GE能源集團ITCC - 透平壓縮機綜合控制系統(tǒng)

1、GE能源集團效益與喘振之間的平衡之道ITCC - 透平壓縮機綜合控制系統(tǒng) 前言GE能源集團的優(yōu)化與控制業(yè)務(wù)部門通過提供專業(yè)和優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品及服務(wù)，幫助用戶解決目前廣受關(guān)注的工廠性能優(yōu)化及控制問題： 通過預(yù)測性狀態(tài)監(jiān)測降低資產(chǎn)生命周期成本 通過先進(jìn)控制系統(tǒng)提高設(shè)備運行靈活性，可靠性及效率 先進(jìn)的鉆探技術(shù)用于能源開采 全面的咨詢和多種形式的合約式服務(wù)提高設(shè)備可靠性及有效維護(hù) 先進(jìn)的燃煤發(fā)電廠燃料成本、效率及配比智能軟件，為您實現(xiàn)收入最大化，成本最小化通過將這些解決方案整合在一起，我們不僅能夠更輕松地滿足您的需求，還為您提供更好的用戶互動平臺。依托GE全球配置的優(yōu)質(zhì)服務(wù)資源，優(yōu)化與控制業(yè)務(wù)370名員工在

2、中國8個城市為您提供本地化服務(wù)，其中170名工程及服務(wù)專家隨時為您提供專業(yè)支持，我們充分熟悉您的行業(yè)，深入了解您的需求。真正的本地化服務(wù)結(jié)合全球技術(shù)優(yōu)勢，不斷為您提供新一代更為先進(jìn)的產(chǎn)品和完整的解決方案，實現(xiàn)客戶利益最大化。GE早在上世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始研制透平控制系統(tǒng)，經(jīng)過40多年的實踐和經(jīng)驗積累，已經(jīng)推出了6代產(chǎn)品并成功應(yīng)用于上萬臺機組，其中約400臺應(yīng)用于ITCC控制領(lǐng)域。Mark Vie是當(dāng)前GE用于機組控制的尖端產(chǎn)品，它采用了領(lǐng)先的透平壓縮機控制系統(tǒng)設(shè)計理念，提供非常靈活的冗余配置，高速的計算和數(shù)據(jù)通訊，且安全性完全符合國際標(biāo)準(zhǔn)。透平-壓縮機綜合控制ITCC透平與壓縮機綜合控制技術(shù)

3、透平與壓縮機綜合控制技術(shù)ITCC是上世紀(jì)末出現(xiàn)的用于控制和保護(hù)壓縮機的新技術(shù)，它是基于先進(jìn)的電子技術(shù)、通訊技術(shù)及控制算法，與傳統(tǒng)的壓縮機控制技術(shù)相比，它可以幫助用戶更有效、更安全地操作壓縮機，同時節(jié)省能耗。傳統(tǒng)的透平及壓縮機控制透平及壓縮機控制包括：調(diào)速控制（Speed Control）、過程控制（Process Control）和壓縮機控制（Compressor Control）。過去，這三個控制系統(tǒng)是三個相互獨立的控制系統(tǒng)，并由三家供應(yīng)商提供。對于控制對象而言，這樣的系統(tǒng)構(gòu)成不利于控制回路之間的相互配合（如解耦等），會增加調(diào)節(jié)難度，用戶的維護(hù)成本也會增加（如備品配件、培訓(xùn)等），整體的可靠性

4、和效率低下。透平及壓縮機綜合控制隨著電子技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在將三個獨立的控制集成在一起，由一個控制系統(tǒng)平臺來完成調(diào)速控制、過程控制和壓縮機控制，這種集成控制系統(tǒng)已經(jīng)顯示出其在控制策略、系統(tǒng)可靠性、項目管理、維護(hù)成本等方面的優(yōu)越性。ITCC控制系統(tǒng)與常用的過程控制系統(tǒng)DCS相比有明顯的特殊性：首先，ITCC系統(tǒng)可靠性高，可以實現(xiàn)三重冗余TMR；其次，由于透平和壓縮機的動態(tài)對象調(diào)節(jié)特性的要求，ITCC相對DCS而言具有更快的執(zhí)行周期；還有，在調(diào)節(jié)的過程中，透平與壓縮機之間、壓縮機各段之間都會產(chǎn)生耦合效應(yīng)，ITCC系統(tǒng)有專業(yè)的解耦算法來消除或控制這種耦合。透平轉(zhuǎn)速控制過程控制防喘振控制 初始喘

5、振控制線這是在一個大型乙烯廠的丙烯冷卻壓氣機第一段性能曲線，重新設(shè)置的喘振控制線為用戶降低了能耗。每段節(jié)約312馬力每天$674 或者 每年$264,000其他各段的節(jié)約還將遞增(以上數(shù)據(jù)是以當(dāng)?shù)卦蟽r格為基礎(chǔ)，僅供參考GE ITCC的特點 靈活的冗余配置 控制器、網(wǎng)絡(luò)和I/O都可根據(jù)用戶的需要做單、雙冗余和三冗余TMR配置 高速運算能力 支持遠(yuǎn)程I/O 通過光纖連接遠(yuǎn)程I/O，傳輸距離可達(dá)2Km 專業(yè)的防喘振控制算法 專利的RateControl速率控制器 對不同的應(yīng)用軟件可以按用戶需求組態(tài) 系統(tǒng)使用全“Polytropic head”算法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化并得到最佳性能 當(dāng)變送器故障時維持對壓縮機

6、的保護(hù) 自動PID增益補償可以在所有工況條件下提供最佳調(diào)節(jié) 使用“Pre-Pack”啟動循環(huán)閥超程控制來克服系統(tǒng)滯后 各層解耦算法 提高過程效率并降低能耗 允許壓縮機工作得更靠近喘振線，減少循環(huán)量節(jié)省成本 能優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能，而不僅僅是單個元件 明顯提高系統(tǒng)可靠性 降低壓縮機控制器和透平控制器之間的相互影響，最大程度降低喘振事件發(fā)生的風(fēng)險（解耦） 5個獨立的控制響應(yīng)可應(yīng)對任何的過程倒流 操作和維護(hù)成本最小 更快捷和交互的控制實質(zhì)上消除了喘振事件延長了壓縮機壽命并降低了維護(hù)成本 易用的診斷和維護(hù)工具 Mark VIe系統(tǒng)控制器- 可以按用戶要求實現(xiàn)單、雙冗余及三冗余- 高度集成化- 工作狀態(tài)指

7、示LEDs- CPU主頻667 MHz- 快達(dá)10ms的執(zhí)行周期- 3 IONet接口 + 2 UDH接口- 采用D C 24V 供電，低功耗設(shè)計（12W）- 良好的散熱設(shè)計，無需風(fēng)扇- 環(huán)境溫度0-65 Mark VIe系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換機- 可以按用戶要求實現(xiàn)單、雙冗余及三冗余- 工業(yè)級以太網(wǎng)交換機- 提供8/16個10/100M RJ-45以太網(wǎng)口 + 1個光線口（可選）- 雙色LEDs狀態(tài)顯示- MTBF: > 2M hours- 高速背板可達(dá) 2.6Gb/s- 工作溫度: -40 to 85- 濕度: 10 to 95% 非凝結(jié) Mark VIe系統(tǒng)I/O模塊- 可以按用戶要求實現(xiàn)單

8、、雙冗余及三冗余- I/O模塊直接插在端子板上，可以“熱插拔”- I/O模塊帶有主頻為233MHz的CPU- 雙100MB以太網(wǎng)全雙工端口，診斷專用紅外端口- 使用光纖，遠(yuǎn)程I/O可達(dá)2km- 有多種通用和專用I/O模塊供選擇- 帶有環(huán)境溫度傳感器- 工作狀態(tài)指示LEDs- 環(huán)境溫度-30 - 65Mark VIe系統(tǒng)介紹Mark VIe 系統(tǒng)硬件 Mark VIe系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速伺服壓力溫度透平壓縮機輔助系統(tǒng) I/O網(wǎng)絡(luò) 100MB以太網(wǎng)單元高速數(shù)據(jù)公路UDH100MB以太網(wǎng)公路PDH控制器I/O模塊操作員站歷史站本特利S1本特利3500工廠高速數(shù)據(jù) 100MB以太網(wǎng)Mark VIe系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)通

9、訊結(jié)構(gòu)上分為三層：分別是工廠數(shù)據(jù)高速通道(PDH、單元機組數(shù)據(jù)高速通道(UDH和I/O網(wǎng)絡(luò)(I/ONet，都使用10/100MB以太網(wǎng)，其中I/ONet可實現(xiàn)三重冗余，UDH可實現(xiàn)雙冗余。在通訊結(jié)構(gòu)上最大程度地減少了通信故障。I/O模塊作為I/ONet以太網(wǎng)的節(jié)點可以很方便地實現(xiàn)遠(yuǎn)程I/O,并且I/ONet具有很好的可擴展性。Mark VIe提供多種對外通訊接口，包括：Modbus 串口/以太網(wǎng) 客戶/服務(wù)器，GSM 以太網(wǎng)TCP-IP服務(wù)器，OPC Ethernet 客戶/ 服務(wù)器，DNP 3.0 Serial/Ethernet 服務(wù)器，PI 服務(wù)器接口。如果需要，Mark VIe還可以在I

10、/O層提供Modbus及Hart接口。 Mark VIe組態(tài)軟件ToolboxSTTM 硬件組態(tài)- 直接拖入式組態(tài)- I/O點查看、增加、刪除及校驗。組態(tài)模塊上的LED的狀態(tài)與實際模塊顯示需相同- 每個I/O模塊均配有帶時標(biāo)的詳細(xì)診斷信息- 硬件組態(tài)易學(xué)易用 OptiComp控制算法OptiComp是GE優(yōu)化與控制在總結(jié)了多年的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上形成的對于透平和壓縮機綜合控制的最佳方案。它包括了對壓縮機工作點位置的計算、專利的防喘振控制算法、喘振檢測等。- 使壓縮機的操作范圍最大化- 根據(jù)工況的不同，自動實現(xiàn)防喘振回路增益補償- 專用的變化率控制器用于當(dāng)壓縮機工況突然變化時實現(xiàn)快速控制響應(yīng)- 開環(huán)的

11、輸出跳變進(jìn)一步阻止喘振- 根據(jù)OP的位置和變化速率及時有效阻止倒流和喘振- 使用多個參數(shù)及其變化速率檢測喘振的發(fā)生 應(yīng)用組態(tài) - 可現(xiàn)場組態(tài) - 浮點計算 - 動態(tài)數(shù)據(jù)顯示 - 算術(shù)功能塊 - 用戶功能塊 - 梯形功能塊 - 密碼保護(hù) - 布爾及模擬量強制輸出 - 自動生成應(yīng)用組態(tài)文件，顯示各應(yīng)用塊之間的相互關(guān)系 趨勢組態(tài) - 自動上載數(shù)據(jù)塊 - 毫秒級分辨率 - 拖放變量到趨勢生成器 - 每個趨勢圖可有100個變量 - 左右拖拉時間軸 - 雙光標(biāo) - 停機趨勢上的報警信息 - 和趨勢鏈接的事件記錄 應(yīng)用領(lǐng)域 GE Mark VIe ITCC用于煉油、乙烯、化工及管線傳輸?shù)裙に囘^程，對包括氣體

12、處理工藝中所 使用的殘氣壓縮機、增壓機、冷卻壓縮機及膨脹機等在內(nèi)的離心壓縮機、軸流壓縮機等進(jìn)行轉(zhuǎn)速 控制、防喘振控制和負(fù)荷控制，以及透平與壓縮機之間、壓縮機各段之間的解耦控制。 煉油應(yīng)用：富氣壓縮機、催化裂化主風(fēng)機、循環(huán)氫壓縮機、焦化氣壓縮機等 富氣壓縮機 富氣壓縮機是煉油催化裂化工藝過程中的關(guān)鍵機組之一。反應(yīng)器壓力受到分餾系統(tǒng)的影響，最終由富氣壓縮機入 口壓力決定。GE ITCC可以實現(xiàn)機組啟/停機控制、調(diào)速控制、輔助潤滑油系統(tǒng)控制、密封系統(tǒng)控制等，在保證透平壓 縮機設(shè)備安全的基礎(chǔ)上可以幫助用戶實現(xiàn)自動負(fù)荷調(diào)節(jié)。 富氣壓縮機 壓縮機第1段 壓縮機第2段 友好的人機界面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 # # # # # # 轉(zhuǎn)速控制/ 性能壓力控制 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 防喘振閥 FT 防喘振閥 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 乙烯應(yīng)用：裂解氣壓縮機、丙烯壓縮機、乙烯壓縮機等 丙烯壓縮機 丙烯壓縮機是乙烯裝置里三大關(guān)鍵機組之一。其特點是壓縮機由多段組成，并在同一軸

21、系上，各段有獨立的防喘振控制回路。 GE ITCC除可以實現(xiàn)主機系統(tǒng)控制及輔助系統(tǒng)控制外，還可以實現(xiàn)防喘振控制回路之間的解耦，最大程度改善機組整體運行效率。 丙烯壓縮機 壓縮機第1段 壓縮機第2段 壓縮機第3段 壓縮機第4段 XV 隔離閥 H XV 隔離閥 H XV 隔離閥 H XV 隔離閥 H TE PT FT FT FT TE PT PT 轉(zhuǎn)速控制/性能壓力控制 PT TE FT TE PT FT TE PT TE XV 隔離閥 H I LY P I LY P I LY P 防喘振閥 I P 液位控制閥 I 液位控制閥 I 液位控制閥 FY LT I P LT 防喘振閥 FY 防喘振閥 P

22、 FY LT P FY 防喘振閥 LT I P LY 溫度控制閥 I P I P I P I P 手動控制閥 HY 溫度控制閥 TY 溫度控制閥 TY 溫度控制閥 TY 管線傳輸應(yīng)用：燃機驅(qū)動或電機驅(qū)動并聯(lián)工作的壓氣機 管線傳輸 在管線傳輸工藝的并聯(lián)機組中，GE ITCC的專用控制算法可以在保證每臺機組 化肥應(yīng)用：合成氣壓縮機、氨壓縮機、二氧化碳壓縮機、工藝空氣壓縮機等 氨壓縮機 安全的前提下實現(xiàn)自動負(fù)荷分配。 管線傳輸 氨冷凍壓縮機的主要作用是提供穩(wěn)定的低溫環(huán)境，使反應(yīng)得到的氨氣液化。GE ITCC可以集成透平控制、各段防喘振控制、負(fù) 荷控制、及輔助系統(tǒng)控制等。 壓縮機1 氨壓縮機 FT TE TE 壓縮機第1段 壓縮機第2段 壓縮機第3段 壓縮機第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 防喘振閥