壓縮機(jī)控制技術(shù)介紹

壓縮機(jī)控制技術(shù)介紹第1頁/共38頁過程動(dòng)設(shè)備——

控制技術(shù)與產(chǎn)品、解決方案提供商，專業(yè)從事透平機(jī)械控制業(yè)務(wù)，已完成透平機(jī)械控制項(xiàng)目超過2000套，專業(yè)工程技術(shù)人員近百人。杭和裝備介紹杭州和利時(shí)－裝備自動(dòng)化行業(yè)部汽輪機(jī)壓縮機(jī)控制控制第2頁/共38頁杭和裝備介紹工業(yè)壓縮機(jī)壓縮機(jī)組先進(jìn)控制算法T880壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)第3頁/共38頁工業(yè)壓縮機(jī)組應(yīng)用旋轉(zhuǎn)設(shè)備過程工程控制系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械控制防喘振控制性能控制速度控制抽汽控制負(fù)荷分配與平衡急冷控制離心壓縮機(jī)軸流壓縮機(jī)蒸汽透平燃?xì)馔钙礁邷嘏蛎洐C(jī)低溫膨脹機(jī)能量回收機(jī)組油氣田氣體工廠LNGGTLCTL海上平臺(tái)

氣體輸送煉油烯烴PTA合成氨合成甲醇空分第4頁/共38頁T880壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)概述：

T880系統(tǒng)是和利時(shí)專為壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)CCS(CompressorControlSystem)開發(fā)的3重冗余容錯(cuò)控制系統(tǒng)，本著安控分離的原則進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。T880具有安全、可靠、配置方便、控制周期短等特點(diǎn)，集成了世界領(lǐng)先的壓縮機(jī)組控制算法。第5頁/共38頁T880壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)機(jī)柜監(jiān)視信號(hào)現(xiàn)場控制室操作員站工程師站防喘振信號(hào)保護(hù)信號(hào)調(diào)速信號(hào)第6頁/共38頁T880系統(tǒng)特點(diǎn)安控分離--保護(hù)與控制相互獨(dú)立SIL3級(jí)認(rèn)證--保護(hù)部分獲得TüV萊茵SIL3級(jí)安全認(rèn)證快速響應(yīng)--控制部分輸入輸出執(zhí)行周期<40mS三重冗余容錯(cuò)--整個(gè)系統(tǒng)無單點(diǎn)故障可用率高--安全部分3-2-0降級(jí)控制部分3-2-1-0降級(jí)第7頁/共38頁壓縮機(jī)組控制內(nèi)容1.）聯(lián)鎖停車邏輯2.）啟動(dòng)允許邏輯3.）汽輪機(jī)速度控制4.）壓縮機(jī)防喘振控制與保護(hù)5.）性能控制—壓縮機(jī)入口/出口壓力控制6.）多回路協(xié)調(diào)控制與解耦控制7.）各類輔機(jī)過程控制8.）各類輔機(jī)邏輯控制9.）上位操作站畫面顯示、趨勢、報(bào)警汽輪機(jī)拖動(dòng)壓縮機(jī)組主要控制內(nèi)容：第8頁/共38頁T880系統(tǒng)功能概述自動(dòng)啟停控制防喘振控制軟手動(dòng)操作硬手動(dòng)操作退守策略極限控制解耦控制B 喘振控制壓力控制流量控制極限控制負(fù)荷分配控制負(fù)荷平衡控制解耦控制C過程控制透平軸封壓力潤滑油壓力潤滑油溫度復(fù)水器液位密封氣差壓凝液罐液位D輔助控制啟動(dòng)升速暖機(jī)臨界轉(zhuǎn)速回避轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)串級(jí)控制失速跳車超速回避超速跳車A轉(zhuǎn)速控制啟動(dòng)邏輯停車連鎖首出報(bào)警SOE記錄E聯(lián)鎖保護(hù)HollysysCCS——壓縮機(jī)組控制一體化解決方案第9頁/共38頁國內(nèi)首套SIL3認(rèn)證的安全儀表系統(tǒng)IEC61508,Parts1-7:2010

IEC61511:Parts1-3:2004EN50156-1:2004EN298:2003EN230:2005

IEC61131-2:2007IEC61326-3-1:2008EN50130-4:1995+A1:1998+A2:2003EN54-2:1997+AC:1999+A1:2006NFPA72:2010NFPA85:2011NFPA86:2011EN61000-6-2:2005EN61000-6-4:2007

國內(nèi)首套完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的安全儀表系統(tǒng)2012年7月12日獲得TüV萊茵的SIL3認(rèn)證HiaGuard第10頁/共38頁T880安全系統(tǒng)樣柜樣柜圖-T880系統(tǒng)第11頁/共38頁T880安全系統(tǒng)機(jī)架保護(hù)部分--SIS第12頁/共38頁T880控制系統(tǒng)機(jī)架控制部分--CCS第13頁/共38頁T880邏輯結(jié)構(gòu)第14頁/共38頁T880安全部分原理結(jié)構(gòu)第15頁/共38頁T880控制部分原理結(jié)構(gòu)第16頁/共38頁汽拖壓縮機(jī)組汽拖壓縮機(jī)組控制內(nèi)容第17頁/共38頁電拖壓縮機(jī)組電拖壓縮機(jī)組控制內(nèi)容第18頁/共38頁機(jī)組控制核心－防喘振防喘振控制與保護(hù)的主要目的：(1)避免壓縮機(jī)因發(fā)生喘振造成嚴(yán)重的設(shè)備損壞與停工(2)避免壓縮機(jī)因發(fā)生喘振對(duì)工藝操作造成巨大的擾動(dòng)防喘振控制的挑戰(zhàn)：(1)運(yùn)行工況的改變：入口壓力Ps，入口溫度Ts，分子量MW(2)防喘振控制要求及時(shí)、快速、準(zhǔn)確、可靠第19頁/共38頁機(jī)組控制核心－防喘振傳統(tǒng)ITCC的缺點(diǎn)：(1)不能有效補(bǔ)償入口壓力Ps、入口溫度Ts、分子量MW變化對(duì)喘振極限線SLL、喘振控制線SCL和運(yùn)行點(diǎn)造成的影響；(2)在開工階段以及正常生產(chǎn)階段，無論入口壓力Ps、入口溫度Ts、分子量MW怎樣變化，喘振極限線SLL和喘振控制線SCL的形狀和位置始終固定不變；(3)一旦發(fā)生喘振，需要改為手動(dòng)操作，否則在自動(dòng)模式中振蕩發(fā)散；(4)很多現(xiàn)場閥門長期回流/放空，造成巨大的能源浪費(fèi)；第20頁/共38頁無關(guān)坐標(biāo)系的建立根據(jù)多變壓縮過程：根據(jù)流量元件公式：（假設(shè)Zavg=Zs）先進(jìn)防喘振控制技術(shù)第21頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)其中：與分子量MW無關(guān)，與入口工況(Ps,Ts,ks,Zs)無關(guān)需要5個(gè)測點(diǎn)信號(hào)：ΔPo,s,Ps,Pd,Ts,Td與變送器量程和單位無關(guān)只與同類型信號(hào)的比值有關(guān)，且比值無量綱第22頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)無關(guān)坐標(biāo)系算法：壓縮機(jī)的喘振極限線SLL與分子量MW、入口壓力Ps、入口溫度Ts、入口比熱比ks和入口氣體壓縮因子Zs無關(guān)，只與壓縮機(jī)組內(nèi)部構(gòu)造有關(guān),采用5條線的控制與保護(hù)方法。hrqr2RCSLL轉(zhuǎn)速NSCLFOLESLTSLSLL:喘振極限線SCL:喘振控制線FOL:閥門快開線ESL:緊急喘振線TSL:閥門緊關(guān)線第23頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)WM=28WM=12.2WM=6.3WM=4.22000400060008000406080100HpQs(ACMH)相關(guān)坐標(biāo)系無關(guān)坐標(biāo)系WM=28WM=12.2WM=6.3WM=4.20.020.040.060.080.010.020.030.04hrqr2第24頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)SLLqr2hrqr,測2qr,標(biāo)2hr,測喘振接近度定義：喘振接近度是一個(gè)無關(guān)變量，在喘振極限線上喘振接近度等于1SLLqr2hr安全區(qū)喘振區(qū)第25頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)喘振接近度：喘振接近度的計(jì)算不是基于一個(gè)信號(hào)變量，而是基于一組信號(hào)變量:ΔPo,s,Ps,Pd,Ts,Td,計(jì)算更準(zhǔn)確！SLLqr2hrqr,測2qr,標(biāo)2hr,測qr,測2qr,標(biāo)2快開慢關(guān)喘振接近度采用反函數(shù)計(jì)算，增強(qiáng)控制與保護(hù)的強(qiáng)度第26頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)防喘振控制器與性能控制器之間的解耦防喘振控制器與防喘振控制器之間的解耦多段壓縮機(jī)防喘振控制器的防喘振閥門共用技術(shù)側(cè)流壓縮機(jī)防喘振控制應(yīng)用并聯(lián)運(yùn)行壓縮機(jī)組防喘振控制應(yīng)用

出口壓力高極限控制入口壓力低極限控制第27頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)入口壓力低極限控制第28頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)入口壓力低極限控制當(dāng)壓縮機(jī)上游有分餾塔一類的裝置時(shí)，塔壓的操作不能低于一定水平，如果低于一定水平，就會(huì)造成氣液兩相傳熱、傳質(zhì)的分餾裝置內(nèi)部產(chǎn)生振蕩，進(jìn)而造成塔壓的振蕩。當(dāng)用于調(diào)節(jié)塔壓的主性能控制器的調(diào)節(jié)手段達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，防喘振控制器內(nèi)嵌的極限控制回路可以組態(tài)為入口壓力低極限，并在判斷到極限條件觸發(fā)時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)使得防喘振閥門開大，從而使得塔壓維持在一個(gè)可接受的范圍內(nèi)，保證生產(chǎn)的平穩(wěn)進(jìn)行。第29頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)出口壓力高極限控制第30頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)出口壓力高極限控制工藝流程的安全設(shè)計(jì)原則，通常在壓縮機(jī)出口安裝有安全閥，用以防止壓縮機(jī)出口的后部流程因?yàn)榱髯柰蝗谎杆偕仙⒃斐蛇^程容器、管線超壓而導(dǎo)致破壞甚至爆炸。安全閥的起跳可以迅速卸壓，但通常造成裝置停工。防喘振控制器內(nèi)嵌的極限控制回路可以組態(tài)為出口壓力高極限控制；通過工程化組態(tài)，當(dāng)出口壓力高于一定數(shù)值時(shí)，即使當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)離喘振控制線SCL還很遠(yuǎn),出口壓力高極限控制回路自動(dòng)調(diào)節(jié)防喘振閥門的開度，從而使出口壓力保持在壓力高限數(shù)值以下。第31頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)入口工況條件：Ps=0.08/MPaaTs=-38/degC入口工況條件：Ps=0.149/MPaaTs=-38/degC第32頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)入口工況條件：Ps=0.149/MPaaTs=-38/degC入口工況條件：Ps=0.149/MPaaTs=30/degC第33頁/共38頁自動(dòng)的壓縮機(jī)加載、卸載，配合速度控制器的一鍵啟停機(jī)自動(dòng)控制！先進(jìn)的無關(guān)坐標(biāo)系算法，對(duì)入口溫度變化、入口壓力變化、分子量變化進(jìn)行有效和準(zhǔn)確的補(bǔ)償，保證喘振極限線SLL和運(yùn)行點(diǎn)的計(jì)算本身非常準(zhǔn)確與可靠！算法本身提供閉環(huán)防喘振主PI響應(yīng)用于克服斜坡受控的減負(fù)荷過程，同時(shí)提供開環(huán)保護(hù)動(dòng)作用于克服任何設(shè)備的非正產(chǎn)因素導(dǎo)致的快速喘振逼近！防喘振控制算法本身內(nèi)嵌有出口壓力高限極，即使運(yùn)行點(diǎn)離喘振控制線還很遠(yuǎn)(安全區(qū))，但只要壓力高于一定水平(在安全閥起跳值之下)，防喘振閥門自動(dòng)打開，使壓力下降，防止安全閥起跳，保證工藝操作的可靠性！先進(jìn)防喘振控制技術(shù)防喘振控制技術(shù)的特點(diǎn)：內(nèi)置的變送器故障退守策略——輸出凍結(jié)算法，避免因變送器或接線故障導(dǎo)致工藝停車，最大限度地保證工藝的可靠性和連續(xù)性！快速——T880三重化機(jī)組控制系統(tǒng)快速回路執(zhí)行周期<40ms第34頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)操作壓力線qr2RcSLLPSCL最小可調(diào)轉(zhuǎn)速線最大可調(diào)轉(zhuǎn)速線P_lim超壓保護(hù)線完全由防喘振閥門決定壓縮機(jī)出口過程阻尼線工藝低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)壓縮機(jī)出口過程阻尼線壓縮機(jī)“騎線”運(yùn)行示意第35頁/共38頁先進(jìn)防喘振控制技術(shù)多回路協(xié)調(diào)控制：1.速度控制器：用于汽輪機(jī)的啟停機(jī)控制，正常生產(chǎn)期間的速度調(diào)節(jié)、控制手段，串級(jí)控制中的外環(huán)（副回路）；一鍵啟停機(jī)控制、串級(jí)控制中的速度自動(dòng)調(diào)節(jié)2.性能控制器：正常生產(chǎn)期間用于工藝主參數(shù)，例如壓力或流量的控制，始終為串級(jí)控制中的內(nèi)環(huán)（主回路