高分的补充氢气量增加，促使系统压力上升。1.3进气阀调节根据进气阀被压开过程的长短，该方法分为全行程压开进气阀和部分行程压开进气阀两种方式。1.3.1全行程压开进气阀的气量有级调节在吸气过程中，气体被吸入气缸；在压缩过程中，因为进气阀全开，吸入的气体又被全部推出气缸。假设某压缩机气缸有4个进气阀，若保持1个进气阀全开，则排气量降低为75%，如果2个同时顶开，则排气量为50%，所以，该机可实现气量0，25%，50%，75%和100%五级调节。由于进气阀的数量是有级的，调节幅度较大，适用于粗调节。图1新氢压缩机压力递推控制流程示意1.3.2部分行程压开进气阀调节方法（HydroCOM气量无级调节系统）部分行程压开进气阀调节的原理与全行程压开进气阀调节相似，但它通过控制压缩行程中进气阀的关闭时刻，控制返回气量的多少，使压缩机仅对实际需要的气体进行压缩，实现气量连续调节，从而能够最大限度地节约能源。HydroCOM系统是贺尔碧格公司专门为往复式压缩机开发的液压式气量无级调节系统。该控制系统的核心主要包括：执行机构HA，控制接口单元CIU，液压装置HU，PLC控制器，压缩机状态监控CCM等。HydroCOM系统通过智能化的液压调节机构，快速、精确地控制进气阀的开启与关闭时间，理论上可以实现气量0~100%无级调节。该系统不仅是一个控制系统，同时也是一个监控平台，通过对压缩机气量调节系统和所有易损件进行监控，成为往复式压缩机的监护医生。1.4旁路回流调节加HydroCOM气量无级调节系统目前，旁路回流调节加HydroCOM气量无级调节系统是比较先进的往复式压缩机压力控制方案。以一主一备配置的往复式新氢压缩机为例，即主机压力控制采用旁路回流调节加HydroCOM气量无级调节系统方案，备机压力控制采用旁路回流调节加气量有级调节系统方案。运用〃回流省功”原理，实现压缩机排气量0-100%全行程范围无级调节和压缩机的平稳起动、加载、切换和停机。HydroCOM系统能够很容易地嵌入到现有的工艺控制系统中，在原有分程控制加自动选择控制的基础上，增加了级间返回阀和HydroCOM系统之间的分程控制功能。增加HydroCOM系统后的压力递推控制结构如图2所示。HydroCOM系统的设计主控信号为一级、二级、三级进气压力及三级排气压力。压缩机的每一级均配置了一个比例积分（PI）控制器，来自DCS的各级实际压力与PLC控制器内的设定值比较并运算后输出相当于0~100%排气量的信号，该信号转化为4~20mA的信号传递到HydroCOM系统的压缩机接口单元，经处理后通过现场总线送到各级执行机构，完成最终的进气阀开启或关闭控制任务，对压缩机级间压力进行自动控制，维持压缩机各级的正常压比。虽然可以实现0~100%压缩机负荷的气量无级调节，但考虑到气体回流对温升的影响，建议压缩机在最低负荷（一般在30%左右）以上长期自动运行。通常情况下，只要稳定系统需要的气量大于压缩机的最低负荷，则根据图2可以看出：级间返回阀一直处于关闭状态，只靠HydroCOM系统通过控制压缩行程中进气阀的关闭时间来控制压缩气量即可，完全达到节能的目的。只有当系统降负荷操作，需要的气量小于压缩机的最低负荷时，多余的压缩气体才通过旁路阀返回入口。图2新氢压缩机压力递推控制结构示意（增加HydroCOM系统后）嵌入HydroCOM系统的方案可以选择〃投用”或〃不投用”。选择〃投用”，则HydroCOM系统处于自动调节状态，接收DCS低选器输出信号成为自动调节，这时级间返回阀逐渐关闭，HydroCOM系统通过控制压缩行程中进气阀的关闭时间来控制压缩气量，补偿级间由于返回阀关闭弓I起的流量变化。选择〃不投用”，则HydroCOM系统处于手动状态，不接收DCS的信号。低选器输出信号只控制级间返回阀，反应压力通过控制级间返回阀实现，HydroCOM系统只控制压缩机的压缩气量。HydroCOM系统的联锁保护在DCS中完成。HydroCOM系统自身故障时可自动切除，此时控制任务由原控制系统完成，往复式压缩机压力控制恢复为传统的分程控制逐级返回的压力递推控制方案。级间返回阀打开，压缩机进入100%负荷运行。经现场实践证明，HydroCOM系统的一次性投资虽然较高，但节能收益非常可观，而且压缩机各级的压力也控制得非常稳定，年节约电费百万元人民币以上，直接投资回报率相当高。2结束语目前HydroCOM系统已在中石化天津分公司炼油厂800kt/a蜡油加氢裂化装置、燕山石化分公司炼油厂600kt/a宽馏分连续重整装置、中石化青岛炼化公司4.1Mt/a柴油加氢精制装置、中国石化集团青岛石油化工有限责任公司加工高酸原油适应性改造项目1Mt/a汽柴油加氢精制装置等项目中成功应用。笔者希望通过上述介绍，使设计人员对炼油工艺中新氢压缩机的压力控制方案有全面的认识和了解，并为加氢工艺的新氢压缩机自动控制工程设计提供参考性的方案。参考文献：[1]李大东.加氢处理工艺与工程[M].北京：中国石化出版社，2004.[2]韩崇仁.加氢裂化工艺与工程[M].北京：中国石化出版社，2001.[3]陆德民，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册[M].3版北京：化学工业出版社，2000.[4]莫少明，孟剑，王军营.HydroCOM在炼油企业往复式压缩机上的应用[J].压缩机技术，2010(01):18-20.[5]PAULCH.压缩机手册[M].郝点，魏统胜，胡