独特的蒸汽透平空压机调速和导叶控制系统.docx

18.4 独特的蒸汽透平空压机调速和导叶控制系统蒸汽透平空压机是某厂从原联邦德国DEMAG公司引进的机组，它是以4.0MPa蒸汽为动力驱动一个型 号为NK32/16-3的蒸汽透平，继而带动一个型号为AR70-8V7-2的空压机机组转速的控制由机械和仪表两 部分构成，入口流量控制是通过对入口导叶开度的控制而实现的，其独特之处在于调速控制和导叶开度控 制都是接收同一个控制器来的号，同步实现流量与转速的双稳定18.4.1 调速和导叶开度控制系统18.4.1 .1 系统构成系统结构简图如图18-9 所示调速自控系统包括：HC1301 转速及导叶开度手操器，信号范围是20〜lOOkPa,在其为外设定状态时，输出信号为FRQC-1的输出信号；FRQC-1 空压机入口流量反作用控制器；SC1302 转速自动调节系统的输出，在（20〜48.2〜60kPa的范围内将透平转速分别控制在7120〜8100〜8510r/min；UC1301-1 计算器，将87.1-93.5kPa的信号转换成48.2〜60kPa的信号；UC101-2 咼选器；UC1301-3 低选器；K1 定值器，设定值为48.2kPa经过分析，可将SC1302与FRQC-1 （或HC1301 ）间的函数曲线绘制成图，见图18-10所示。

18.4.1.3 导叶开度控制系统导叶开度控制系统包括：HC1301 转速及导叶开度手操器，信号范围是（20〜lOOkPa,在其为外设定状态时，输出信号为FRQC-1的输出信号；UC1052-1 低选器；UC1052-2 咼选器；UC1052-3 计算器，将93.5〜100kPa的信号转换成87.1〜100kPa的信号；HCV1052 入口导叶阀门定位器，在48.2〜87.1〜100kPa的信号范围内动作，范围是+30°〜 0°〜 -10°K2：定值器，设定值为87.1kPa经过分析，可将HCV1052与FRQC-1 （或HC1301 ）间的函数曲线绘制成图，如图18-11所示18.4.2 透平转速与导叶开度自动控制的实现18.4.2.1 启动初期的手动操作透平的启动阶段指转速在0〜7120〜8100r/min的过程，在此过程中，导叶将始终保持在+30°关的状 态，以保持透平无负荷启动首先应将HC1301打至内设定（手动）状态，将FRQC-1的输出信号切除，并保持20kPa的信号，此 时SC1302接收的信号为20kPa，使其对阀门0801不产生影响，然后通过手动调整机械调速部分HC1302 手柄，使蒸汽阀门 0801 开度由小到大，透平转速也从 0r/min 增至 7120r/min （87.9%的额定转速）。

18.4.2.2 转速与导叶开度的自动控制通过图18-10和图18-11可以看出，此时手动操作HC1301使其由20kPa增至48.2kPa，透平转速相 应地从7120r/min被升速至8100r/min,接着再将其输出逐渐增大至87.1kPa,此过程中透平转速将始终 保持额定转速8100r/min，但其入口导叶将逐渐打开，由+30°变到0°,开始压缩空气外送在操作人 员陆续开下道工艺设备并将出口压力稳定后，即可将 HC1301 切换到自动状态(外设定)，即其输出信号 接收 FRQC-1 的信号，从而使空压机的出口流量与转速同时进入自动控制状态此时，如果出口气量受 FRQC-1控制需要调节时，空压机转速将保持8100r/min不变，导叶开度在+30°〜0°间变化18.4.2.3 透平自动提速如果空压机输出的气量在导叶开度为+30°〜 0°范围内满足不了要求，需要提量，即 FRQC-1 流量调 节器的测量小于设定值时，其输出将由 87.1kPa 逐渐增大，即先将透平从 8100r/min 开始升速，最终升 速到8510r/min,然后再将入口导叶由0°开大到-10°，从而既保证了气量的需要，又为该流量下出口 气体压力的稳定提供了相应的动力。

18.4.2.4 超速跳车及其他条件下的联锁保护在机械方面，还设有一超速跳车保护系统，当透平转速超过 110% 时，超速停车控制器将蒸汽入口阀 2301 关闭，停透平；当空压机出现喘振、振动超高等不正常现象时，将发生联锁动作，使阀 0801 关闭， 停透平空压机18.4.3 系统设计的独特之处(1) 系统由高选器、低选器、计算器、定值器及手操器等组成，设计简单且性能可靠2) 自动调节系统与入口导叶开度系统都是由一个调节器FRQC-1 (和手操器HC1301)控制，在通过自 动控制入口导叶开度控制出口流量的同时，也同步地自动控制透平空压机的转速，使得一定流量的气体能 够获得相应转速下压缩机提供的动能，从而保证了压缩机出口气体压力与流量的稳定3) 在透平空压机启动阶段，操作人员只需操作一台手操器即可同时调整透平转速及入口导叶的开度， 极大地简化了操作 4)具有超速跳车及联锁保护系统，保证透平空压机安全可靠地运行经过上面的分析不难看出，此套蒸汽透平空压机的转速和入口导叶开度控制系统接收同一个调节器的 输出信号，同步实现自动控制；并且在转速控制联锁停车等方面也有相应的设计，是一套考虑非常周到的 完整控制系统，有着一定的特色。

18.5 GT078L3K3 型离心式空气压缩机的防喘振控制GT078L3K3型离心式三级空气压缩机是由德国Atlas公司生产的，为整体齿轮驱动的径向式压缩机， 齿轮带有3个轴，为水平分裂的单螺旋直齿圆柱型，主要技术指标为电动机电压6000V,电流570A，功率 5200kW, —级吸入口体积流量61400m3/h，压力97.4kPa，温度30°C，出口与入口压力之比不变时，喘振 极限操纵反应线 42000m3/h18.5.1 喘振产生的原因分析 离心式压缩机的喘振是由于压缩空气部分或全部回流导致压力波动、温度增加所引起的，它受空压缩 机转速、各级吸入气体温度、入口导叶开度等因素的影响空压缩机转速因素是由于空压机本身性能可靠，供电设备稳定，且有轴振动、轴位移报警保护装置， 所以由转速不稳造成压力波动的因素可不考虑各级吸入气体温度因素是在相同压力比下，若各级吸入气体温度高，气体流量就会减少可通过测量 各级入口气体温度来修正气体的流量，以减少温度变化对工况的影响入口导叶开度因素是在入口导叶开度一定时，空气流量比Q和压力比P（Q、P均为实际值与设定值之比） 存在一定的函数关系，其函数关系可通过压缩机的特性图表示，如图18-12所示。

从图18-12可看出，导叶开度和压力比不同，空压机出现喘振的流量极限不同把不同状态下出现喘 振的极限流量值连接起来，就构成了喘振曲线，如图18-12中的PG线，喘振曲线的左上方为空压机非稳定 工作区，即喘振区，右下部为稳定工作区1） 若入口导叶开度不变，空气压缩机流量和压力关系成一固定曲线当压力比增大，空压机操作 点0则沿该固定曲线移动，流量值易移至喘振区；若流量减少，空压机操作点0也会沿该固定曲线移动， 压力比值也极易移至喘振区为避免压力比大、流量小而引起喘振，可调节入口导叶的开度，使空压机的 压力和流量维持在稳定工作范围内2） 当停止向空分装置送气或空分装置阻力大时，输送给空分装置的空气流量就会很小，从而导致空 压机工作在喘振区此时，可通过调节放空阀的开度使空压机的流量保持在喘振极限操纵反应线以上Oq.\目亟.网）11工I-G鞍決图 18-12 GT0?8L3K3 心武三纵压搐抓特性图0-廉毕盒.盼一哺砂h曲一杜2罔和耳入口寻叶刑5时町的蒔性曲线“以矢口壽叶?W对战特世當线\DCS箏魄[U 18-13PI.C蒂扯系统配盍18.5.2 防喘振控制的实现18.5.2.1 系统组成该系统由DCS和PLC两部分组成，系统配置如图18-13所示。

DCS是加拿大Elsag公司的INFI90集散 控制系统，其中INFI90环网、多功能处理器构成系统的热态冗余，完成整个工厂的生产过程的数据采集、 回路控制等功能PLC系统选用德国SIEMENS公司的S5-115U 945系列可编程控制器，由一组I/O模块和 一个操作员盘组成，完成空压机设备的联锁联动控制、重要参数（电机转速，轴振动等）的模拟显示及控制 DCS与PLC之间有相互联系的参数，通过它们的I/O模块进行联系空气压缩机防喘振控制系统主要包括入口导叶开度调节回路、放空阀调节回路、开停车时设备联锁三部分其中，入口导叶开度调节由DCS实现；放空阀调节、开停车设备联锁由PLC实现18.5.2.2 入口导叶开度控制入口导叶开度用来控制空压机进出口压力比和空气流量，保证空压机能工作在稳定的工作区内该控 制采用流量和压力两参数的选择性控制方案，如图 18-14所示图1B-14入口导叶开度控制示盍图入口导叶开度调节回路控制功能如下1) 输入数据处理除对输入信号进行移动平均值处理外，还对空气流量信号进行温、压补偿计算和上、下限幅处理2) 回路控制被控参数压力和流量分别采用单独的调节器进行PID控制，由低选器选择其中的低值来控制入口导叶开度。

这样，既减少了空分装置中输入空气压力和流量的波动，又预防了空压机喘振现象的发生3) 联锁控制当 FIC-F2615 回路的手/自动控制站切换为手动时，入口导叶的开度由 FIC-F2615 的手动输出值和 PIC-P2615 的自动输出值中的小值来控制当PIC-P2615回路的手/自动控制站切换为手动时，入口导叶的开度则只通过FIC-F2615的自动输 出值来控制18.5.2.3 放空阀开度调节一旦空压机接近喘振区(如图18-12中AG线)，就要打开放空阀，使空压机的排出压力降低，空压缩机 重回到稳定工作区放空阀的放空量将根据二级压缩后的经温压补正的空气流量进行开环控制，如图 18-15 所示[U 18-15放空阀开度调节示意图忆母“卜“ ■ !：前'：；京7丈:士辿焉.!-Y.. I :::：：：喷S舷r曼电窶:FT-ps 31 a--E馥舉编若 is左檢力的弧 .-囁适站 te-ti >Fli-rmQ-^:科■:.： FIG-FL! 5U-flS ¥曲洞FV-^HJQ-fi主胃18.5.2.4 空压机开停时设备联锁(1) 空压机启动准备：入口导叶处于最小位置；放空阀全开2) 空压机启动：启动过程中放空阀保持全开。

3) 启动之后：3min之内缓慢闭合放空阀4) 停机：快速打开放空阀18.6聚乙烯C-400压缩机联锁及状态监测系统与DCS、PLC的应用某乙烯厂聚乙烯装置是采用英国BP专利低压气相流化床工艺生产HDPE/LIDPE产品，其生产工艺包括 催化剂制备、预聚合、聚合工段、挤压造粒、包装工段；其反应大部分是用程序控制间歇反应而聚合工段 是连续式不间断反应;其控制系统是采用美国HONEYWELL公司TDC-3000集散控制系统完成各种单回路控制、 复杂控制、逻辑控制、程序控制和各种高级程序计算；联锁保护系统采用美国MIDICON公司的984-680 PLC 实现工艺紧急切断联锁及其它各种安全联锁保护聚合工段的D-400反应器是聚合反应的“心脏”，其流化气循环的动力是采用日本引进离心式压缩机C-400 作循环反应，其设计满足长周期运行，即每条线只有一台压缩机所以，如何保证压缩机安全、稳 定、长周期运行，满足工艺平稳生产、减少停车的经济损失，这不仅需要工艺人员精心操作和维护，更重 要是加强对压缩机组的安全保护系统，提高。