渭化空壓機和增壓機的防喘振控制

1、論文導(dǎo)讀：渭化集團公司甲醇及二甲醚裝置中的空壓機組由蒸汽透平驅(qū)動。帶動空壓機和增壓機兩臺壓縮機。本文則著重介紹TS3000系統(tǒng)在壓縮機防喘振控制中的應(yīng)用。如果系統(tǒng)檢測到工作點越過喘振線。這一設(shè)定點跟蹤的功能就是為了在惡劣工況下。關(guān)鍵詞：空壓機，增壓機，防喘振控制，功能，工作點渭化集團公司甲醇及二甲醚裝置中的空壓機組由蒸汽透平驅(qū)動，帶動空壓機和增壓機兩臺壓縮機，這臺機組采用美國TRICONNEX公司的ITCC(Integrated TurbinCompressor Control)產(chǎn)品TS3000控制系統(tǒng)，來對機組進(jìn)行全方位的監(jiān)視及控制，比如工藝參數(shù)的監(jiān)視、壓縮機軸承狀況的監(jiān)測、透平轉(zhuǎn)速的控制、

2、壓縮機防喘振的控制及機組安全聯(lián)鎖控制等。本文則著重介紹TS3000系統(tǒng)在壓縮機防喘振控制中的應(yīng)用。1. TRICONNEX防喘振控制系統(tǒng)的主要功能防喘振控制集成在具有特殊控制技術(shù)的TS3000控制系統(tǒng)TRICON控制器內(nèi)部，它能夠?qū)崿F(xiàn)多種控制功能，從而保證防喘振閥能夠及時打開，并且控制器的掃描周期短（200ms以下），運算速度很快，能夠高效處理復(fù)雜的運算，理想地實現(xiàn)防喘振控制。它的主要控制功能如下：1.1 控制線控制線即防喘振線，是由不同工況下的控制點連接起來而形成的一條線?？刂泣c則是由喘振點加一定的安全裕度得到的，如下式：控制點（%）=當(dāng)前喘振點 + 安全裕度其中安全裕度由偏置和比例兩部分組

3、成，在本機組中偏置設(shè)為10，比例設(shè)為0，那么：安全裕度=10% ，由此得出：控制點（%）=當(dāng)前喘振點 + 10%如圖1所示：每個喘振點的橫坐標(biāo)加量程的10%就形成控制點的橫坐標(biāo)，控制點的縱坐標(biāo)與喘振點縱坐標(biāo)相同。1.2 控制線移位（安全裕度重校）如果系統(tǒng)檢測到工作點越過喘振線，表示喘振已經(jīng)發(fā)生，喘振控制線將被自動右移一個校準(zhǔn)量，即增加安全裕度。系統(tǒng)可設(shè)置每次增加的校準(zhǔn)量為一個固定值或一個比例值，本機組設(shè)每次增加的校準(zhǔn)量為一個固定值2%。本機組設(shè)重校發(fā)生的最多次數(shù)為10次，超過10次后，安全裕度將不再增加。例如，系統(tǒng)檢測到第1次喘振，控制線會右移2%，安全裕度就會由原來的10%增加到12%；如果

4、檢測到第5次喘振，控制線會發(fā)生第5次右移，總移動量為2%5=10%，安全裕度會變?yōu)?0%。如何檢測喘振呢？當(dāng)工作點越過喘振線1%時，系統(tǒng)認(rèn)為喘振發(fā)生，當(dāng)工作點回到喘振線右側(cè)1%處時，系統(tǒng)認(rèn)為脫離喘振。當(dāng)查明喘振原因并消除使喘振發(fā)生的因素后，在操作畫面上可以將校準(zhǔn)次數(shù)和校準(zhǔn)增量復(fù)位為零，使安全裕度重新回到原始的喘振控制線位置。1.3 PI控制最基本的防喘振控制采用PI控制（比例積分控制），它將所測得的實際值與設(shè)定值進(jìn)行比較后，進(jìn)入比例積分控制過程。若實際值設(shè)定值（工作點位于設(shè)定點右側(cè)），調(diào)節(jié)器輸出為高（100%），防喘振閥保持關(guān)閉，當(dāng)實際值設(shè)定值時（工作點與設(shè)定點重合），閥門準(zhǔn)備打開，實際值設(shè)定

5、值時（工作點位于設(shè)定點左側(cè)），閥門打開，偏差越大，閥門開度越大。1.4 設(shè)定點跟蹤在這個防喘振控制器中，設(shè)定點不是一個固定點，也不是防喘振控制點，而是根據(jù)不同的工況有所變化的。當(dāng)壓縮機的工作點在喘振控制線右方（安全區(qū)域）時，防喘振控制器的設(shè)定點位于實際工作點的左側(cè)，并與實際工作點保持一定的跟蹤距離，本機組的設(shè)定點是以5的距離跟蹤實際工作點。工作點移動，設(shè)定點會跟著移動。設(shè)定點向右側(cè)安全區(qū)的跟蹤是及時的，但向左側(cè)移動時，會有一個移動速率限制，本機組設(shè)置為2。也就是說，當(dāng)工作點左移時，設(shè)定點不會馬上左移，而是以2的速率向左移動，最終與工作點保持5的距離，而且設(shè)定點不會越過喘振控制線，即設(shè)定點最小值

6、為喘振控制點。當(dāng)工作點小幅但快速向喘振區(qū)方向移動，并越過跟蹤區(qū)間5時，防喘振控制器將立即打開防喘振閥。這一設(shè)定點跟蹤的功能就是為了在惡劣工況下，比如遇到后續(xù)工段突然大量減負(fù)荷，壓縮機出口流量驟減時，起到提前控制的作用，使工作點不會進(jìn)入喘振區(qū)。1.5 非對稱響應(yīng)（閥門快開慢關(guān)）防喘振調(diào)節(jié)閥的過快關(guān)閉容易使壓縮機進(jìn)入喘振，為了消除這種不希望的操作工況，控制器中有一個閥門關(guān)閉速率限制器，本機組的速率設(shè)為5，當(dāng)需要關(guān)閉閥門時，只能最快以5/秒的速率來關(guān)小閥門，在開閥時則沒有這一限制，這樣就能使防喘振閥達(dá)到快開慢關(guān)的目的。論文發(fā)表，工作點。1.6 純比例控制系統(tǒng)有一個純比例控制，獨立于正常PI作用，可強

7、制打開防喘振閥。如果由于工藝過程出現(xiàn)紊亂，工作點移到控制線左方，而正常的PI整定無法提供足夠快的響應(yīng)時，純比例控制將起作用。該控制是在工作點進(jìn)入控制線左方一段距離時（本機組為進(jìn)入安全裕度的70%處，圖中陰影部分）開始起作用，打開閥門；當(dāng)工作點到達(dá)喘振線時，使防喘振閥全開。開閥的信號正比于工作裕度的瞬間值與其初始值之差。論文發(fā)表，工作點。該比例項通過信號選擇器來起作用，也就是說，最終到防喘振閥的輸出信號為純比例控制輸出和防喘振控制輸出中的最高值。1.7 手動控制有兩種可選的手動控制：第1種為全手動控制，它允許忽略喘振控制器的作用而關(guān)閉防喘振閥。這種方法在起步和測試階段很有用，但不能作為正常操作。

8、如果系統(tǒng)被置于全手動操作，喘振控制器將無法開閥來避免喘振，只能通過改變手動操作值來操作。第2種為限權(quán)手動控制（部分手動），至閥門的最終輸出是由手動操作值與防喘振控制器的輸出值進(jìn)行高選后得出，即哪個使閥開得大就取哪個信號。在手動控制時，若要開閥，會直接將最終輸出值置為手動操作值，但若要關(guān)閥，輸出值會以一定的斜率（5%/s）變化至手動操作值，即在手動狀態(tài)下也要實現(xiàn)閥門的快開慢關(guān)。在全手動時，防喘振控制的輸出會跟蹤最終輸出值（因為最終輸出值不一定等于防喘振控制輸出值），以便實現(xiàn)手/自動無擾動切換。當(dāng)由手動切至自動時，最終輸出值會以5%/s的速率變化至防喘振控制輸出值。1.8 溫度、壓力補償Trico

9、n控制系統(tǒng)不僅對壓縮機出、入口流量進(jìn)行溫壓補償，還對壓縮機本身的運行參數(shù)相對于設(shè)計參數(shù)進(jìn)行溫度和壓力補償,這一功能在下面章節(jié)中的工作點計算式中有體現(xiàn)。2 空壓機的防喘振控制空壓機為陜西鼓風(fēng)機廠生產(chǎn)的RIK100大型內(nèi)冷式離心壓縮機。論文發(fā)表，工作點。喘振檢測元件為壓縮機喉部差壓變送器，機組喘振特性是在現(xiàn)場進(jìn)行逼喘實驗得到的，是喉部差壓與出、入口壓力的一組數(shù)據(jù)。按照Triconex的防喘振算法，首先根據(jù)實測得到的喘振點數(shù)據(jù)，換算成控制系統(tǒng)的喘振點，繪制喘振線。然后在繪制出喘振線的基礎(chǔ)上，選擇合適的工作點計算方法，根據(jù)壓比測量值，計算出工作點、喘振點和安全區(qū)（喘振控制線），再由內(nèi)置的防喘振控制器進(jìn)

10、行喘振檢測、設(shè)定點跟蹤、實現(xiàn)喘振控制線校準(zhǔn)、純比例控制、喘振閥快開慢關(guān)控制、手/自動切換等功能，最終由高選器對壓縮機防喘振控制輸出與來自空分裝置DCS的遠(yuǎn)程手動控制信號進(jìn)行高選，再由高選結(jié)果控制防喘振放空閥。空壓機工作點的計算：橫坐標(biāo)為壓縮機的流量指標(biāo)，其計算公式為： Hpct 入口喉部差壓 Ps 壓縮機入口壓力 P 將表壓轉(zhuǎn)換為絕壓的修正值 Psb 壓縮機基準(zhǔn)壓力(壓縮機計算數(shù)據(jù)表)縱坐標(biāo)為壓縮機的壓縮比，即出口壓力與入口壓力之比，其表達(dá)式為： Pd壓縮機出口壓力 Ps 壓縮機入口壓力由此可見，空壓機的工作點與壓縮機出口壓力、入口壓力和入口喉差有關(guān)系。論文發(fā)表，工作點。3 增壓機的防喘振控制增壓機為陜西鼓風(fēng)機廠生產(chǎn)的RZ45型3段式離心壓縮機。第1、2段設(shè)有1級防喘振控制，第3段也設(shè)有1級防喘振控制。第1、2段防喘振流量檢測元件為增壓機進(jìn)氣流量變送器，第3段防喘振流量檢測元件為增壓機3段排氣流量變送器（在出口換熱器之后）。根據(jù)機組廠家提供的機組特性曲線，換算出控制系統(tǒng)的喘振點，繪制喘振線。增壓機1、2段工作點的計算橫坐標(biāo)： 縱坐標(biāo)： Hpct 流經(jīng)孔板處的差壓 Psb 壓縮機基準(zhǔn)絕壓(壓縮機計算數(shù)據(jù)表) Ps 壓縮機入