壓縮機(jī)控制系統(tǒng)(20210427133005)

1、壓縮機(jī)控制技術(shù)概述概述壓縮機(jī)是石油 化工、冶金等行業(yè)工藝中重要的設(shè)備，對機(jī)組運(yùn) 行的 穩(wěn)定性，安全性，連續(xù)性要求比較高，這樣，就需要由高度可靠 高度集成 高度專業(yè)的控制系統(tǒng)作為達(dá)到以上要求的保證。概括而言，壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)主要分為以下幾個(gè)方而：機(jī)組的聯(lián)鎖保護(hù)及邏輯功能(ESD)過程調(diào)節(jié)功能壓縮機(jī)的防喘振汽輪機(jī)調(diào)速控制和超速保護(hù)功能說明一機(jī)組的聯(lián)鎖保護(hù)及邏輯功能(ESD)1. 報(bào)警聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)監(jiān)測壓縮札汽輪札油站等現(xiàn)場的溫度，壓九振動(dòng)，位移等信號，做出相應(yīng)的高低報(bào)警及聯(lián)鎖停機(jī)。2. 啟停車邏輯系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)機(jī)組的開機(jī)啟動(dòng)順序控制，包括機(jī)組啟動(dòng)前確認(rèn)潤滑油溫 度 潤滑油壓力、控制油壓力、透平入口的

2、蒸汽壓力及溫度達(dá)到啟動(dòng)值，防 喘振閥全開位置，主氣門全開，盤車停止等條件，全部條件滿足后輸出啟動(dòng) 信號。正常停機(jī)的卸載控制。3. 油站的汕泵控制(A. 0. P)兩個(gè)油泵互為備用，控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主備油泵的選擇，每個(gè)油泵可 在手動(dòng)自動(dòng)方式切換。如果潤滑油壓力或控制油壓力低，可自動(dòng)啟動(dòng)備用泵；如果潤滑油壓 力開關(guān)動(dòng)作，以三取二方式實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖停車邏輯。4. 汽輪機(jī)的冷凝水泵控制(C. E. P)兩個(gè)冷凝水泵互為備用，控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主備冷凝水泵的選擇，每 個(gè)冷凝水泵可在手動(dòng)自動(dòng)方式切換。冷凝水泵主要是用于冷凝罐的排水 泵，可根據(jù)液位設(shè)定值自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)停止水泵，兩個(gè)水泵可同時(shí)或單獨(dú) 工作。另外，系統(tǒng)

3、還會(huì)做相應(yīng)的保護(hù)，比如，液位如果達(dá)到最大設(shè)定值， 立即強(qiáng)制兩個(gè)水泵同時(shí)運(yùn)行，如果達(dá)到液位最低設(shè) 定值，立即強(qiáng)制兩個(gè)水 泵同時(shí)停止，以保證冷凝罐內(nèi)的水位正常。二過程調(diào)節(jié)功能汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)控制回路主要有：1. 油站的油壓調(diào)節(jié)根據(jù)需要，有的油站設(shè)計(jì)有兩個(gè)油壓調(diào)節(jié)回路，分別在油泵出口和油 過濾器出口，可以根據(jù)相應(yīng)管路的油壓要求調(diào)節(jié)閥門，保證油壓 的穩(wěn)定。2. 汽輪機(jī)的冷凝水的排放閥和循環(huán)閥控制根據(jù)汽輪機(jī)的冷凝水液位，調(diào)節(jié)排放閥和循環(huán)閥以控制冷凝罐內(nèi)的水 位，冷凝水的排放閥和循環(huán)閥控制為分層調(diào)節(jié)，分層點(diǎn)由現(xiàn)場的實(shí)際情況來 定，可以由用戶在操作界面上設(shè)定分層點(diǎn)。3. 壓縮機(jī)段間氣液分離器液位控制根據(jù)氣

4、液分離器液位調(diào)節(jié)出水閥控制液位。三壓縮機(jī)的防喘振防喘振功能喘振現(xiàn)象喘振是渦輪機(jī)組特有的現(xiàn)象，我們可以從下圖的簡單模型來解釋這一 特性，從圖中可以看出，當(dāng)容器中壓力達(dá)到一定值時(shí)，壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)由D沿 性能曲線上升，到喘振點(diǎn)A,流量減小壓力升高，這一過程中流量減小壓力 升高，由A點(diǎn)開始到B點(diǎn)壓縮機(jī)出現(xiàn)負(fù)流量即出 現(xiàn)倒流，倒流到一定程度 壓縮機(jī)出口壓力下降(BC),又恢復(fù)到正向流動(dòng)(GD),這樣，氣流在壓縮機(jī)中 來回流動(dòng)就是喘振，伴隨喘振而來的是壓縮機(jī)振動(dòng)劇烈上升，類似哮喘病人 的巨大異常響聲等，如果不能有效控制會(huì)給壓縮機(jī)造成嚴(yán)重的損傷，喘振工 況的發(fā)展非?？焖伲话銇碇v在1-2秒內(nèi)就以發(fā)生，因而需要

5、精確的控制算 法和快速的控制算法才能實(shí)現(xiàn)有效的控制。動(dòng)態(tài)防喘振技術(shù)：機(jī)組投入運(yùn)行后，PLC系統(tǒng)將根據(jù)壓縮機(jī)入口流量、入口壓力、出口壓力及相應(yīng)的溫度，來判斷是否發(fā)生喘振。如發(fā)生喘振，則由防 喘振控制器的輸出值進(jìn)行調(diào)節(jié)防喘振控制閥。100Surge LineSafetyMargi n75SURGEAREAProgressiveControl250 20ConstantControlSAFEAREA406080WOh%通用喘振線喘振參數(shù)壓縮機(jī)的喘振點(diǎn)可由壓比(Pd/Ps)及入口差壓計(jì)算的流量得出。入口流 量的測量值與Pd,Ps,Td,及Ts等可用來計(jì)算孔板值h (該 孔板可視為位于 壓縮機(jī)的入口)，

6、進(jìn)而作出喘振預(yù)測。防喘控制的1/0要求PTAI入口 /出口壓力TTAI入口 /出口溫度FTAI入口流量1PVA0防喘閥SOVDO旁路/放空閥ESDDI聯(lián)鎖輸出防喘控制功能塊標(biāo)準(zhǔn)特性有:選擇h/Ps的算法小流量或低轉(zhuǎn)速情況下的防喘振線計(jì)算如果喘振發(fā)生，喘振安全裕度可自動(dòng)調(diào)整設(shè)定點(diǎn)浮動(dòng)線功能可以在工作點(diǎn)向喘振線竄動(dòng)時(shí)及時(shí)打開防喘閥比例調(diào)節(jié) 功能可以迫使防喘閥獨(dú)立于控制過程而打開靈活的起機(jī)和跳車邏輯可選擇手動(dòng)控制幫助設(shè)定、測試和故障排除當(dāng)喘振逼近或透平跳車時(shí)，電磁閥觸點(diǎn)輸出可打開防喘閥防喘振算法選擇：采用壓比算法進(jìn)行組態(tài)。防喘振線計(jì)算：將喘振線上的幾個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)輸入到防喘振功能塊中，自動(dòng)計(jì)算出喘振 線

7、，防喘振線。安全裕度重校：如果系統(tǒng)檢測到工作點(diǎn)越過喘振線，表示喘振己發(fā)生，喘振控制線將被自動(dòng)調(diào)節(jié)到右方，而加大安全余量。壓縮機(jī)可能在以下情況下喘振：變送器漂移帶來的誤差 喘振閥或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的粘滯 喘振閥或回流管道的部分 堵塞非同尋常的巨大的工藝擾動(dòng) 因壓縮機(jī)磨損導(dǎo)致喘振線移位 安全裕度 不足過程條件突變喘振線設(shè)置錯(cuò)誤每當(dāng)如前述喘振被檢測到，安全裕度增加（控制線右移）一個(gè)校 準(zhǔn) 量。輸入一個(gè)裕度新值可使瞬態(tài)計(jì)數(shù)器歸零，且使重校后的裕度等于輸入 值。系統(tǒng)可組態(tài)為每次增加一個(gè)固定量（如2%），或一個(gè)累加量（如1,2, 4, 8%等）。重校發(fā)生的最大次數(shù)亦可組態(tài)。系統(tǒng)可顯示如下量：喘振發(fā)生次數(shù)（校準(zhǔn)次數(shù)

8、）初始安全裕度當(dāng)前重校后的安全裕度設(shè)定點(diǎn)浮動(dòng)線：一般情況下，壓縮機(jī)不會(huì)在喘振線上持續(xù)運(yùn)行或過長時(shí)間運(yùn)行。當(dāng)工 作點(diǎn)在控制線右方（安全區(qū)域），喘振控制器的設(shè)定點(diǎn)（線）須在當(dāng)前h 值的某一可設(shè)百分比范圍內(nèi)以可設(shè)值移動(dòng)。當(dāng)工作點(diǎn)越過設(shè)置點(diǎn)（浮動(dòng) 線），以小幅快速向喘振線竄動(dòng)時(shí)，將發(fā)生如下情形：防喘閥迅速打開 設(shè)定點(diǎn)浮動(dòng)線將以可設(shè)值移動(dòng)直至防喘閥全關(guān)新工作點(diǎn)建立如果設(shè)定點(diǎn)浮動(dòng)線與喘振控制線重合，系統(tǒng)將保持回流以保證在 喘振控制線上運(yùn)行，此特性并非在所有條件下應(yīng)用，在應(yīng)用前亦需作充分 評估。適應(yīng)性增益和非對稱響應(yīng)：喘振控制器提供了一種適應(yīng)性增益特性。當(dāng)工作點(diǎn)在喘振控制線右方 時(shí)，該特性減少了比例動(dòng)作。當(dāng)

9、工作點(diǎn)在喘振控制線右方的操作裕度超過設(shè) 定距離，則調(diào)用適應(yīng)性增益特性。PI控制將能夠在發(fā)生 較小和較平緩的擾 動(dòng)的情況下進(jìn)行平穩(wěn)的控制和保護(hù)。根據(jù)比例或積分響應(yīng)，防喘閥可打開，但限制了防喘閥的關(guān)閉。該特 性使得防喘閥響應(yīng)快。當(dāng)工作點(diǎn)安全地移到喘振控制線的右方，防喘閥以設(shè) 定速率慢關(guān)，保證將透平驅(qū)動(dòng)機(jī)及工況控制器調(diào)整到新的工作條件下。比例功能：系統(tǒng)有一純比例調(diào)節(jié)階段,該階段可獨(dú)立于正常PI控制器打開防喘閥。 當(dāng)工作點(diǎn)移到喘振控制線左方，而正常PI控制器無法提供 足夠響應(yīng)，可能 導(dǎo)致嚴(yán)重的過程失序時(shí)，則進(jìn)入該階段。亦即在控制線左方到達(dá)某一特定裕 度，則打開防喘閥，進(jìn)入該階段。當(dāng)工作點(diǎn)與 喘振線重合

10、時(shí)，防喘閥全開。 換言之，工作點(diǎn)進(jìn)入喘振控制線及喘振線之間時(shí)，防喘閥按比例打開。該比 例階段是由信號選擇器來實(shí)現(xiàn)的?？刂破鞯姆答亜?dòng)作迫使控制器輸出跟蹤 該階段。即使在喘振控制器失調(diào)情況下，此特性仍可保護(hù)機(jī)組。自增益響應(yīng)（微分響應(yīng)）：壓縮機(jī)在正常運(yùn)行中，運(yùn)行點(diǎn)基木上在控制線附近，如果壓縮機(jī) 的安 全裕度能盡量保持較小，這樣壓縮機(jī)運(yùn)行的效率就較高。當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)在一個(gè) 較大的干擾作用下快速向喘振控制線移動(dòng)，速率超過一定 限制后，喘振控 制的安全裕度可以動(dòng)態(tài)增加。這使得喘振控制PID可以提早做出反應(yīng)，防 止突然快速的工藝擾動(dòng)造成機(jī)組喘振，避免出現(xiàn)快速擾動(dòng)而沒有到喘振區(qū) 域而打開防喘振閥造成的能量浪費(fèi)。當(dāng)運(yùn)

11、行點(diǎn)向左移動(dòng)速度減小時(shí)，裕度 不再增加。當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)向安全區(qū)移動(dòng)后，增加的安全裕度將以設(shè)定好的常數(shù)逐 步減小。當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)移動(dòng)到比例功能線左側(cè)時(shí)，自增益響應(yīng)中止。解耦控制:對于有性能控制的機(jī)組，通常會(huì)通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的速度或入口調(diào) 節(jié)閥 的開度來滿足工藝要求，當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)入喘振調(diào)節(jié)時(shí)，有時(shí)性能控制會(huì)同時(shí)要 求減小流量，如性能控制變量為岀口壓力或出口流量時(shí)，兩個(gè)控制回路是互 相反作用的，從而造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使機(jī)組更加接近喘振。針對這種情況， 性能控制算法和喘振控制算法會(huì)將各自的輸出加權(quán)到對方的控制響應(yīng)中去, 從而實(shí)現(xiàn)解耦控制來使兩個(gè)控制回路協(xié)調(diào)動(dòng)作，迅速穩(wěn)定系統(tǒng)。手操控制：有兩種手操控制可選：第一種

12、為全權(quán)手操控制功能。它允許防喘 閥不 顧防喘振控制器的作用而關(guān)閉。這種選擇在測試和設(shè)定的時(shí)候有用，但不可 組態(tài)為正常操作。因?yàn)槿绻到y(tǒng)被置于手操狀態(tài)，防喘振控制器將無法開閥 防喘。第二種為限權(quán)手操控制功能。這種選擇設(shè)定了一個(gè)防喘閥的最小開 度，它允許操作員開閥；如果防喘振控制器需要開閥避免喘振的話，手動(dòng)關(guān) 閥動(dòng)作不起作用。防喘振系統(tǒng)提供了可與調(diào)節(jié)閥同比例的線性度，因而可產(chǎn)生更為 線性 化的增益。當(dāng)系統(tǒng)在不同點(diǎn)而非耦合點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，則避免了任何可能的不穩(wěn)定 性。大多數(shù)應(yīng)用場合下，總有一個(gè)防喘閥是氣開閥，它需要防喘閥輸出反轉(zhuǎn)。 系統(tǒng)可組態(tài)為徑向或反轉(zhuǎn)操作。電磁閥輸出：當(dāng)向喘振控制線左方出現(xiàn)特定竄動(dòng)時(shí)，

13、可組態(tài)一個(gè)觸點(diǎn)輸出打開大功 率電磁閥，來使防喘閥快開。此特性對于有較短閥程的大閥門來說很有用。 當(dāng)系統(tǒng)從喘振狀態(tài)回來時(shí)，電磁閥關(guān)。對閥的控制則可從比例控制恢復(fù)到正 常的喘振控制。四汽輪機(jī)調(diào)速控制和超速保護(hù)汽輪機(jī)的主要控制就是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，包括啟動(dòng)，升速，運(yùn)行，超速 等過 程，傳統(tǒng)的控制大部分由WOODWARD505或505E調(diào)節(jié)器來完 成轉(zhuǎn)速控 制，由ProTECH 203完成三取二超速保護(hù)控制。隨著PLC硬件的發(fā)展及國 際專業(yè)透平控制公司的研究，現(xiàn)在很多石油，化工等行業(yè)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制 由專業(yè)的控制器通過軟件來完成，控制器也是PLC的一種，只是針對性更 強(qiáng)，象CCC （美國壓縮機(jī)控制公司）、WO

14、ODWARD公司、美國TRICONEX 公司，英國ICS均是專業(yè)的機(jī)組控制公司，其中以CCC為國際上認(rèn)可的最 專業(yè)公司。調(diào)速技術(shù)機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制從啟動(dòng)開始，一般分為幾個(gè)模式：模式0停機(jī)模式1允許啟動(dòng)模式2暖機(jī)模式3升速（其中包括越過臨界區(qū)）模式4運(yùn)行（調(diào)節(jié)區(qū)）模式5超速測試透平啟動(dòng)分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式設(shè)置。自動(dòng)方式下會(huì)按照預(yù)設(shè)的暖 機(jī)速度、暖機(jī)時(shí)間和升速率等自動(dòng)控制透平升速并迅速通過臨界 轉(zhuǎn)速區(qū)。直至升速至正常運(yùn)行的最小轉(zhuǎn)速，進(jìn)入模式4。也可以通過 人工手動(dòng)啟動(dòng)，相對來說，手動(dòng)啟動(dòng)更為常見。模式0停機(jī)任何模式下出現(xiàn)聯(lián)鎖停機(jī)信號或停機(jī)動(dòng)作則透平進(jìn)入模式0停機(jī)，速關(guān)閥 電磁閥失電全關(guān)，其它輸出也進(jìn)

15、入安全狀態(tài)。模式1允許啟動(dòng)在所有啟動(dòng)條件具備后，可以啟動(dòng)汽輪機(jī)。汽輪機(jī)分為冷啟動(dòng)和熱啟動(dòng)，冷啟動(dòng)就是需要經(jīng)過長時(shí)間盤車后進(jìn)行的啟 動(dòng)，在啟動(dòng)中，需要暖機(jī)；熱啟動(dòng)是直接從盤車后啟動(dòng)，可以不需要曖 機(jī)。在這個(gè)過程中，由于汽輪機(jī)的靜止慣性，電液轉(zhuǎn)換器可能需要很大的輸出 才能使汽輪機(jī)有轉(zhuǎn)速，造成汽輪機(jī)沖動(dòng)過程中的飛速，因些，好的控制器 會(huì)在這時(shí)限制一個(gè)轉(zhuǎn)速，一旦汽輪機(jī)有轉(zhuǎn)速，強(qiáng)制電液轉(zhuǎn)換器的輸出為一 個(gè)定值，例如3%,將轉(zhuǎn)速控制在一個(gè)小范圍內(nèi)，這樣也減小了啟動(dòng)過程中 對冷態(tài)軸承的磨擦。模式2暖機(jī)冷啟動(dòng)方式啟動(dòng)后，為使軸承受熱均勻，機(jī)組會(huì)在暖機(jī)轉(zhuǎn)速下恒速運(yùn)行一 段時(shí)間。典型的汽輪機(jī)啟動(dòng)會(huì)有1或2個(gè)暖機(jī)轉(zhuǎn)速。暖機(jī)完畢后，機(jī)組可以 升速到最小調(diào)速器控制轉(zhuǎn)速，然后加載。模式3升速在升速模式下，可以自動(dòng)或手動(dòng)升速到最小工作轉(zhuǎn)速。升速過程可以隨時(shí) 中斷或重新開始。升速模式中會(huì)遇到汽輪機(jī)或壓縮機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)不能停 止，要快速超過或快速降回臨界區(qū)下限。在工程初期，可能會(huì)因?yàn)檎魵馄焚|(zhì)原因，輸出電液轉(zhuǎn)換器最后還沒有越過 臨界區(qū)，這時(shí)候系統(tǒng)在進(jìn)入臨界區(qū)后開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到后還沒有越過，就 會(huì)立即降轉(zhuǎn)速到臨界區(qū)下限，這樣以避免機(jī)械損傷。模式4運(yùn)行運(yùn)行區(qū)是汽輪機(jī)的可調(diào)節(jié)區(qū)，這里可