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催化裂化机组节能优化控制解决方案主风机组控制

富气压缩机组控制

公司简介

北京康吉森自动化设备技术有限责任公司创办于 1999 年，隶属于中

国自动化集团，于 2007 年在香港主板上市（股票代码：00569），公司秉

承多元合作的理念，以不同专业与知识背景构成了公司多元创新的文化氛

围，主要工程研发人员来自于自动化、化工工艺、机械转动设备、IT、电

子等专业，不仅具有优秀的教育背景和专业能力，还有丰富的现场经验和

雄厚的专家团队。

康吉森一直致力于向石油化工、煤化工、天然气管线、冶金、电力等

行业提供具有国际先进水平的安全与节能优化整体解决方案，是一家集研

发、工程项目执行、销售与售后服务于一体的高科技公司。公司主营产品

有安全仪表系统（SIS）、火灾及气体检测保护系统（FGS）、大型透平压

缩机智能及优化控制系统（CCS/iMEC）、发电机组综合控制系统（DEH），

至今已提供 4000 多套控制系统的完整解决方案。

公司总部位于北京，拥有占地面积 6000 平米的集成厂房，并且设有

独立的工程中心，近 200 位工程技术人员可以完成工程设计、软件开发、

硬件生产、系统集成、系统调试、用户培训等工作。公司在上海、广州、

南京、济南、西安、沈阳、新疆等地设有销售和售后服务分支机构，以便

近距离及时响应和解决用户在生产中遇到的问题。

伴随工业 4.0 的到来，中国流程工业也正经历从“人工操作”向“智能工

厂”的转型，康吉森融合了互联网+、大数据、云计算等新技术，以底层监

控系统的核心数据库为基础，将生产装置和压缩机组的运行监控、设备诊

断、报警管理、远程专家支持等应用通过云平台链接起来，实现大数据的

存储、分析和智能优化控制，同时实现远程专家技术支持和服务。

目录

目录

1- 3 控制对象说明

催化裂化工艺简介

主风机组作用简述

富气压缩机组作用简述

主风机组控制介绍 4-6

主风机控制

烟机控制

汽轮机控制

主风机组控制的节能优化

防喘阀设计选型原则

7-8 富气压缩机组控制介绍

富气压缩机控制

汽轮机控制

富气压缩机控制的节能优化


辅机控制及联锁保护 9

油质监控

密封气监控

汽机冷凝系统监控

机组联锁保护

10 机组状态监测

探头安装要求

机组故障诊断案例

机组节能优化控制改造升级案例 11-14

某催化主风机节能优化改造案例

某富气压缩机节能优化改造案例

控制对象说明

催化裂化是最复杂的炼油工艺过程之一。催化裂化装置的构成一般包括：反

应-再生器部分、主风机部分、分馏部分、气压机部分、吸收稳定部分、余热锅

炉部分和低温热利用部分。有的装置还包括汽油脱硫醇等产品精制部分。

反应-再生部分是装置的核心部分。原料油的裂化和催化剂的再生均在此部

分完成。各产品的产率和催化剂的再生效果均由反应再生部分决定。反应-再生

部分包括反应沉降器、提升管反应器、再生器、内外取热器、催化剂罐、助燃剂

和钝化剂加入设施及反再系统特殊阀门等。

主风机部分负责为再生器提供烧焦用空气，是装置的核心部分。对于大型化

催化裂化装置，设置烟气能量回收系统可以大幅度降低能量消耗和操作费用，因

此机组配置比较复杂。一般来说，主风机部分包括主风机-烟气轮机机组、备用

主风机机组、增压机机组、三级旋风分离器、催化剂储罐、四级施分分离器和临

界流速喷嘴、水封罐和空气-烟气系统的控制阀门等。

分馏和吸收稳定部分的任务是分离和回收反应所产生的各种产品。产品收率

的高低由该部分决定。

分馏系统的产品是轻柴油和油浆。分馏部分由分馏塔、轻柴油汽提塔、重柴

油汽提塔、油浆汽提塔、原料储罐和回炼油罐、换热系统设备、加热炉、油气分

离器、工艺机泵以及控制系统等组成。分馏系统的工艺流程比较复杂，各装置之

间的主要区别一般体现在换热流程的不同上。

富气压缩机（气压机）系统连接分馏和吸收稳定两大部分。该部分由气压机

组和入口分液罐以及控制系统组成。采用汽轮机驱动的气压机组可以变转速运

转，因而可以最大限度地调节气压机的负荷，操作费用较低。

吸收稳定系统的产品是干气、液化石油气和稳定汽油。吸收稳定部分包括吸

收塔、解吸塔、再吸收塔、稳定塔、冷换设备和工艺机泵等。

余热锅炉是回收再生烟气余热的专用设备。该部分包括余热锅炉或 CO锅炉、

CO焚烧炉本体、水封罐、烟道阀门和烟囱等。

产品精制部分一般包括干气脱硫、液化石油气脱硫脱硫醇、汽油脱硫和脱硫

醇以及轻柴油精制。

机组优化控制解决方案

催化装置催化剂表面因结焦而失去活性，如果要恢复其活性，需要通入空气

烧焦，经烧焦后的催化剂可再生，再与催化原料油反应。烧焦过程中产生之烟气，

经除尘后由再生器顶部排出。由此可知，再生器底部需要提供充足的空气（即主

风），由主风机（轴流压缩机）承担，它是催化裂化装置的核心设备,主风机须

连续运转,如果该设备停止运转，催化裂化装置也就停产，所以，除了主风机，

还有备用风机。

再生高温烟气所带走的能量约占全装置能耗的 26%，装置利用烟气轮机来回

收此部分能量，烟气的能量除了满足主风机动力需要外，还能给全厂输出电力，

烟气轮机的成功使用为石化企业的节能降耗可做出巨大的贡献。

因此，主风机组又称能量回收机组，其结构通常由三机（轴流压缩机+烟机+

电机/发电机）构成主风机三机组或由四机（轴流压缩机+烟机+汽轮机+电机/发

电机）构成主风机四机组。

催化裂化主风机四机组的工艺流程图

CONSEN AUTOMANTION01 CONSEN

AUTOMANTION02

催化裂化工艺简介

主风机组作用简述

由分馏塔顶油气分离器来的富气，经富气压缩机（“气压机”习惯叫法）入

口前的文丘利管及入口闸阀进入气压机的第一段压缩，压缩后的气体进入中间气

体冷却器，富气经冷却器冷至 40度后，进入气压机的气液分离器进行气液分离。

分液后的气体进入气压机二段压缩，然后出口进入吸收稳定部分。气压机中间分

液罐分离出的凝缩液则由凝缩液泵送入吸收稳定部分，小型装置可返回分馏部

分。有的装置在压缩机入口设有气液分离罐，并配有相应的凝液排出系统。考虑

到紧急状态，设有富气放火炬系统，由放火炬线上风动蝶阀或风动闸阀控制。为

在机组事故紧急停机时能及时将入口卸压，在停机信号发出时，入口放火炬阀连

锁自动打开。为了防止机组喘振，采用二段防喘振回路控制，来控制防喘振调节

阀开度，以保证操作点不进入喘振区，保持压缩机运行的稳定。

富气压缩机组工艺流程图


主风机组控制介绍

主风机的控制

流量控制：

主风机的流量控制是由主风机的进口调门根据再生器所需空气量的大小而

进行导叶调节。

防喘振控制：

当主风机的实际工作流量低于某一数值时，控

制系统根据测量的参数及预先编制的专用的喘振

控制应用程序进行判断、计算、输出，打开防喘振

放空阀，增加风机的流量，防止喘振的发生。

防逆流保护：

逆流保护是继主风机防喘振控制保护系统之后的第二道保护性措施，系统按

照预先设定的逻辑判断是否发生逆流，如果发生持续逆流，系统将采取保护措施，

进入机组安全运行模式或联锁停机。

安全运行模式控制：

当机组有在正常运行中因装置操作需要或机组本身的原因，暂时切断向再生

器供风，且不停主风机时的一种“自保运行”状态的需要时，系统控制机组在正

常操作转速下运行（静叶角度保持在 22 度），但不向再生器送风。

烟机控制

烟机轮盘温度控制：

烟气轮机设有轮盘冷却蒸汽系统，正常操作条件下，由轮盘温度自动控制冷

却蒸汽流量。


AUTOMANTION04

富气压缩机组作用简述

烟气控制：

在机组正常运转时，应全关双动滑阀，所有烟气通过烟气轮机做功后再去余

热锅炉回收余热。当烟气中催化剂含量过高、颗粒度超标或烟气轮机故障时，烟

气轮机应解列，此时应全关烟气轮机入口高温蝶阀及入口高温闸阀，烟气通过双

动滑阀、孔板降压器后去余热锅炉。

汽轮机的控制

汽轮机转速控制：

四机组中汽轮机作为原动机，速度控制

分阶段进行：

汽轮机起机阶段，速度控制根据汽轮机

主机厂提供的升速曲线，进行升速控制，升

速过程设有暖机转速和临界转速区，保证机

组安全平稳的升速。

汽轮机正常运转阶段，机组同期并网处于发电状态，机组将按电网频率变化

调节转速；进汽量的发生变化将改变机组发电量的多少。

汽轮机超速保护：

按照 API标准，整个机组配置有独立的三

取二超速保护器对机组实行超速保护。

主风机组控制的节能优化

喘振线实际验证

机组的喘振线会由于制造误差和运行损耗偏离预期喘振线，运行条件与设计

之间的变化也会偏离预期喘振线，致使机组工艺控制和防喘振控制产生偏差，喘

振线验证可以得到准确的喘振线，以确定工艺控制和防喘振控制限制值，为工艺

控制优化奠定基础。


机组性能控制优化

主风机组出口流量及压力实现优化

控制，根据工艺需求自动调节主风机组

静叶及防喘振阀，真正实现了轴流主风

机自动匹配装置工艺运行的目的，装置

运行更加平稳，主风机运行在了最佳效

率区间。

烟机自动升温及升降速控制

烟机自动升温及升降速控制，完全解决了人为升温控制精度不够及影响再生

器压力等问题。

机组能效监视

机组效能监视软件根据仪表测量的数据，根据热力学原理，在线计算出机组

每个段的内功率和多变效率。可对全部各段的内功率求和，对各段的多变效率加

权求总平均值，为机组节能优化操作提供了度量手段。


防喘阀的选型原则包括：通过计算满足防喘振控制的流通能力；阀体形式要

考虑工艺介质、工艺参数的条件；阀体材质要考虑腐蚀、磨损和介质温度；执行

机构应有足够的推力，与阀门定位器配合，做到开度准确。阀门的动作响应要求

快速打开；失效方式要满足故障-安全模式，确保在失电或失去气源的情况下机

组安全。


AUTOMANTION06

富气压缩机组的控制

富气压缩机的控制

防喘振控制

富气压缩机为单缸两段，两段叶轮采用背靠背

的设计，两端之间有冷却器和分离，防喘振控制按

两段分别计算进行高选。

性能控制：

根据工艺要求，富气压缩机通常有出口保

持恒压的要求，正常运转时，通过升高或降低

汽轮机的转速从而保持压力的稳定。在机组有

喘振发生时，性能控制于喘振控制需要采取联

偶的方式控制运行。

汽轮机的主要控制

汽轮机转速控制：

汽轮机作为原动机，汽轮机的速度控制分阶段进行，汽轮机起机阶段的转速

控制，根据汽轮机主机厂提供的升速曲线，进行升速控制，升速过程设有暖机转

速和临界转速区，保证机组安全平稳的升速。

汽轮机正常运转阶段，机组同期并网处于发电状态，机组将按电网频率变化

调节转速；进汽量的发生变化将改变机组发电量的多少。

汽轮机超速保护：

按照 API标准，整个机组配置有独立的

三取二超速保护器对机组实行超速保护。


富气压机控制的节能优化

喘振线实际验证

机组的喘振线会由于制造误差和运行损耗偏离预期喘振线，运行条件与设计

之间的变化也会偏离预期喘振线，致使机组工艺控制和防喘振控制产生偏差，喘

振线验证可以得到准确的喘振线，以确定工艺控制和防喘振控制限制值，为工艺

控制优化奠定基础。

机组性能控制优化

通过分馏塔顶压力自动耦合控制汽轮机转

速及防喘振阀，即使在机组低负荷时也能实现

压（防喘振控制）线运行，工艺操作可根据工

况调整设定点，机组控制系统就能实现全自动

优化运行，使压缩机工作在了最佳效率区间,减

少蒸汽的消耗量。

机组效能监视

机组效能监视软件根据仪表测量的数据，根据热力学

原理，在线计算出机组每个段的内功率和多变效

率。可对全部各段的内功率求和，对各段的多变

效率加权求总平均值，为机组节能优化操作提供

了度量手段。


防喘阀的选型原则包括：通过计算满足防喘振控制的流通能力；阀体形式要

考虑工艺介质、工艺参数的条件；阀体材质要考虑腐蚀、磨损和介质温度；执行

机构应有足够的推力，与阀门定位器配合，做到开度准确。阀门的动作响应要求

快速打开；失效方式要满足故障-安全模式，确保在失电或失去气源的情况下机

组安全。


AUTOMANTION08

机组辅机控制及联锁保护

油质监控

油路系统控制

油路系统控制包含润滑油和控制油油温、

油压的控制、主油箱和事故油箱的液位控制和

主辅泵的切换控制。

润滑油油质监测

通过对油的几个关键指标（水分、金属颗粒数、油质老化度等）监测，分析

判断油质情况，并对未来变化进行预测。

密封气监控

机组密封多采用干气或氮气，控制系统始终保持密

封气体于平衡管气恒定的差压制，不让压缩机气缸内

的气体有任何的向外泄漏，同时对密封的排气加以监

测保护。

汽轮机冷凝系统监控

汽轮机冷凝器控制包括：抽真空、温度控制及液位保护。冷凝器真空度越高，

排气温度越低，汽轮机热循环效率越高。

机组联锁保护

在机组在运行中，如果检测仪表所检测的

运行参数达到极限值时，系统按联锁逻辑（如

润滑油低低三取二、密封排气压力高高三取二

等等）实现联锁停车保护，保证机组设备的安

全。


机组状态监测

机组专配有状态监测系统，监测机组轴振动与轴位移，如数值达到报警值，

发出报警；如达到联锁值，将联锁停机。在机组升速过临界转速时，状态监测系

统应自动放大轴振动联锁值，避免过临界转速误停车。

探头安装要求

键相位探头与相互垂直的 YX探头配合，可

用来确定轴径向振动的方向。调整动平衡时，

可以根据键相位探头测量的振动相位角，确定

在转子的什么位置增加或减少配重。

机组故障诊断案例

机组参数：

故障现象：非驱动端轴振动有波动并缓慢上升。10 天后，轴振动突然增大，最

大达到轴向 116微米，径向达到 98微米。

故障分析：轴心轨迹图呈现椭圆形，频谱瀑布图上一倍频明显偏高；操作员站显

示的一倍频的轴心轨迹图也呈现椭圆状，操作员站出现轴振动高报警；结合焦化

富气的物料特性，初步判断为转子组件结焦严重，造成转子不平衡，轴振动一倍

频升高。

诊断意见：对压缩机进行开盖检修，清理转子结焦。

故障谱图:

检修效果：开盖清理转子后故障排除，轴振动在 10-13微米，机组运行正常。

轴功率 1300kW

转速 11370rp

m 入口流量 1500Nm3

/min 入口温度 40℃

入口压力 0.145MP

a(A) 出口压力 1.4MPa


AUTOMANTION10

机组节能优化控制改造升级案例

一、、某催化主风机节能优化改造案例

项目背景

某公司 150万吨催化裂解装置中的核心设备主风机组(含备机和增压机)中

的主风机组为电机-轴流主风机-烟气轮机组。采用北京康吉森自动化涡轮机组控

制（TMC）解决方案，控制系统的核心为三冗余（TMR）故障安全型系统。

优化方案

通过主风机组出口压力及出口流

量自动控制静叶及防喘振阀的控制方

案，实现两个控制回路之间的解耦。

在此项目之前国内没有项目成功投用

主风量与压力全自动控制轴流式主风

机组静叶和防喘阀。可以选择流量优

先或压力优先两种自动控制模式，实

现了主风机的最佳工作工况和稳定运

行。

具体工作原理概述如下：

1、需要升高出口压力及出口流量

时，控制系统会首先关闭防喘振阀，

而后再开静叶。

2、需要降低出口压力及出口流量

时，首先关小静叶，而后再开防喘振

阀。

优化效果

主风机组出口流量及压力实现优化控制，根据工艺需求自动调节主风机组静

叶及防喘振阀，真正实现了轴流主风机自动匹配装置工艺运行的目的，装置运行

更加平稳，主风机运行在了最佳效率区间。由于主风机组效率受到环境温度的变

化，增加优化控制后机组控制自动跟踪环境温度的变化，保持高效运行。同时增

加了烟机自动升温及升降速控制，完全替代了人为升温控制精度不够，影响再生

器压力的问题。


二、、某富气压缩机节能优化改造案例

项目背景

某石化企业 140万吨/ 年催化装置富气压缩机组为汽轮机驱动的一台离心式2MCL606 -19压缩机组。控制系统的核心为三冗余（TMR）故障安全型系统，采用

北京康吉森自动化涡轮机组控制（TMC）解决方案。

优化方案

通过分馏塔顶压力自动耦合控制汽

轮机转速及防喘振阀，即使在机组低负

荷时也能实现压（防喘振控制）线运行，

工艺操作可根据工况调整设定点，机组

控制系统就能实现全自动优化运行，达

到了压缩机的最佳工作工况和稳定运

行。

具体工作原理简要概述如下：

1、需要降低分馏塔顶压力时，控

制系统会首先关闭防喘振阀，而后再提

升转速。

2、需要提高分馏塔顶压力时，首

先降低转速，而后再开防喘振阀。

优化效果

2015 年 12 月 16 日，本装置开车及机组精调完成后，采用 DCS远程给定

分馏塔顶压力自动调节汽轮机转速及防喘阀，真正实现了压缩机自动匹配装置工

艺运行的目的，使装置非常平稳的运行，并且使压缩机工作在了最佳效率区间，

汽轮机蒸汽消耗每小时比原先减少了 3 吨以上蒸汽。

机组控制方案根据工艺操作要求实现自动控制分馏塔顶压力，既保证机组安

全又实现优化高效。


AUTOMANTION12

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