壓縮機(jī)控制系統(tǒng)

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(duì)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)方面：機(jī)組的聯(lián)鎖保護(hù)及邏輯效用（ESD）過程調(diào)節(jié)效用壓縮機(jī)的防喘振汽輪機(jī)調(diào)速控制和超速保護(hù)效用說明一 機(jī)組的聯(lián)鎖保護(hù)及邏輯效用（ESD）1. 報(bào)警聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)壓縮機(jī),汽輪機(jī),油站等現(xiàn)場(chǎng)的溫度,壓力,振動(dòng),位移等信號(hào),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(rùn)滑油溫度、潤(rùn)滑油壓力、控制油壓力、透平入口

2、的蒸汽壓力及溫度達(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(hào)。正常停機(jī)的卸載控制。3. 油站的油泵控制(A.O.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(rùn)滑油壓力或控制油壓力低,可自動(dòng)啟動(dòng)備用泵；如果潤(rùn)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)還會(huì)做相應(yīng)的保護(hù),比

3、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)效用汽輪機(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(chǎng)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)氣液分離器液位調(diào)節(jié)出水閥控制液位。

4、 三 壓縮機(jī)的防喘振 防喘振效用喘振現(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(jiǎn)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（B-C）,又恢復(fù)到正向流動(dòng)(C-D),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? 一般來講在 1-2 秒內(nèi)就以發(fā)生,因而需要精確的控制算法和快速的控制

5、算法才能實(shí)現(xiàn)有效的控制。Qs, volPd壓縮機(jī)停車點(diǎn)，無壓力，無流量ABCD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。 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(cè)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）,進(jìn)而作出喘振預(yù)測(cè)。 防喘控制的 I/O要求PT AI 入口/出口壓力TT AI 入口/出口溫度FT AI 入口流量PV AO 防喘閥SOV DO 旁路/放空閥ES

6、D DI 聯(lián)鎖輸出防喘控制效用塊標(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)線效用可以在工作點(diǎn)向喘振線竄動(dòng)時(shí)及時(shí)打開防喘閥比例調(diào)節(jié)效用可以迫使防喘閥獨(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(cè)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)輸入到防喘振效用塊中,自動(dòng)計(jì)算出喘振線,防喘振線。安全裕度重校： 如果系統(tǒng)檢測(cè)到工作點(diǎn)越過喘振線,表示喘振已發(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

7、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(cè)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)）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(zhǎng)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

8、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(píng)估。適應(yīng)性增益和非對(duì)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)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

9、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。比例效用： 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(hào)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

10、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)基本上在控制線附近,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)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)到比例效用線左側(cè)時(shí),自增益響應(yīng)中止。解耦控制:對(duì)于有性能控制的機(jī)組,通常會(huì)通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)

11、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,如性能控制變量為出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(duì)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(duì)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：第一種為全權(quán)手操控制效用。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(cè)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)手操控制效用。這種選擇設(shè)定了一個(gè)防喘閥

12、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(chǎng)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),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(duì)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(duì)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)

13、,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(guó)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(duì)性更強(qiáng),象CCC(美國(guó)壓縮機(jī)控制公司)、WOODWARD公司、美國(guó)TRICONEX公司,英國(guó)ICS均是專業(yè)的機(jī)組控制公司,其中以CCC為國(guó)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)）

14、模式5超速測(cè)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(duì)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(hào)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)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(zhǎng)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),可以不需要暖機(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

15、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(duì)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),這里可以通過手動(dòng)給定轉(zhuǎn)速設(shè)定值,