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防喘振

1. 压缩机的防喘振控制方案
以往方案大致可分为固定极限流量和可变极限流量防喘振控制两类。

但到目前为止,对于不同摩尔质量、温度、压力的压缩气体,还没有一种切实可行的方法来有效、精确地计算压缩机的喘振线,通常都是建立一个较大的额外安全空间,保证机组在可预设的最佳工作状况下安全运行,但这种方法使得压缩机的工作效率大为降低,因此有关的专业技术人员一直在寻找更有效的方法来解决防喘振控制过程中的安全与效率问题。

TS3000 系统的成功应用,
就较好地解决了此问题。

2. 喘振线作图的基本方法
压缩机防喘振控制系统的基本原理,如图2 所示。

图中:Yl=Y2/Y3=Pd/Ps=(PT2+ 1.0332)/(PT1+1.0332);
SP=Y4=V(Pd/Ps)+K(给定);Y5= h/Ps=FT5/(PT1+1.0332)(测量)采用Pd/Ps 和c·h/Ps 做喘振曲线,其基本形状为抛物线,而采用Pd/Ps 和(c· h/Ps )2作图时得到的喘振线则在工作点附近基本呈直线形状(简化后,C2h/Ps)。

其关系式如下:
h/Ps=V·(Pd/Ps)+K式中,Pd—压缩机出口压力(绝压),kPa;Ps—压缩机入口压力(绝压),kPa;C—常数(由孔板尺寸决定),m2;h—孔板差压(与流量的关系式为Q2=H),kPa
3. 工艺控制方案
(1)压缩机防喘振调节画面组成
(a)防喘振动态示意图,将压缩机实际工作点在防喘振示意图上相应显示。

(b)动态数据,将实际工作点数据在ESD 画面相应处显示。

(c)点击ESD 流程图上相应调节阀,可弹出PID 画面,可在线修改设定值或输出值。

(2)调节防喘振电磁阀设定3 种状态,正常运转状态下,可设定自动调节,开停工或异常状态下,
可设定手动调节或强制调节。

(3)报警
利用声光报警及画面报警提示。

(4)控制要点
(a)开压缩机前,应先将防喘振阀强制打开至100%。

(b)当压缩机实际工作点靠近防喘振线时,应提高压缩机转速,维持正常生产,若压缩机
转速已达最大,则应打开防喘振阀,并适当降低装置负荷,保证压缩机的正常运行。

(c)当压缩机进入喘振区,ESD 声光报警时,应立即打开防喘振阀,并相应降低装置生产
负荷,消除喘振,使压缩机回到正常工作区运转,避免压缩机损坏或故障。

(5)机组喘振线及防喘振线示意图
见图3。

4. TS3000 控制系统喘振线的计算
由TS3000 推出的喘振线计算方
法,其基本思想与上述方法大体相同,
区别在于当气体分子量Mw 发生变化
时,压缩机的喘振特性曲线可近似为一
条折线,如图4 所示(计算方法略)。

三TS3000 系统在压缩机防喘振控制
中的组态及操作
在正常工艺操作情况下,根据此时
机组的压力比,通过喘振线计算出防喘
振控制线,求出此时喘振流量设定点,
与入口流量变量相比较进行PI 控制,
根据PI 运算结果控制防喘振阀的开度,
从而保持充足的气体流过压缩机。

当流量下降过快时,TS3000 的防
喘振控制逻辑会快速进行以下几种控
制:
1. 阶跃输出控制逻辑
当压缩机操作点迅速左移达到防喘振控制线时,控制防喘振阀输出值会阶跃减少6%,
即防喘振阀开度增加6%,若经过0.13s 时间压缩机操作点仍在备用控制线左侧,则再将防喘
振阀开度增加6%,直到使压缩机操作点回到备用防喘振控制线右侧,从而保证有足够气体
流过压缩机。

2. 给定值偏置控制逻辑
当发生喘振时,防喘振控制线会增加2%(也可设定为按比例增加:如l%、2%、4%、8
%),如果压缩机又发生喘振,则防喘振控制设定点又增加2~4%,累计喘振控制点增加值可
达10%。

当工艺状况恢复正常时,可将喘振控制设定点偏置进行复位,使其回到防喘振控制
线上。

3. 浮动比例控制逻辑
当流量快速降低时,防喘振控制逻辑还会产生一个特殊的“微分控制”,也就是浮动比例
的算法,它将防喘振控制系统微分增益Kd 与流量变化值苝v 的乘积(K 苝v)叠加在原有PI
控制输出上,使防喘振阀动作加速,以保持机组有充足流量。

4. 快开慢关
当流量波动大时,TRICONEX 控制器能快速打开防喘振阀,但当工作点到达防喘振控制
线的右侧,进入安全区域后,TRICONEX 控制器按照此前设定的一个速率将防喘振阀慢慢关
闭,以保证压缩机能迅速调整到一个新的工作点。

5. 断电输出
当TRICONEX 防喘振控制器判断喘振发生时,TRICONEX 控制器能迅速输出一个开关
量,直接作用于防喘振控制阀的电磁阀,从而迅速打开防喘振阀。

6. 高选输出
TRICONEX 防喘振控制器的输出是PI 控制输出、浮动比例控制输出、手动输出三者之间的最高值,从而能有效地保证压缩机的防喘振控制,确保机组的安全。

7. 自动、半自动、手动切换功能
TRICONEX 防喘振控制器提供了自动、半自动、手动输出功能,从而为机组的防喘振控制提供了较为丰富的控制手段和调试手段。

总之,压缩机防喘振控制是通过跟踪防喘振控制线来完成的,在压缩机正常运行时,利用TRICONEX 防喘振控制器来保证系统稳定。

当流量波动大时,通过阶跃逻辑、给定值迁移和浮动比例等的算法来快速打开防喘振阀,从而避免喘振的发生,TRICONEX 控制器的防喘振控制过程非常迅速,它的一个处理周期大约为100ms。

四开车过程中遇到的问题
开车阶段,由压机制造厂对压缩机喘振线进行实测。

操作员临时将喘振控制阀改为手操,并增加紧急停车按钮和部分应急打开喘振阀按钮。

实验中发现一旦发生喘振,部分应急打开阀就显得很不及时,后来改为当喘振发生时喘振阀全开,效果很好。

另外,开车期间曾发现
在转速超过3000r/min 后压缩机转速明显高于透平机转速,用示波器观察,发现正弦波上叠加有明显杂波。

经过在转速输入脉冲卡输入端并入1.9kΩ电阻消除交流干扰,信号中的杂波消失,转速显示随即正常。

装置开车一年多来,压缩机一直运行正常,在装置生产波动的情况下,操作人员都能运用防喘振系统及时准确地调整压缩机运行,没有发生因压缩机喘振而引起的联锁停运。

在装置开停车期间,为缩短系统置换时间,应尽可能长时间维持循环机的运行,因此当系统压力比较低时,打开防喘振控制阀,确保循环机不在喘振区运行,既缩短了开停工时间,又降低了消耗,为炼油厂带来了较大的经济效益。

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