通過優(yōu)化方法對富氣壓縮機進(jìn)行優(yōu)化控制，具有重大的理論意義和潛在的巨大經(jīng)濟(jì)效益。本文以焦化富氣壓縮機為研究對象，給出了延遲焦化機組節(jié)能優(yōu)化控制解決方案，并通過兩個案例驗證了該方案的可行性和有效性。

工藝簡介

煉油廠延遲焦化裝置是渣油輕質(zhì)化最主要的加工方法。延遲焦化裝置具有投資少、操作費用低、轉(zhuǎn)化深度高等優(yōu)點。在輕油產(chǎn)品尤其是柴汽比供需矛盾突出的情況下，延遲焦化工藝是解決這一矛盾的理想的手段，具有較強的市場競爭力。

主要工藝單元包括：原料部分、分餾系統(tǒng)、加熱爐系統(tǒng)、焦碳塔系統(tǒng)、壓縮機系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)、冷切焦水系統(tǒng)、放空、吹汽系統(tǒng)和除焦系統(tǒng)。

延遲焦化裝置是現(xiàn)代石油煉廠中唯一的間歇-連續(xù)操作工藝。物料在加熱爐管中是連續(xù)的，加熱爐出口物料在兩個焦化塔之間切換，一個塔在線生焦，另一個塔冷卻、除焦和暖塔。從焦化塔頂出來的油氣進(jìn)入分餾塔，分餾塔底是輻射進(jìn)料泵的緩沖罐，焦化原料和冷卻的循環(huán)油在這里混合后一起進(jìn)入輻射進(jìn)料泵。

主要影響延遲焦化工藝的參數(shù)有三個，也就是加熱爐出口溫度、焦化塔頂壓力、循環(huán)比。焦化裝置富氣壓縮機的作用就是通過調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速，控制焦化塔塔頂壓力，調(diào)整和穩(wěn)定焦化產(chǎn)品分布和質(zhì)量。其原動機可采用汽輪機或變頻器驅(qū)動的電機。

富氣壓縮機組的控制

1、壓縮機調(diào)速控制

在機組暖機升速、過臨界轉(zhuǎn)速、進(jìn)入工作轉(zhuǎn)速和降速停機過程中，要投入壓縮機調(diào)速控制。在機組控制系統(tǒng)中預(yù)先存儲壓縮機的升速及停機降速曲線，根據(jù)預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速變化率，將轉(zhuǎn)速目標(biāo)值轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速PID的給定值，保證機組平穩(wěn)升降速。在機組投入性能控制時，壓縮機轉(zhuǎn)速PID作為性能控制的副調(diào)節(jié)器。

2、壓縮機性能控制

分餾塔的塔頂壓力控制需要通過調(diào)節(jié)氣壓機轉(zhuǎn)速實現(xiàn)。分餾塔塔頂壓力調(diào)節(jié)器的輸出，送到汽輪機調(diào)速器，控制氣壓機的轉(zhuǎn)速，或電機拖動機組的變頻器，組成串級調(diào)節(jié)回路來穩(wěn)定分餾塔的塔頂壓力。最終達(dá)到調(diào)整和穩(wěn)定焦化產(chǎn)品分布和質(zhì)量的目的。

3、壓縮機防喘振控制

在機組啟動和停機過程中，由于機組流量過低，如果沒有防喘振控制，就會因喘振的發(fā)生對機組造成損壞。由于焦化塔需要定期切換操作，切換焦化塔時，富氣量瞬時降低幅度很大。當(dāng)富氣流量過低時，也會發(fā)生喘振。防喘振控制在喘振即將發(fā)生時，迅速打開防喘閥，將二段出口氣體返回一段入口。也有兩段防喘振的氣壓機組，采用一返一和二返二的防喘振策略。

4、全自動節(jié)能優(yōu)化控制

防喘振回路動作，打開防喘閥造成分餾塔塔頂壓力上升，從而使分餾塔塔頂壓力調(diào)節(jié)器動作，升高氣壓機轉(zhuǎn)速，提高氣壓機入口回流量。流量上升以后，防喘閥減小開度，氣壓機入口壓力下降，氣壓機轉(zhuǎn)速下降，氣壓機入口流量下降，防喘閥將再度開大。

這樣周而復(fù)始，將造成性能調(diào)節(jié)和防喘振調(diào)節(jié)相互影響、不停地震蕩。為了解決這個問題，必須實現(xiàn)性能控制與防喘振控制的優(yōu)化。

5、防喘控制閥設(shè)計選型原則

防喘閥的選型原則包括：通過計算滿足防喘振控制的流通能力，閥體形式要考慮工藝介質(zhì)、工藝參數(shù)的條件。閥體材質(zhì)要考慮腐蝕、磨損和介質(zhì)溫度，執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)有足夠的推力，與閥門定位器配合，做到開度準(zhǔn)確。閥門的動作響應(yīng)要求快速打開，失效方式要滿足故障-安全模式，確保在失電或失去氣源的情況下機組安全。

節(jié)能優(yōu)化控制案例

【案例一】

某石化100萬噸年延遲焦化氣壓機改造。2015年07月11日，本裝置開車及機組精調(diào)完成后，采用分餾塔頂壓力自動控制氣壓機轉(zhuǎn)速及防喘振閥，真正實現(xiàn)了氣壓機組自動匹配裝置工藝運行的目的，實現(xiàn)了全自動切塔及放空，保證裝置更加平穩(wěn)的運行，并且使氣壓機組工作在了最佳效率區(qū)間，相對于改造之前，平均每小時節(jié)能400KW，一年保守估計節(jié)能320萬元。

【案例二】

某石化160萬噸年焦化裝置氣壓機組。通過增加分餾塔頂壓力自動耦合控制汽輪機轉(zhuǎn)速及防喘振閥，即使在機組低負(fù)荷時也能實現(xiàn)壓（防喘振控制線）線運行，工藝操作可根據(jù)工況調(diào)整設(shè)定點，機組控制系統(tǒng)就能實現(xiàn)全自動優(yōu)化運行，達(dá)到了壓縮機的最佳工作工況和穩(wěn)定運行。

重新計算了氣壓機防喘振曲線，投用了性能控制，實現(xiàn)了全自動操作，包括切塔及放空等操作。將壓縮機防喘振閥比完善之前關(guān)小了15%左右的開度，使壓縮機工作在了最佳性能區(qū)間。實現(xiàn)了節(jié)能減排目的，平均每小時減少2到3噸蒸汽消耗。

編者按

工業(yè)是能源消耗的主要領(lǐng)域，工業(yè)能效提升是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的首要任務(wù)。針對焦化過程中能耗過大問題，對富氣壓縮機的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過防喘振控制和操作參數(shù)的優(yōu)化，可以最大限度地保證在工況點下機組能以最佳效率進(jìn)行工作，同時可以達(dá)到富氣壓縮機系統(tǒng)平穩(wěn)運行和減少能耗的目的，并為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。康吉森延遲焦化機組節(jié)能優(yōu)化控制解決方案，驗證了該思路的可行性和有效性。

《康吉森“雙碳”專欄》簡介

“雙碳”目標(biāo)下，工業(yè)節(jié)能是當(dāng)前的首要任務(wù)。作為流程工業(yè)安全及關(guān)鍵控制系統(tǒng)的行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，康吉森自動化幫助更多工業(yè)企業(yè)節(jié)能增效責(zé)無旁貸。為響應(yīng)國家政策號召，順應(yīng)新的發(fā)展趨勢，為工業(yè)企業(yè)節(jié)能增效保駕護(hù)航，康吉森自動化特推出《康吉森“雙碳”專欄》系列報道，借助自身經(jīng)驗積累和技術(shù)優(yōu)勢，向廣大工業(yè)企業(yè)提供節(jié)能優(yōu)化控制解決方案。