CCC防喘振控制介紹資料【全】

1、1,ccc 及其在煉油裝置的應(yīng)用 compressor controls corporation (ccc,2012 compressor controls corporation,2,交流內(nèi)容,1. ccc公司控制技術(shù)特點,2.可用性與可靠性,4.ccc的工程實踐,3.并聯(lián)負荷分配優(yōu)化控制,5.壓縮機性能咨詢 (cpa,6.ccc公司5系列控制系統(tǒng),fcc機組優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng),2012 compressor controls corporation,3,1. ccc公司控制技術(shù)特點,2012 compressor controls corporation,4,machinery 機組,proce

2、ss 工藝,controls 控制系統(tǒng),ccc turbomachinery controls ccc機組控制技術(shù),2012 compressor controls corporation,5,流量,壓力,增加控制裕度,ccc控制技術(shù)-限制控制,2012 compressor controls corporation,6,擴大了操作范圍,一般的控制,ccc的控制,運行點,極限,運行點,設(shè)定點,基本因素 - 先進的算法 - 解耦控制 - 高速的硬件,極限,設(shè)定點,2012 compressor controls corporation,7,喘振現(xiàn)象,qs, vol,pd,讓我們用一個離心式空氣壓

3、縮機 向一密閉容器內(nèi)供氣的模型來解釋 喘振是如何形成的,2012 compressor controls corporation,導致出現(xiàn)喘振的因素,開車 停車 在低負荷下操作 在高負荷下運行出現(xiàn)下述工況: 緊急停車 動力降低 操作人員失誤 工藝擾動 負荷變化 氣體成份變化 冷卻器故障 過濾器故障 驅(qū)動故障 喘振不僅僅出現(xiàn)在低負荷操作工況下，而是在各種工況下都可能出現(xiàn),2012 compressor controls corporation,9,如何避免喘振,增快反應(yīng)速度 變送器 閥 控制器 系統(tǒng)體積 用專門設(shè)計的控制技術(shù) 自動開環(huán) 解耦控制 可調(diào)喘振控制線 自調(diào)整增益控制參數(shù) 喘振線確定及喘

4、振試驗,2012 compressor controls corporation,10,壓縮機控制所面臨的挑戰(zhàn),一個成功的壓縮機控制系統(tǒng)應(yīng)由下列部分組成： 一個能夠準確定義操作點及其相應(yīng)的喘振極限的算法 能夠允許數(shù)字控制器進行快速及時的模擬控制的控制器執(zhí)行速率 控制響應(yīng)能夠針對不同的操作工況使用不同的安全裕度 先進的控制方案能夠防止回路間相互作用所產(chǎn)生的負面影響 動作迅速，流通能力適宜的防喘振控制閥 去除整個系統(tǒng)內(nèi)不必要的死區(qū)時間和滯后時間,2012 compressor controls corporation,11,控制算法,典型的壓縮機性能曲線圖包括： (qs, hp), (qs, rc

5、), 或 (qs, pd) 坐標系統(tǒng),這里,qs = 能夠表示為實際或標準體積流率的入口流量 hp = 多變壓頭 rc = 壓縮比 (pd / ps) pd = 壓縮機出口壓頭 ps = 壓縮機入口壓頭 ks = 等熵壓縮指數(shù),這些定義的性能曲線圖用于一組特定的入口條件: ps, ts, mw 及 ks,2012 compressor controls corporation,12,控制算法,通常情況下，使用由oem 廠家所提供壓縮機性能曲線圖的坐標系統(tǒng)所存在的問題是這些坐標系統(tǒng)與入口條件有關(guān)，如下所示,2012 compressor controls corporation,13,控制算法,

6、那么，喘振極限就會變成一個曲面，而不是一條曲線,為了實現(xiàn)控制目標，對于幾何結(jié)構(gòu)不變的壓縮機，我們希望喘振線（sll）由單一的曲線來表示,2012 compressor controls corporation,14,控制算法,產(chǎn)生全新的控制算法的過程: 審查實際需要 開發(fā)一個數(shù)學模型 通過計算機建模對控制算法進行模擬仿真 將此控制算法應(yīng)用到現(xiàn)場,2012 compressor controls corporation,15,控制算法,表述壓縮機操作特征的基本變量,hp = f0(q, w, m, r, a, d, a,j = f1(q, w, m, r, a, d, a,這里: hp= 多變壓

7、頭 j= 功率 q= 體積流率 w= 轉(zhuǎn)速 m= 粘度 r= 密度 a= 本地音速 d= 特征長度變量 a=入口導葉角度,下述變量用于設(shè)計及對壓縮機的特征進行表述 通過參數(shù)分析（或歸納），我們分離出兩組無關(guān)的坐標系,這里: hr= 簡化的壓頭 qr= 簡化的流量 ne= 線性化的轉(zhuǎn)速 a= 導葉角度 jr= 簡化的功率 re= 雷諾數(shù) rc= 壓比,2012 compressor controls corporation,16,控制算法,無關(guān)坐標系(hr, qr2,相關(guān)聯(lián)的坐標系 (hp, qs,這里: hp= 多變壓頭 qs= 入口體積流量 hr=簡化的壓頭 qr2= 簡化的流量的平方,20

8、12 compressor controls corporation,17,控制算法,相關(guān)坐標系 (rc, qs,這里: rc= 壓頭 qs= 入口體積流量 qr2= 簡化的流量的平方,無關(guān)坐標系 (rc, qr2,2012 compressor controls corporation,控制算法,無關(guān)坐標系,curve 1: mw = 4.62;ps = 6.033 kg/cm2 a curve 2: mw = 5.90;ps = 6.800 kg/cm2 a curve 3: mw = 7.90;ps = 14.900 kg/cm2 a curve 4: mw = 8.20;ps = 6.

9、800 kg/cm2 a curve 5: mw = 9.70;ps = 14.900 kg/cm2 a curve 6: mw = 10.8;ps = 14.900 kg/cm2 a,循環(huán)氫壓縮機,相關(guān)坐標系,2012 compressor controls corporation,這里: zs,d = 壓縮機入口，出口壓縮因子 zavg = 平均壓縮因子= ts = 入口溫度 rc = 壓縮比= pd = 出口壓力 ps = 入口壓力 r = - 氣體常數(shù) mw = 分子量 ru 通用氣體常數(shù),無關(guān)坐標系,cp = 等壓指數(shù) cv = 等容指數(shù) hp = 多變效率,zs,zd,2,p,d,

10、p,s,多變壓頭和質(zhì)量流量的平方公式如下,s,s,1,c,r,s,avg,r t,z,hp,p,p,os,s,d,s,s,r t,z,r,u,mw,s,h,k,k,p,1,c,p,c,v,k = 等熵指數(shù),2012 compressor controls corporation,無關(guān)坐標系,每個公式內(nèi)去掉因子a,根據(jù)經(jīng)驗, 我們知道 zavg/zs 比率變化可以忽略不計。假設(shè)此比率在壓縮機操作范圍內(nèi)為恒定常數(shù),21,建立喘振線,喘振參數(shù)可以被定義位如下,喘振線各點即可用涵數(shù)f1(hr)對應(yīng)的值 qr2 計算,hr,喘振線上的各點(如右圖)可用至原點的斜率來表示.采用實測方式得到,major c

11、hallenges,2012 compressor controls corporation,22,喘振參數(shù) ss,hr,major challenges,2012 compressor controls corporation,23,引入操作點至喘振控制線之間的距離,第一步: 引入?yún)?shù) d: d = 1 - ss,d 0,d 0,第二步: 引入?yún)?shù) dev(偏差值): dev = d - 喘振控制裕量,dev = 0,dev 0,dev 0,參數(shù)dev 與壓縮機的尺寸無關(guān), 但對所有壓縮機描述都是相同的,優(yōu)點: 在全廠內(nèi)一個標準的無量綱的喘振參數(shù)，操作人員很容易理解: dev 0好 dev

12、= 0在控制線上 dev 0不好,major challenges,2012 compressor controls corporation,24,簡化喘振參數(shù)采用rc替代hr,用壓縮比rc 代替簡化多變壓頭同樣可以獲得與入口條件無關(guān)的坐標系,喘振接近變量 ss 變成,這種算法避免了使用td 和 ts 變送器 重要提示: ccc 仍然強烈建議安裝td 和 ts 變送器 以及轉(zhuǎn)速n 用于監(jiān)視目的,major challenges,2012 compressor controls corporation,25,控制器執(zhí)行速率,模擬式控制器,sll,scl,100,0,控制器輸出,100,0,優(yōu)秀的

13、工程承包商，會對控制器執(zhí)行速率對壓縮機的防喘振能力的影響進行評估 建立壓縮機的動態(tài)仿真 在動態(tài)仿真層面上對數(shù)字式控制器與模擬式控制器進行對比 模擬式控制器無執(zhí)行周期，響應(yīng)迅速 精確整定的模擬式控制器，使超調(diào)量達到最小 使數(shù)字式控制器獲得同樣的整定參數(shù) 使數(shù)字式控制器獲得同樣的擾動,操作點,時間,時間,2012 compressor controls corporation,26,控制器執(zhí)行速率,模擬式控制器,sll,scl,100,0,控制器輸出,100,0,操作點,sll,scl,100,0,控制器輸出,100,0,操作點,數(shù)字式控制器 (每秒兩個執(zhí)行周期,時間,時間,時間,時間,與模擬式控

14、制器的整定相同,模擬式控制器 vs 每秒兩個執(zhí)行周期的數(shù)字式控制器,2012 compressor controls corporation,27,執(zhí)行周期,模擬式控制器,sll,scl,100,0,控制器輸出,100,0,操作點,sll,scl,100,0,控制器輸出,100,0,操作點,ccc 防喘振控制器 (每秒25個執(zhí)行周期,時間,時間,時間,時間,與模擬式控制器的整定相同,模擬式控制器 vs 每秒25個執(zhí)行周期的數(shù)字式控制器,2012 compressor controls corporation,28,當操作點越過喘振控制線scl時, pi 控制將打開回流閥 對于較小的擾動，pi

15、控制將能夠提供足夠的保護 pi 控制在穩(wěn)態(tài)回流操作工況下，將能夠提供穩(wěn)定的控制 緩慢的擾動實例,a,rc,b,sll = 喘振線,scl = 喘振控制線,控制響應(yīng)保護 #1: 喘振控制線 (scl,控制響應(yīng),2012 compressor controls corporation,29,增強 pi 控制器控制的有效性,a,rc,b,當操作點快速向scl移動時, 自適應(yīng)的增益將scl向操作點方向移動 此項功能將使 pi 控制器盡早做出響應(yīng) 其結(jié)果是可以獲得一個較小的穩(wěn)態(tài)喘振控制裕度，而不會犧牲過程的穩(wěn)定性 快速擾動實例,控制響應(yīng),控制響應(yīng)保護#2 自適應(yīng)增益,2012 compressor co

16、ntrols corporation,30,控制響應(yīng),rc,sll = 喘振線,rtl =階梯響應(yīng)線 （recycle trip,scl = 喘振控制線,回流閥的輸出,time,階梯響應(yīng)（recycle trip,pi 控制響應(yīng),控制器總的響應(yīng)是 pi 控制與階梯響應(yīng)之和,總的響應(yīng),保護 #2: 階梯響應(yīng) （recycle trip,2012 compressor controls corporation,31,防喘振控制器操作,scl = 喘振控制線,如果操作點越過了安全線（safety on ），則壓縮機進入喘振狀態(tài),rc,sll = 喘振線,rtl線=階梯響應(yīng)線(rtl,安全響應(yīng)（saf

17、ety on ）將 scl 和 rtl 右移,增加額外的安全或喘振裕度,pi 控制和階梯響應(yīng)（recycle trip ）將使壓縮機穩(wěn)定在一個新的喘振控制線 scl 上,sol = 安全線（safety on,保護 #3: 安全響應(yīng)線 (sol,2012 compressor controls corporation,32,控制響應(yīng),在一個典型的喘振周期內(nèi) 壓力和流量的變化,100,100,0,0,pd,dpo,20 to 50 milli-seconds,1 to 2 seconds,在現(xiàn)場調(diào)試過程中記錄喘振特征,確定喘振過程中流量和壓力的變化率,組態(tài)的喘振臨界值比喘振時實際變化率略為保守,

18、當實際的變化率超過組態(tài)的臨界值時即確定為喘振發(fā)生 可以使用下面的方法進行喘振探測: 流量和壓力快速下降 流量或壓力快速下降 流量快速下降 壓力快速下降 當探測到喘振時將觸發(fā)安全響應(yīng) 當喘振次數(shù)達到一個組態(tài)的數(shù)值時將觸發(fā)一個數(shù)字量輸出,2012 compressor controls corporation,33,2012 compressor controls corporation,34,2012 compressor controls corporation,35,通過變轉(zhuǎn)速進行性能控制,pd,軸功率,2012 compressor controls corporation,36,非集成化

19、的性能和防喘振回路,a,dpo,pic-sp,rc,ps,sll,scl,b,我們現(xiàn)在操作在a點,出現(xiàn)一個較大的擾動,操作點在性能曲線上變化到b點,性能控制器將通過降低轉(zhuǎn)速, 然后降低流量來降低操作點- 操作點運行軌跡的切線如圖所示,這就意味著操作點必須使用 一個很大的控制偏置來避免 喘振,然后使壓縮機穩(wěn)定下來,2012 compressor controls corporation,37,集成化/防喘振和性能控制的解耦,dpo,pic-sp,rc,ps,sll,scl,我們現(xiàn)在操作在a點,出現(xiàn)一個較大的擾動,操作點在性能曲線上變化到b點,此時我們對性能控制器的輸出進行解耦,防喘振控制器告訴性

20、能控制器 提高壓縮機轉(zhuǎn)速,性能控制器的輸出正在提 高轉(zhuǎn)速和流量,操作點運行 軌跡的切線如圖所示,這種響應(yīng)在擾動出現(xiàn)時會使 控制效果非常平穩(wěn),如圖所示,其結(jié)果是防喘振控制器的作用只 需要一個非常小的安全裕度,就能 達到高效節(jié)能的效果,2012 compressor controls corporation,38,實例 富氣壓縮機分子量變化的問題,sg,2012 compressor controls corporation,39,回路間相互影響多防喘振回路,rc,2,r,rc,1,擾動,2012 compressor controls corporation,40,2.可用性與可靠性,系統(tǒng)考量：

21、可用性與可靠性,2012 compressor controls corporation,41,硬件和現(xiàn)場設(shè)備,現(xiàn)場設(shè)備導致的故障要遠遠高于控制器 對于故障率計算，控制器方面的考慮和現(xiàn)場設(shè)備方面的考慮相比，是微不足道的,傳感器 42,控制器 8,2012 compressor controls corporation,42,使用故障策略（fallback）提高壓縮機系統(tǒng)的可靠性和可用性,超過95%的故障由現(xiàn)場設(shè)備而不是控制器造成的 ccc 控制系統(tǒng)使用故障策略（fallback）來處理這些現(xiàn)場故障 控制器連續(xù)地監(jiān)視每個輸入的有效性 如果監(jiān)測到一個輸入故障，控制器將會忽略此輸入，并自動切換到故障

22、策略（fallback）模式 優(yōu)點 避免不必要的停車 報警提示操作員嚴重的故障 提高壓縮機和過程的可用性,系統(tǒng)考量：可用性與可靠性,2012 compressor controls corporation,43,基本的控制系統(tǒng)是否應(yīng)與安全系統(tǒng)分離,基本的問題是: 一致的標準是什么? 政府規(guī)范是如何規(guī)定的? 可靠性與可用性方面的技術(shù)問題有哪些? 哪些是與利潤率有關(guān)的問題,2012 compressor controls corporation,44,國際上一致的標準,iec 61511-1 11.2.2 “在任何實用的情況下,與安全有關(guān)的功能應(yīng)于非相關(guān)安全的功能分開” iec 61511-2 1

23、1.2.4 (長達三頁的描述說明) “一個安全儀表系統(tǒng)(sis)正常情況下應(yīng)與基本控制系統(tǒng)(bpcs)分離,2012 compressor controls corporation,45,美國一致的標準,isa 84.01 b.1.1 “bpcs與 sis 功能的分離減少了控制與安全功能同時失效的可能性.或影響到sis功能的降低.因此通常將bpcs 與sis功能分離是必須的 exxonmobil 艾克森美孚公司政策是將sis與bpcs功能分離,2012 compressor controls corporation,46,美國標準更明確的改進方向,isa 84 委員會已經(jīng)決定向采用 iec 6

24、1511的方向改進, 這是由于iec61511對控制與安全系統(tǒng)分離的文字上有更明確的文字說明. 在 2002年5月isa年會上, 委員會成員確認將完全放棄isa 84.01 而采用 iec 61511 的決定被批準,2012 compressor controls corporation,47,緊急停車的風險,決大多數(shù)事故在啟動,停車,或維護階段發(fā)生. 系統(tǒng)的緊急停車也會帶來風險. 一個與安全系統(tǒng)分離的 bpcs 將降低風險并保證過程仍在可控制之下,而不是簡單地將系統(tǒng)進入緊急停車狀態(tài),2012 compressor controls corporation,48,全壽命的成本,安全與控制組合系

25、統(tǒng)的投資成本較低只是在項目采購的初期階段: 減少了培訓 減少備件 而渦輪機組全壽命的成本主要是能耗- 通常超過90%. 沒有一個能提高運行效率的專用的bpcs,額外所消耗的能耗將大大超過采購初期所節(jié)省的費用,2012 compressor controls corporation,49,可用性的因果,一個以sis為基礎(chǔ)的系統(tǒng)自然傾向于安全性,因此,將增加系統(tǒng)非必要的停車和誤停車的機會和次數(shù). 一個bpcs自然傾向于可用性,而增加過程在線運行時間. 在一個組合系統(tǒng)中,控制功能必須接受sis對于安全的傾向性. 其結(jié)果是:較多的停車和較低的利潤. 當sis與bpcs同在一系統(tǒng)時, 常使sis超出它的

26、處理能力, 而使sis不能及時處理緊急事故; 最終使sis不能達到它原本的作用. 一個分離式的系統(tǒng)可以將安全與控制功能優(yōu)化提高安全性和可用性.其結(jié)果是: 較少的停車 較多的利潤 系統(tǒng)更安全可靠,2012 compressor controls corporation,50,謝謝！ 中場休息,2012 compressor controls corporation,51,3.并聯(lián)壓縮機組負荷分配優(yōu)化控制用于主、備風機及空壓站,2012 compressor controls corporation,壓縮機網(wǎng)絡(luò),壓縮機經(jīng)常以并聯(lián)模式操作，有時以串聯(lián)模式運行 壓縮機網(wǎng)絡(luò)的目的包括： 壓縮機備用 壓縮

27、機使用靈活 增加壓縮機能力 通常每臺壓縮機都是控制的，但是卻忽略了壓縮機網(wǎng)絡(luò)控制。 壓縮機制造廠家通常會把注意力放在單臺的壓縮機上。 在此應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化對于獲得最優(yōu)的喘振保護和網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化至關(guān)重要,2012 compressor controls corporation,壓縮機網(wǎng)絡(luò),并聯(lián)壓縮機控制目標: 精確控制主性能變量 (壓力或流量) 在壓縮機網(wǎng)絡(luò)內(nèi)優(yōu)化負荷分配，同時： 避免喘振 降低能耗 降低每臺壓縮機啟停機帶來的擾動，實現(xiàn)自動并機、停機,2012 compressor controls corporation,工藝,pic,1,1,uic,vsds,壓縮機 1,2,uic,vsds,壓

28、縮機 2,hic,1,入口 總管,調(diào)整的 壓縮機,不調(diào)整的壓縮機,提示 所有控制器 獨立運行 沒有標注變送器,最基本的壓縮機負荷分配 控制過程流程圖,2012 compressor controls corporation,rc,1,rc,2,壓縮機 1,壓縮機 2,調(diào)整的壓縮機,不調(diào)整的壓縮機,這里: qp = 工藝流量 qc= 全部壓縮機流量 qc - qp = 回流流量,qp,1 + qp,2 = qp,1 + qp,2,提示: 最基本的壓縮機負荷分配效率很低 最基本的壓縮機負荷分配增加了壓縮機喘振的風險，因為1#壓縮機承擔了全部擾動的風險。 最基本的壓縮機負荷分配需要操作人員頻繁操作。

29、 不建議使用最基本的壓縮機負荷分配,最基本的壓縮機負荷分配,2012 compressor controls corporation,工藝,pic,1,1,uic,壓縮機 1,壓縮機 2,入口 總管,提示 性能控制器與防喘振控制器獨立運行 由于有額外的流量測量元件(fmd)所以需要較高的投資 由于通過fmd會造成永久的壓損，所以能耗較高,1,fic,2,fic,2,uic,out,out,rsp,rsp,rsp,out,rsp,等流量負荷分配 工藝控制流程圖,2012 compressor controls corporation,rc,1,rc,2,qp,1 = qp,2,等流量負荷分配 并

30、聯(lián)壓縮機控制,壓縮機 1,壓縮機 2,這里: qp = 工藝流量 qc= 全部壓縮機流量 qc - qp = 回流流量,2012 compressor controls corporation,提示 所有控制器響應(yīng)通過串行網(wǎng)絡(luò)相互協(xié)調(diào) 在所有操作工況下使回流達到最小,等距負荷分配工藝控制流程圖,2012 compressor controls corporation,dev = 0,scl = 喘振控制線,rc,1,rc,2,壓縮機 1,壓縮機 2,提示: 在沒有回流或放空的前提下，提高負荷調(diào)整范圍，達到節(jié)能目的。 由于所有壓縮機均衡地吸收工藝擾動，極大地降低喘振風險 自動適應(yīng)不同容量的壓縮機

31、 ccc 專利算法,等距負荷分配 并聯(lián)壓縮機控制,2012 compressor controls corporation,工藝,1a,uic,vsds,1段,vsds,1段,a,lsic,out,rsp,串行 網(wǎng)絡(luò),rsp,b,lsic,1,mpic,串行 網(wǎng)絡(luò),串行 網(wǎng)絡(luò),2段,2段,2a,uic,1b,uic,1b,uic,串行 網(wǎng)絡(luò),串行 網(wǎng)絡(luò),out,機組b,機組 a,如何對多段并聯(lián)壓縮機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)喘振控制線等距控制 ,對負荷分配系統(tǒng)內(nèi)每臺機組選擇最靠近喘振控制線的那一段,通過選擇最靠近喘振控制線的那一段，保證同一機組其它段也沒有回流,等距負荷分配 用于多段并聯(lián)壓縮機,分配負荷 所有機

32、組dev相等 在最靠近喘振控制線的壓縮機段,2012 compressor controls corporation,61,4.ccc的工程實踐,2012 compressor controls corporation,62,ccc的渦輪機械控制系列,提供最優(yōu)性能的專用硬件 實現(xiàn)專用的算法,包含許多專利算法 根據(jù)您的具體應(yīng)用需要提供相應(yīng)的冗余水平 當前的硬件平臺 3+系列 5系列 guardian超速保護系統(tǒng),2012 compressor controls corporation,63,專用的硬件及軟件,確定性的專用功能的硬件 最高標準的系統(tǒng)集成能力 確保最優(yōu)的回路執(zhí)行速率 適用于所有渦輪機

33、械的已證實的,高性能的模塊 針對渦輪機械專用的軟件 專用的(有專利的) ccc專業(yè)知識 標準化并現(xiàn)場證實的應(yīng)用知識 可組態(tài)的,而不需編程的 可互相協(xié)作完成的設(shè)計/不依賴某單一個人的設(shè)計 固化的專用控制回路程序,只能對其進行組態(tài) 提高了系統(tǒng)標準化程度 例如, 控制器的掃描周期是固定的，不受組態(tài)引響 控制器采樣8次,然后計算每一個輸出值,這種防止失真的技術(shù)過濾了高頻干擾,而不失去有用的信號. 例如: 防喘振控制器每2.5毫秒對所有的輸入進行一次采樣,每20毫秒對輸出進行一次更新,2012 compressor controls corporation,65,具針對性的系統(tǒng)工程能力,系統(tǒng)工程師對您的

34、工藝過程應(yīng)用有豐富的經(jīng)驗 ccc有優(yōu)秀的工程師審查您的相關(guān)工藝過程和應(yīng)用并提出改進建議 專業(yè)化地從事渦輪機械控制及相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計 強調(diào)完善的整體系統(tǒng)應(yīng)用,包括機械,測量和最終控制元件,而不僅僅關(guān)心控制器和控制算法 使用從上千個項目中提煉出來的方法和工具 對每個用戶的項目設(shè)計出具體項目的文檔: 詳細的文檔資料使安裝,調(diào)試,以及系統(tǒng)故障查詢非常容易,2012 compressor controls corporation,66,ccc如何開展工作,確定問題 由于壓縮機問題導致裝置停車的次數(shù)? 壓縮機停車的次數(shù)? 是否打開了回流閥或放空閥? 工藝過程是否經(jīng)常出現(xiàn)擾動,安全閥是否經(jīng)常啟跳? 開車/停車

35、是否有困難? 是否有設(shè)備損壞? 是否浪費能量? 可能的解決方案 管線的重新布置 更換傳感器,電纜,接地 更換閥門,執(zhí)行機構(gòu),轉(zhuǎn)換器 實現(xiàn)壓縮機/汽輪機控制 確定實際的喘振線 調(diào)整安全給定點的設(shè)定 ccc 能夠提供 測算投資回報 整體的解決方案 有保證的運行效果,2012 compressor controls corporation,67,系統(tǒng)設(shè)計及要求,流量測量元件 (fmd) 選擇標準 流量測量元件安裝位置 流量變送器的響應(yīng)時間 確定防喘振控制閥的大小 防喘振閥的全行程時間和特性 管線布置 多段防喘振使用一個回流閥 共用冷卻器 在壓縮機入口安裝冷卻器 減少冷卻器的影響,2012 compr

36、essor controls corporation,68,系統(tǒng)設(shè)計的要求:流量測量元件 (fmd) 選擇標準,在防喘振控制系統(tǒng)中, fmd 的主要選擇標準是: 測量的可重復性 足夠的信號-噪音比率 fmd測量的準確性并不是關(guān)鍵問題 必須盡量減少fmd的測量滯后 當前的現(xiàn)狀限制了選擇流量計或基于流速測量法則的測 量元件作為防喘振控制器使用的fmd,防喘振控制器使用 的fmd有: 孔板 文丘里 皮托管 等等. 建議fmd和變送器的流量量程是最大壓縮機流量.建議與壓縮機最大流量對應(yīng)的差壓值應(yīng)是10” 水柱 (250 mmh2o) 或者更大,2012 compressor controls corp

37、oration,69,系統(tǒng)設(shè)計的要求:過濾差壓 (流量) 變送器的效果,我們知道,流量測量對于決定壓縮機運行點與喘振控制線(scl)的距離是必要的 過濾差壓(流量)變送器將破壞重要的信息,50,0,50,0,1.25,2.50,3.75,5,時間 (秒,流量,過濾差壓(流量)變送器信號將使整個防喘振控制系統(tǒng)失靈,2012 compressor controls corporation,70,fmd的理想安裝位置: 壓縮機入口 盡可能靠近壓縮機入口法蘭,fmd不太理想的安裝位置: 壓縮機出口 應(yīng)盡可能靠近出口法蘭,選擇fmd的安裝位置應(yīng)基于: 喘振檢測的需要 出口流量的測量經(jīng)常是非常困難的 購買

38、流量測量元件的資金費用 fmd的操作費用 (永久的壓降,系統(tǒng)設(shè)計的要求: 流量測量元件安裝位置,2012 compressor controls corporation,71,系統(tǒng)設(shè)計的要求:流量變送器的響應(yīng)時間,壓縮機進入喘振的速度是非常快的,在僅僅 400 ms內(nèi), dpo 下降14%, 而dpc下降了2,選擇變送器的品牌和類型應(yīng)基于以下兩個主要因素: 可靠性 響應(yīng)速度,差壓(流量)變送器的上升響應(yīng)時間應(yīng)是200 ms 或更低 壓力階躍是100% 一階響應(yīng)(63%) 要小于200 ms,實際壓力,變送器 輸出,63% 響應(yīng) 1- (1/e,t1 低于 200 ms,壓力變送器的上升響應(yīng)時間

39、應(yīng)為 500 ms 或更低,2012 compressor controls corporation,72,系統(tǒng)設(shè)計的要求:確定防喘振控制閥的大小,確定防喘振控制閥的大小的標準是基于ccc的經(jīng)驗 對可能出現(xiàn)的最大的波動也能提供足夠的防喘振保護 在所有的操作區(qū)域內(nèi)都能提供足夠的防喘振保護 確定防喘振控制閥的大小時應(yīng)保證其所提供的最大流量大于穩(wěn)定操作在防喘振線上所需要的流量 確定防喘振控制閥的大小時應(yīng)防止壓縮機進入阻塞區(qū) 從可控性的角度,防喘振控制閥不宜選擇過大,找出最大轉(zhuǎn)速下的性能曲線與喘振線(sll)的交點 a 計算a點的流通能力cv,calc 使用下列方法選擇標準的防喘振控制閥的尺寸: 1.

40、8 . cv, calc cv,selected 2.2 . cv, calc,rc,qvol,a,2012 compressor controls corporation,73,系統(tǒng)設(shè)計的要求:防喘振閥的全行程時間和特性,防喘振控制閥的全行程速度 防喘振控制閥必須具有能夠針對所有的工藝波動進行充分的防喘振保護的響應(yīng)速度 建議的全行程時間: 全關(guān)到全開時間 2 秒 全開到全關(guān)時間 2秒 全關(guān)時間的長短應(yīng)與全開時間基本一致,以保證防喘振控制回路在開關(guān)防喘振控制閥時使用相同的增益,2012 compressor controls corporation,74,系統(tǒng)設(shè)計的要求:防喘振閥的全行程時間和

41、特性,防喘振控制閥的全行程速度 防喘振控制閥必須具有能夠針對所有的工藝波動進行充分的防喘振保護的響應(yīng)速度 全關(guān)時間的長短應(yīng)與全開時間基本一致,以保證防喘振控制回路在開關(guān)防喘振控制閥時使用相同的增益,2012 compressor controls corporation,75,系統(tǒng)設(shè)計的要求: 管線布置,管線布置會影響整個防喘振控制系統(tǒng)的控制品質(zhì) 防喘振控制系統(tǒng)的主要目標是防止壓縮機出現(xiàn)喘振 這是通過降低壓縮機所受到的阻力來實現(xiàn)的 壓縮機所受到的阻力是通過打開防喘振控制閥來降低的 應(yīng)該盡量減少系統(tǒng)內(nèi)的死區(qū)和滯后時間 這是通過盡量縮短三個法蘭之間的管線容量來實現(xiàn)的 壓縮機出口法蘭 回流閥法蘭 出

42、口單向閥法蘭,2012 compressor controls corporation,76,系統(tǒng)設(shè)計的要求: 多段防喘振使用一個回流閥,一段,二段,為了保護壓縮機的一段,需要打開防喘振控制閥 壓縮機一段出口,單向閥和防喘振控制閥之間巨大的管線容量決定了防喘振控制系統(tǒng)的死區(qū)和滯后時間,巨大的 管線容量,巨大的管線容量顯著降低了防喘振保護的效果 結(jié)果是 較差的喘振保護品質(zhì) 較大的喘振裕度 浪費能量 由于喘振經(jīng)常導致工藝停車,說明 這種特殊的管線布置經(jīng)常在許多催化裂化裝置的富氣壓縮機上見到,2012 compressor controls corporation,共用一個防喘振控制閥增加了回流的滯

43、后時間,77,系統(tǒng)設(shè)計的要求: 共用冷卻器,一段,二段,二段的管線布置對于喘振保護是非常好的 在三個法蘭之間有最小的管線容量,一段的管線布置是不理想的 管線內(nèi)的較大流量通過冷卻器降壓,從而降低了控制系統(tǒng)防止壓縮機喘振的能力,結(jié)果是 較差的防喘振保護品質(zhì) 較大的喘振裕度 浪費能量 由于喘振經(jīng)常導致工藝停車,2012 compressor controls corporation,78,系統(tǒng)設(shè)計的要求: 在壓縮機入口安裝冷卻器,壓縮機 1,壓縮機1的管線布置對于喘振保護是理想的 在三個法蘭之間的管線容量最小,壓縮機 2,壓縮機2的管線布置在工業(yè)上是經(jīng)?？梢砸姷降?冷卻器額外增加了管線容量,從而降低

44、了防喘振控制系統(tǒng)的效果,如果增加的管線容量沒有在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生過度的死區(qū)和滯后時間,那么壓縮機2的管線布置是可以接受的,結(jié)果是 增加了喘振裕度 浪費能量,2012 compressor controls corporation,79,系統(tǒng)設(shè)計的要求: 減少冷卻器的效果,這兩種管線布置對于防喘振控制是很常見的,工藝過程,入口,入口,工藝過程,管線布置 #1: 壓縮機的回流線對于防喘振控制是最優(yōu)組合,管線布置 #2:回流線起點的上游有冷卻器的壓縮機,當選擇管線布置#2時,要確保氣體在 “喘振”管線容量內(nèi)的停留時間不要超過防喘振系統(tǒng)可以接受的滯后時間,2012 compressor controls c

45、orporation,80,喘振試驗,oem提供的預測的喘振線一般與真實的喘振線不一致. 為了實現(xiàn)對壓縮機喘振的精確控制,喘振試驗是必須的. 一般壓縮機的喘振周期為0.3-3秒. 喘振試驗一般在自動狀態(tài)下進行. 當控制器探測到輕微或初始喘振,快速的接替(rt)響應(yīng)迅速將壓縮機脫離喘振狀態(tài).一般壓縮機會出現(xiàn)半個周期的初始喘振. 喘振試驗不會對壓縮機造成破壞,2012 compressor controls corporation,81,喘振試驗(續(xù),每臺壓縮機喘振試驗次數(shù)一般在3次以上,測試點應(yīng)當盡可能覆蓋預測喘振線上所有可能的操作區(qū)域.喘振試驗次數(shù)越多,描繪的真實的喘振線越準確. 實測出壓縮機

46、真實的喘振線后,喘振控制的安全裕度最小可以達到10,2012 compressor controls corporation,82,喘振實驗探測到的壓縮機輕微初始喘振,2012 compressor controls corporation,83,測試軸流式風機喘振線時壓縮機出現(xiàn)半個喘振,2012 compressor controls corporation,84,實測喘振線與預測喘振線比較(1,2012 compressor controls corporation,85,實測喘振線與預測喘振線比較(2,2012 compressor controls corporation,86,實測喘

47、振線與預測喘振線比較(3,2012 compressor controls corporation,87,5.ccc 最新 壓縮機性能咨詢 (cpa,最新功能介紹,2012 compressor controls corporation,2009年開發(fā)的最新功能: cpa是trainview ii的功能選項。 trainview ii 專用 hmi 軟件 高速動態(tài)壓縮機性能曲線 關(guān)鍵事件歸檔 遠程診斷工具 opc兼容的數(shù)據(jù)庫 帶有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能,壓縮機性能咨詢 (cpa,2012 compressor controls corporation,89,cpa 特征,基于oem或性能測試數(shù)據(jù)的實時壓

48、縮機模型 ccc現(xiàn)場服務(wù)工程師測試您的壓縮機性能曲線以產(chǎn)生具體的壓縮機模型 trainview 顯示壓縮機動態(tài)性能曲線 cpa 計算、監(jiān)視、記錄下列壓縮機性能參數(shù) 壓縮比rc 功率 效率 多變壓頭 cpa 跟蹤壓縮機性能參數(shù)的偏差 基于cpa 設(shè)定的偏差趨勢確定當前存在問題，并預測將來可能出現(xiàn)的問題。 用戶設(shè)定性能偏差報警值,2012 compressor controls corporation,90,壓縮機性能曲線監(jiān)視,2012 compressor controls corporation,91,6.ccc公司5系列控制系統(tǒng),2012 compressor controls corpor

49、ation,92,5系列家族產(chǎn)品,5系列家族產(chǎn)品包括: vanguardtm 架裝控制系統(tǒng) relianttm 多變量,多種控制功能控制器 vantagetm gp 機械驅(qū)動用電子調(diào)速器用于通用型工業(yè)汽輪機 vantagetm gd 汽輪發(fā)電機用電子調(diào)速器,用于各類小型汽輪發(fā)電機及單抽汽式熱電聯(lián)供機組 guardiantm 電子超速保護系統(tǒng),2012 compressor controls corporation,93,開放式結(jié)構(gòu),硬件 摩托羅拉 power pc 主處理器 compact pci (cpci) 機架 以太網(wǎng)通訊 profibus遠程i/o,軟件 kw 1131-3 softw

50、are ose rtos 實時操作系統(tǒng) windows nt pc 工具軟件,在保證性能的前提下采用開放式和市場上現(xiàn)有的 主流硬件和軟件,2012 compressor controls corporation,94,5系列采用開放式標準,開放式硬件標準 cpci 總線結(jié)構(gòu)機架 power pc cpus profibus 遠程(總線)i/o 開放式軟件標準 iec-61131 編程環(huán)境 開放式通訊標準 10 base-t/100base-tx 以太網(wǎng)標準 (tcp/ip and opc) rs-485 串行通訊(16位 modbus rtu) 以上這些開放式標準的應(yīng)用是由于 在工控領(lǐng)域里被廣

51、泛接受 用戶友好/熟悉 容易與其他實現(xiàn)連接 多方技術(shù)支持,2012 compressor controls corporation,95,series 5,vanguardtm 控制系統(tǒng) 靈活的硬件組成 單系列和冗余/容錯系統(tǒng)構(gòu)成 模塊支持熱插拔 cpci 總線機架 可擴展式i/o 就地i/o采用現(xiàn)場接線單元(fta)連接方式 遠程i/o 以太網(wǎng)及串行通訊 用于連續(xù)控制及邏輯控制,2012 compressor controls corporation,96,系統(tǒng)主處理器模塊,1ghz, 32-位主處理器 3 個以太網(wǎng)口 4 個串行通訊口 2 個用于控制系統(tǒng)內(nèi)部通訊 2 個可組態(tài) 閃存式程序存

52、儲器 kw procon iec 6-1131 實時引擎 ose 實時操作系統(tǒng),強大的cpu用于關(guān)鍵實時控制應(yīng)用, 功能定義型程序, 關(guān)鍵控制回路可實現(xiàn)5毫秒的任務(wù)時間,mcp-1002/mcp-1004主處理器模塊, 具備以下功能,2012 compressor controls corporation,97,vanguard 控制系統(tǒng)側(cè)視圖,2012 compressor controls corporation,98,高性能 i/o 模塊,具有足夠的i/o能力, ai/ao/di/do 和速度輸入 處理大型渦輪機組的控制功能,高速的專用i/o卡件包括自診斷功能用于關(guān)鍵控制功能,由ccc設(shè)

53、計的 高性能 i/o 卡件,2012 compressor controls corporation,99,系統(tǒng)結(jié)構(gòu),2012 compressor controls corporation,100,雙冗余機架,電源模塊,冗余 iocs,冗余 mpus,2012 compressor controls corporation,101,冗余系統(tǒng)的工作原理,輸入信號由i/o卡件讀入并通訊到兩個主卡. 輸出信號僅從每個主卡到其各自的i/o卡 a或b運行 a 健康: a 處于控制 a的 i/o卡件輸入故障: a處于控制 任何其他的故障, 切換到b控制 從b切換回a必須由工程師手動切回,2012 com

54、pressor controls corporation,102,7. 用于fcc/rfcc裝置的 機組優(yōu)化節(jié)能系統(tǒng),簡介,fcc/rfcc工藝概況,再生器-反應(yīng)器控制,fcc/rfcc機組控制系統(tǒng)要求,主風機組控制,煙機控制,氣壓機組控制,2012 compressor controls corporation,103,ccc煙機控制系統(tǒng)參考,chevron / richmond 煉油廠 / u.s.a.: 1995年12月開始運行. pck schwedt / schwedt / 德國: 1996年開始運行. leuna 2000 煉油廠 / 德國: 1997年開始運行. 臺塑 / mai

55、 lao complex / 臺灣: 2001年開始運行. reliance / jamnagar complex / 印度: 在一套特大型的催化裂化上的并聯(lián)煙機的控制.2001年 中石化燕山煉油廠,200萬噸/年重油催化煙機發(fā)電機組.2005年,2012 compressor controls corporation,104,簡介,煙機在 fcc/rfcc工藝中的應(yīng)用所帶來的問題和挑戰(zhàn),hot gas expander,motor/generator,2012 compressor controls corporation,105,fccu 工藝概況,2012 compressor cont

56、rols corporation,106,問題和挑戰(zhàn),許多煙機不能在其設(shè)計能力下運行的主要原因是: 機械和操作問題 控制方面的問題 fcc /rfcc 工藝的啟動是非常復雜和變化較多的 手動啟動可能會帶來損失和延誤 fcc /rfcc 工藝運行中會有不同種類的工藝擾動 fcc/rfcc 工藝運行中有幾個相互之間能夠產(chǎn)生高度擾動的控制變量,2012 compressor controls corporation,107,解決方法,要使 fcc/rfcc裝置安全,高效和長期運行,需要采用有一個集成的多變量限量控制系統(tǒng) 一組先進控制算法可使能量得以最大回收而不犧牲fcc/rfcc裝置的操作安全. 一

57、個fcc/rfcc機組集成控制系統(tǒng)的要求是什么,2012 compressor controls corporation,108,fcc/rfcc機組工藝控制系統(tǒng)的要求,用于反應(yīng)器-再生器的集成控制 各種模式下工藝過程的自動啟動. 對進入再生器的主風總量控制 對兩器(反應(yīng)器-再生器)差壓(dp)控制. 在各種工藝擾動下保持工藝過程繼續(xù)運行. 保護所有設(shè)備不受損壞. 在各種故障模式下保證安全 在保證安全的前提下將停車過程自動化,2012 compressor controls corporation,109,工藝過程啟動,工藝過程的自動啟動 當復位按鈕按下后,各個閥門將自動設(shè)置在啟動之前的正確位

58、置上. 通過調(diào)整汽輪機實現(xiàn)對主風機組的速度控制 根據(jù)工藝需求自動增加/調(diào)整主風機的負荷. 在工藝過程啟動(烘干)時,對再生器壓力進行控制. 熱啟動/冷啟動順序控制煙機轉(zhuǎn)速 將煙機驅(qū)動的發(fā)電機并入電網(wǎng),2012 compressor controls corporation,110,兩器差壓deltap (dp) 控制,煙機控制 正常操作時兩器的差壓控制 使用旁路閥及入口閥控制 實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換時的無擾動切換: 從再生器壓力控制至差壓(dp) 控制 從調(diào)速控制至差壓(dp)控制 在入口閥控制和旁路閥控制之間的模式切換 允許手動操作模式 最大量地回收能量,2012 compressor control

59、s corporation,111,主風機控制,air blower,direct fired air heater,主風機向再生器供風 流量控制器(fic)通過調(diào)整轉(zhuǎn)速(或靜葉角度)控制質(zhì)量流量. 防喘振控制器(uic)提供主風機的防喘振控制. fic 和uic 通過解耦作用防止低負荷時的振蕩,turbine,2012 compressor controls corporation,112,fcc / rfcc 工藝過程擾動,電氣方面的問題 發(fā)電機離網(wǎng)(generator breaker trip) 工藝擾動問題 氣壓機跳車/放火炬. 催化劑帶入煙機 與機械相關(guān)的有關(guān)問題 由于機械原因造成的

60、煙機緊急停車,2012 compressor controls corporation,113,fcc/rfcc 設(shè)備保護,在各種操作狀況下防止主風機喘振 再生器壓力限制/超馳控制 防止煙機輸出功率過大 煙機冷卻蒸汽流量需求 發(fā)電機功率限制 防止發(fā)電機相位反向. 在發(fā)電機甩負荷時防止機組超速,2012 compressor controls corporation,114,故障模式,入口閥故障 因故障不能關(guān)閉 儀表故障 退守控制策略,2012 compressor controls corporation,115,發(fā)電機限制控制,在發(fā)電狀態(tài)下的功率限制控制 關(guān)小煙機入口閥以減少煙機的輸出功率