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CCC 防喘振控制技术 第 1 页 CCC压缩机防喘振控制技术(Antisurge Control) 1. 喘振现象 喘振是涡轮压缩机特有的现象我们可以从下图的简单模型来解释这一特性从图中可以看出当容器中压力达到一定值时压缩机运行点由 D 沿性能曲线上升到喘振点 A流量减小压力升高这一过程中流量减小压力升高由 A 点开始到 B 点压缩机出现负流量即出现倒流倒流到一定程度压缩机出口压力下降B-C,又恢复到正向流动C-D这样气流在压缩机中来回流动就是喘振伴随喘振而来的是压缩机振动剧烈上升类似哮喘病人的巨大异常响声等如果不能有效控制会给压缩机造成严重的损伤喘振工况的发展非常快速一般来讲在 1-2 秒内就以发生因而需要精确的控制算法和快速的控制算法才能实现有效的控制 2. 喘振控制 2.1 喘振线的确定 通常压缩机都会有一系列的性能曲线图如下图所示其坐标是多变压头-入口流量由于压缩机入口条件的不同如温度压力分子量等其喘振曲线是分散的多条曲线给喘振的控制带来困难CCC 根据压缩机的设计理论喘振理论和自己的经验开发出了一套计算方法和软件可以将多变的入口条件的喘振曲线转化成与入口条件无关的曲线如下图这样就可以方便地确定喘振点而一般来讲压缩机制造厂商提供的性能曲线是计算值会有一定偏差特别是旧机组的性能会发生变化或者没有性能曲线为了精确控制需要对喘振曲线做现场测试传统的测试方法需要由经验丰富的测试工程师来进行测试人为地判断压缩机是否到达喘振点这样做带来了巨大的风险因为人的判断无法保证 100%的准CCC 防喘振控制技术 第 2 页 确而且由于到喘振点时需要人来手动控制打开防喘振阀往往会动作滞后或过早打开难以避免给机组造成损伤或无法实现准确测量CCC 的喘振算法和控制算法能够在自动状态下测量喘振曲线从而避免了人为测量的风险并能准确测量记录线这一功能是 CCC 的专利技术而且是世界独一无二的 2.2 喘振控制算法 在传统的防喘振控制算法中只是简单地用折线仿真线用运行点的流量与喘振点的流量比较当达到喘振点时打开回流阀放空阀这样做会造成大量的回流放空能量和造成工艺的扰动甚至中断CCC 的控制算法可以由下图简单说明 CCC 防喘振控制技术 第 3 页 2 ,1)(oprsqhrfS = 2 ,1)(SLLrqhrf= 喘振线上的点1)(2 ,1==oprsqhrfS 因而图中 Ss> 1 的区域为喘振区域Ss< 1 的区域为安全区域通过对 Ss 值的计算就可以建立喘振的数学模型从而实现控制 2.3功能描述 2.3.1 各种控制线 各种控制线及其相互之间的关系 (1) Surge Limit Line, SLL 压缩机在不同的工况下有不同的性能曲线每一条性能曲线都有一个喘振极限点所有这些点构成了一条喘振极限线 SLL (2) Surge Control Line, SCL 为防止喘振发生CCC 防喘振控制算法在喘振极限线 SLL 右边设置了一个可变的安全裕量b这样就可以在操作点到达喘振极限线之前开始动作增加压缩机的流量 (3) Recycle Trip Line, RTL RTL 规定一个操作极限如果操作点超过这个极限循环跳闸响应将快速打开防喘振控制阀RTL 位于 SCL 与 SLL 之间 (4) Safety On Line, SOL SOL 定义一个操作极限如果操作点超过这个极限则表明压缩机已经正在发生喘振安全保险响应将增加喘振控制线的裕度(总 b 值)迅速制止喘振SOL 线在喘振极限线的左边二者之间的距离为 SO (5) Tight Shut-off Line, TSL TSL 定义最小的 SCL 的偏差位于 SCL 线的右边二者之间的距离为 d1CCC 防喘振控制技术 第 4 页 2.3.2 CCC防喘振控制算法的控制功能 (1) PID控制响应 对于缓慢的小的扰动使操作点进入喘振控制线 SCL 左边的喘振控制区CCC 防喘振控制算法的 PI 控制算法根据操作点与 SCL 之间的距离产生相应的比例积分响应防止压缩机操作点回到 SCL 左侧的非安全控制区 CCC 防喘振控制算法的微分作用不是直接控制输出而是用于加大 CCC 防喘振控制算法的安全裕量这样操作点在向喘振方向移动但并没有实质的喘振危险时不会将防喘振阀打开只有在操作点处于或者接近防喘振控制线 SCL 时才通过加大安全裕度使控制响应加大增加流量这样一来对于一般的扰动既可以保持工艺过程稳定又能防止喘振的发生 (2) RTL响应 如果对于一个较大较快的扰动当比例积分响应和特殊微分响应不能使压缩机操作点保持在SCL 线的右边而是操作点瞬间越过了 SCL 左边的 RTL则 RTL 响应就会以快速重复的阶跃响应迅速打开防喘振阀这样就恰好可以增加足够的流量来防止喘振 (3) 根据SOL线的安全保险响应 如果因意外情况如组态错误过程变化特别严重的波动使压缩机的操作点越过 SLL线和 SOL 线而发生喘振则安全保险响应就会重新规定喘振控制裕度使喘振控制线右移增加 SCL 与 SLL 之间的距离在一个喘振周期内将喘振止住 (4) TSL响应 如果操作点在 TSL 线的右边那么防喘振控制算法的 TSL 响应将输出 0 或者 100%的信号关闭防喘振控制阀 CCC 防喘振控制算法根据喘振发生的特点通过设定不同的控制线当操作点越过不同的控制线产生不同的控制响应把这些响应组合在一起产生一个独特的控制响应这种控制响应既能防止喘振又不会使工艺过程产生不必要的波动也不需要浪费能量 (5) Safe-on 响应 如果机组实际发生了喘振则喘振控制算法自动加大一个安全裕量 b4以防止喘振的再次发生这一动作最多可以加大 5 次 b4,并且可以手动或自动复位 (6) Fall-back 功能 CCC 防喘振控制算法中有各种备用控制策略当计算喘振接近度 SS公式中所用的输入信号出现故障时提供一个经验缺省值以保持喘振控制的运行 CCC 防喘振控制技术 第 5 页 (7) 手动控制 手动控制可以让操作员手动控制防喘振阀的开度手动操作有两种方式一种是完全的手动在这种方式下喘振控制算法即使探测到喘振工况也不能控制防喘振阀另一种方式是在手动操作中如果喘振控制算法探测到喘振工况就可以控制防喘振阀来保护机组 (8) 解耦控制 对于有性能控制的机组通常会通过调节压缩机的速度或入口调节阀的开度来满足工艺要求当压缩机进入喘振调节时有时性能控制会同时要求减小流量如性能控制变量为入口压力时两个控制回路是互相反作用的从而造成系统的不稳定使机组更加接近喘振针对这种情况CCC 的性能控制算法和喘振控制算法会将各自的输出加权到对方的控制响应中去从而实现解藕控制来使两个控制回路协调动作迅速稳定系统 (9) 自动加载和停机功能 配合调速控制和性能控制CCC 的控制算法能够在机组达到最小控制转速后或当出口单向阀打开时以一定的速度关闭防喘振阀同时维持出口压力不变将机组并入到工艺系统中去停机时则自动打开防喘振阀将机组切出系统 (10) 负荷平衡与负荷分配功能 防喘振控制算法配合性能控制算法将并联/串联运行的机组控制在与喘振线等距离的运行点上 (11) CCC喘振控制算法功能框图 3. 采用CCC防喘振控制算法的益处 (1) 压缩机运行更经济采用先进的防喘振控制算法压缩机可以在更靠近喘振极限的位置运行而不必打开回流阀 (2) 工艺过程控制更加精确内置的回路解耦算法允许性能控制算法和防喘振控制算法之间更快地协调并消除防喘振控制动作可能产生的间断效应 (3) 减少压缩机停机时间CCC 防喘振控制算法消除了因喘振或者过载引起的不必要停车 (4) 压缩机维修费用降低消除损害性的喘振减少大修次数 (5) 压缩机运行更可靠采用退守FallBack策略控制算法能够在变送器发生故障时继续防止喘振 (6) 操作简化RTL 和 SOL 响应减少了操作者的介入 (7)更低的工程成本专门针对压缩机的具体条件而设计用户不必进行软件设计和软件组态降低开车费用 (8) 降低压缩机初始投资防喘振控制算法和过载保护延长了压缩机寿命 CCC 防喘振控制技术 第 6 页 。