溴化锂制冷机组控制系统改造与总结

溴化锂制冷机组控制系统改造与总结

庞晓骅

（中国石化中原石化有限责任公司，河南 濮阳 457000）

摘要：化工装置现场小型机组普遍都存在监控不便、维护困难等问题。其主要原因是控制系统的组态不透明，导致无法在工况变化后无法及时有效调整和优化造成的。通过对溴化锂制冷机组控制系统进行研究和改造后，新系统具备原系统的所有基础功能，同时实现了控制组态透明化，应用性能上得到极大提升。

关键词：PLC；组态；改造

引言

大型化工装置一般包含一些小型辅助单元，其运行通常由现场PLC控制实现。其主要的缺点就是设备厂家往往对PLC的程序组态程序进行加密，造成组态程序的不透明，因而后期系统的维护、故障处理、优化改造等只能依靠原厂家提供服务，用户受到了极大的制约，为此也需要耗费大量资金。本文以我公司溴化锂制冷机组的升级改造为例，详细介绍了改造的方案制定与实施过程，并总结了优化改进的必要性及其意义。

1、项目背景

公司的原溴化锂制冷机组于2008年建造完成，机组设备供应商为江苏双良，型号为SXZ3-204(15/7)H2M。机组原设计无远程监控，且运行后期存在故障频发等问题。该机组控制系统采用的PLC是GE公司的C200HE-CPU42，已于2015年停产。且由于组态保密，通过原厂家升级改造需要大量的资金投入。且附属的仪表，大多是专用仪表，通用性不强，备件采购困难。因此，需要对其控制方案、硬件配置等进行梳理，进而彻底的系统改造。

2、工作流程

本次改造的机组为蒸汽双效型溴化锂吸收式冷水机组，是一种以饱和水蒸气为热源，水为制冷剂、溴化锂水溶液为吸收剂，在真空状态下制取空气调节和工艺用冷水的设备。其主要由高压发生器、低压发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、高温溶液板换、低温溶液板换、凝水板换、溶液泵和冷剂泵等组成[1]，各部分的流程和功能如下。

1）热源蒸汽流程：低压饱和蒸汽进入机组高压发生器的换热管内，加热溴化锂稀溶液，使其沸腾产生高温冷剂蒸汽，同时浓缩形成溴化锂中间溶液。热源蒸汽凝结形成的高温凝结水进入凝水板换，进一步释放热量加热溴化锂稀溶液。

2）冷水流程：冷水回水进入溴冷机的蒸发器的换热管内，此时水的蒸发温度仅5.5℃，冷剂水在蒸发器管外蒸发，将管内的冷水温度降低至7℃，经冷水系统循环泵送回用户。

3）冷却水系统：来自冷却塔的冷却水分别进入溴冷机的吸收器和冷凝器换热管内，吸收溴冷机循环过程中产生的热量，温度升高后回到冷却塔继续循环冷却。

4）溴化锂溶液：溴化锂稀溶液在高压发生器中溴化锂稀溶液浓缩成为中间溶液，浓缩过程产生的高温冷剂蒸汽进入低压发生器作为热源，溴化锂中间溶液经过高温溶液板换后进入低压发生器，中间溶液继续浓缩形成溴化锂浓溶液，产生的冷剂蒸汽进入冷凝器，浓溶液经过低温溶液板换后进入吸收器，吸收冷剂蒸汽变成稀溶液。

5）冷剂水：冷剂水在蒸发器管外蒸发产生冷剂蒸汽，被吸收器的溴化锂浓溶液吸收，高压发生器产生的冷剂蒸汽在低压发生器中放热形成凝结水回到冷凝器，低压发生器产生的冷剂蒸汽进入冷凝器，被冷却为凝结水，回到蒸发器内继续蒸发[2]。

3、检测和执行单元

机组本体的检测元件包括：温度、压力、流量、液位共四类，其各自的功能及相应传感器类型、数量如表1所示。

表1检测元件清单

机组执行器主要是各类泵和调节阀，其类型、数量如表2所示。

表2执行器清单

4、控制功能

机组控制系统的主要功能是利用现场PLC,根据用户的设定参数完成机组运行的自动控制，同时对进组在运行过程中进行安全保护和故障报警。主要功能包括：启停机控制、运行参数的实时监测和显示、负荷自动调节，如表3所示。

表3机组控制系统主要功能

5、保护功能

机组控制系统设有安全保护机制，当机组运行超过设定的保护参数时，机组将报警并执行保护动作。

5.1防冻保护

1）当冷剂水低于保护温度时，停溶液泵、关闭蒸汽阀，制冷效果随之停止，防止冷剂水和蒸发器管内冷水因温度过低而冻结；

2）当冷媒水断流后停止溶液泵，并关闭蒸汽阀，制冷效果随之停止，防止冷剂水和蒸发器管内冷水因温度过低而冻结。

5.2 防晶保护

1）当高温换热器发生结晶时，高发液位升高，超过一定位置后，液位继电器动作，停溶液泵。高发内高温溶液通过稀溶液管道回流到吸收器；高压发生器液位液位降低后，液位继电器复位，溶液泵重新运转；

2）当低发出口溶液温度超过100℃，当高发出口溶液温度超过160℃，关小或关闭蒸汽阀，并发出报警。

5.3 防止冷剂水污染

限制冷却水低温。冷却水温度过低，会造成冷凝器中的冷凝压力过低，高低压发生器过程过于剧烈，将溴化锂溶液带入冷凝器中，污染冷剂水。

5.4 其他保护

1）防高压发生器超压。两效溴冷机高压发生器的运行压力不宜高于100KPa，当高发内压力超过100KPa时，关小或关闭蒸汽调节阀；

2）防蒸发温度过高。当机组运行不正常时，造成制冷效果差，蒸发温度异常上升，应及时停车；

3）溶液泵、冷剂泵、真空泵过流保护[2]。

安全保护项及设定值如表4所示。

表4安全保护参数

6、改造实施与总结

此次改造，电仪改造是主要部分，主要更新了控制柜和电气柜以及附属仪表，改造主要包含了如下几项内容：

1）更新控制柜，主要将PLC更新为常用的西门子S7-1200；

2）更新电气柜，主要将变频器进行更新；

3）更新现场14台温度和压力仪表，且为通用型仪表；

4）根据梳理的运行流程、保护功能，重新编制组态，并测试运行。

除了满足基础功能之外，改造后的控制系统还包含了一下优化功能：

1）通风散热：为控制柜和电气柜增加吹扫和散热功能，防止高温影响系统运行；

2）数据存储：控制系统自动存储机组最近一周的运行数据，前五次故障内容，以及前三次发生故障时的故障内容和运行参数；

3）通讯功能：新增DCS与PLC通讯，将数据远传至DCS，实现远程监控。

结语

通过此次改造，解决了控制系统和部分电仪设备老化、备件断货、控制方案无法调整等一系列问题，且在此基础上增加了控制柜通风散热、与DCS通讯等优化功能，解决了无法远程监控机组实时运行参数的难题，提升了机组运行的安全性和稳定性，为类似机组的改造提供了一定参考价值。

参考文献

[1]戴永庆.溴化锂吸收式制冷技术的回顾与展望[J].制冷技术，2001(01):21-24.

[2]李平阳.溴化锂制冷技术在低温热回收利用中的应用[J].中外能源，2010(02):96-99.

[3]王剑新.浅谈溴化锂制冷机组系统的自动控制方案[J].制冷与空调，2014(11):63-67.