离心冷水机组

离心冷水机组（精选九篇）

离心冷水机组 篇1

重庆国际检测大厦暨国家中西部科技检测中心项目是目前中国西部最大的检测类在建项目, 占地近1.2万㎡, 总建筑面积达6万㎡, 落成后将引进一批国际国内权威检测机构, 从而成为集检测、实验、培训、认证、咨询、信息的一体化的检测服务综合机构, 建成后年检测收益将达10亿~15亿元。而清远义乌商贸城是粤北地区最大的轻工商品批发市场, 辐射整个广东省市场, 是清远市政府重点支持市场、市10大重点工程之一, 总面积8万多㎡, 总冷量达3 500 RT。

在多个国际品牌同台竞技的竞标格局中, 格力中央空调凭借自主研发的核心科技以及个性化的中央空调系统解决方案, 力压群雄, 一举夺标, 拿下这2个超千万元大单。

据介绍, 此次中标的中央空调系统设计将采用冷水系统, 主机采用离心机, 末端有风机盘管、空气处理机等设备。

离心式冷水机组是目前国际上能效最高的大型中央空调机组, 是代表中央空调行业最具有核心科技的产品之一, 主要用于大型建筑空间。过去, 只有美国的少数几家企业掌握了其核心技术和生产工艺, 中国空调企业此前一直未攻克这一难关, 以至于当时国内的大型中央空调项目, 几乎被美国的几大中央空调品牌垄断。

我国首台具有自主知识产权的离心式冷水机组于2005年8月在格力电器下线。由此打破了“美系”中央空调企业对大型中央空调领域的技术垄断, 填补了中国家电企业在大型中央空调领域的空白。

格力坚信, 每一个成功都是一个新的起点, 经过随后几年的科研攻关和应用试验, 格力高效离心机组不断突破行业技术瓶颈。2009年10月, 在广东省科技厅组织的科技成果鉴定会上, 格力高效离心机被清华大学、中国制冷学会等权威机构专家一致评定为达到国际领先水平, 最高能效比达9.18, 在相同工况下, 比普通离心机组节能30%~50%。以10万㎡的工程为例, 按每年运行3 000 h计算, 采用该机组每年可比普通机组节约用电150万k Wh~250万k Wh, 可节省电费90万~150万元。而如果中国5亿m2的大型公共建筑都采用高效离心式冷水机组, 每年全国可节电79亿k Wh, 减排788万t。

时至今日, 格力离心机已经成功运用在商场酒店、医疗卫生、市政科研、工业能源等各个行业领域, 成为离心机市场上的宠儿。

离心冷水机组 篇2

2013年3月15日，天气23-28℃，根据公司领导安排参加水冷离心式冷水机组运行情况考察。参加考察人员有：成本管理中心蔡经理、陈文、酒管公司贺小虎、张德生、机电管理部罗国庆，本次主要考察约克和麦克维尔公司在三亚地区已投入运行机组情况。

一.约克水冷离心式冷水机组

1.三亚大东海银泰度假酒店，业主单位是湘投瑞达置业有限公司，酒店于2003年开业，选用一台800RT和两台450RT美国进口水冷离心式冷水机组，机房设备已运行10年时间。该酒店制冷机房位于主楼地下一层与配电室相邻，制冷机房因后期增加洗衣房空调设备导致面积过小，设备布置显得凌乱。

1.1 由于酒店管理公司设备管理到位，机组外观整洁，无尘土。在机身未发现有油迹，仅在设备供油管道接头处，发现小面积油迹，机组下侧地面有小面积的黑色油迹。

1.2 通过与酒店工作人员了解，该酒店四台水冷离心式冷水机组的日常维修养护委托约克公司负责。

1.3 约克机组采用开式电机结构，风冷形式，导致电机两端处均有进风格栅，发现进风格栅处有少量积尘。

1.4 现场发现机房内有三瓶50KG钢瓶134A制冷剂及四桶机组专用润滑油，其中还有一台机组电机与压缩机轴封箱被拆卸，通过酒店工作人员了解，该机组轴封损坏需要更换，厂家还未将轴封零件送至三亚。

1.5 通过现场对机组运行状态观察，机身有轻微振动，油泵、供油管路有轻微振动。

1.6 机房墙体和天棚采用玻璃棉作隔音处理，隔音降噪效果差，在距离机房8米的地方均能听见机组运行噪音。

2.三亚美高梅度假五星级酒店，业主单位是中粮集团，酒店于2011年11月开业，选用3台800RT和1台450RT水冷离心式冷水机组，机房设备运行不到两年时间。该酒店制冷机房位于地下二层，机房空间宽敞大气，设备间距大，为设备检修维护留空间。

2.1 机房采用玻璃加矿棉板作隔音处理，隔音效果一般，在机房外面3米处能听见设

备运行声音。

2.2 通过对机器油路检查发现，部分管件连接处有少量油迹。通过酒店工作人员了解，该酒店四台机组的日常养护委托由约克公司负责。

2.3 机房四台离心机组电机配置变频器，但未配置谐波过滤器，业主单位忽视变频器谐波的危害，大功率变频器谐波的危害性是业界公认，不配加谐波过滤器将产生的危害：

变频器谐波降低电力设备使用寿命、使变压器的铜损增加。增加铁损，影响绝缘能力、引起变压器绕组及线间电容之间的共振；变频器输出谐波使电机额外升温，产生机械震动、噪音及过电流；变频器谐波会使电力电容发生过载、过热甚至损坏电容器；变频器谐波电流会使开关设备在启动瞬间产生很高的电流变化率，破坏绝缘；变频器谐波将使继电保护和自动装置出现误动作，并使仪表和电能计量出现较大误差；变频器谐波对附近的通信系统产生干扰，轻者出现噪声，降低通信质量，重者丢失信息，电器工况变坏等。

3.约克考察小结

约克公司成立于1874年美国约克郡，至今已有139年发展历史，产品应用范围广泛，从主机到末端主要分为民用、商用及工业冷冻设备三大类。1995年在中国无锡设制造工厂，主要产品为水冷离心式冷水机组、水冷螺杆式机组、工业用机组。

3.1约克水冷离心式机组采用开式电机结构形式，其制造工艺简单，相对

产品价格低廉，适合于出售型物业及政府办公楼，故市场占有率较高。

3.2约克开式电机需要定期电机除尘，否则会影响电机效率和安全。开式

电机除尘与清洗家用空调室内机隔尘网同理，每隔三到六个月都需要清洗隔尘网，否则会降低空调机效率。

3.3 约克开式电机结构导致的周期性轴封更换、振动导致漏油、轴封漏油

（机身带漏油壶）、制冷剂泄漏等高故障率一直困扰用户后期维护管理，需要资深专业人员才能胜任日常养护，其机组养护成本高。

3.3约克离心机组COP值5.4低于设计5.5要求，将会后期设备运行费用

过高，虽然推出变频控制方案，但并不被已投入使用的老用户所接受。对新用户所销售变频机组不配置谐波过滤器，避而不谈谐波的危害，当用户后期认识的谐波危险性时，购置约克变频谐波过滤器，存在漫天要价行为。

二.麦克维尔水冷离心式冷水机组

1.三亚解放路步行街，总建筑面积3.3万平米，业主单位三亚东宏实业有限公司，开业时间于2006年4月，选用两台500RT离心式冷水机组，制冷机房设备运行时间7年。制冷机房位于商业街地面上，属于小平房结构，建筑层高不到2.8米，由于受平房空间限制，机房设备布置紧张，冷冻水主管道从机组上空穿通过，设备间距不足1米，未给设备留下检修维护空间。

1.1机房在地面，未做任何隔音处理，在机房两米处能听见机组运行声音。

1.2机身尘土较多，属于长时间无人保养状态，供油管道连接处未发现有油迹。

1.3通过现场对机组运行状态观察，用手触摸润滑油箱、油过滤器、油泵有微

小振动。

1.4该项目属于商业建筑物，受面积限制，机房未考虑备用机组，机房内未预留

出设备检修通道。通过本次考察可以看出业主单位所选用机组稳定性好、故障率低。

1.5 通过与物业人员沟通了解到，机组运行七年一直是物业工程部负责机组的日常养护，未与厂家签订维保协议。

2.麦克维尔考察小结

麦克维尔公司1872年成立于美国明尼苏达州明尼亚波斯市，至今有141年发展历史，麦克维尔的产品已覆盖了工业用、商业用及家用暖通空调设备。1995年在中国武汉设制造工厂，主要产品有水冷离心式冷水机组，单螺杆冷水机组、低温机组。

2.1麦克维尔水冷离心式机组采用半封闭式电机结构，设备加工制造工艺复杂，机组振动小，无漏油漏氟风险。

2.2麦克维尔水水冷离心式机组制冷效率高COP值达5.68，高于设计5.5要求，后期可节省大量运行费用。

2.3 麦克维尔离心机组质量较好、运行稳定，对维保技术要求低，普通技术工

人进行培训后，即可完成日常养护工作，机组日常维修养护成本低廉。

三.考察总结

1.麦克维尔公司在三亚业绩不多，所考察机组稳定、振动小、故障率低，机组日常维修养护成本低廉，机组 COP值5.68可为后期节省运行费用等特点，本次考察结论评优秀。

2.约克公司在三亚地区业绩较多，机器运行稳定，但机组运行振动较大，导致机组管道连接件处漏油；设备轴封漏油，机组COP值5.4低于设计5.5要求，后期运行成本高；定期更换轴封；需要资深专业人员才能对机组进行日常养护其成本高等原因，本次考察结论评一般。

3.通过银泰、美高梅、商业街三家制冷机房考察发现，冷水离心式机组运行噪音大，应重视机房降噪处理方案，否则将对会对相邻房间产生干扰。

机电管理部

离心冷水机组 篇3

【关 键 词】离心式冷冻机 原理 故障 检修 维护

【中图分类号】F407.4【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0207-03

一、简介

卧螺离心机因为具有运转平衡，操作可靠，运转率高，摩擦件少，因之备件需用量少，维护费用及人员少等优异特点，被广泛应用于化工、石油等领域。齐鲁石化公司氯碱厂1#PVC生产装置公用工程单元制水系统压缩机采用的是重庆美的通用设备有限公司生产的重庆美的-LC双压缩机离心冷水机组。

下图为重庆美的-LC双压缩机离心冷水机组简图：（见图1）

二、离心式冷冻机工作原理

美的-LC双压缩机离心冷冻机组主要包括主电动机、制冷压缩机、电机、油冷却器、冷凝器、蒸发器等组成。

离心式制冷机是蒸气压缩式制冷方式的一种。其制冷原理均是通过压缩机对制冷剂蒸气施加能量，使其压力、温度提高，然后通过冷凝、节流过程，使之变为低压、低温的制冷剂液体在蒸发器内蒸发为蒸汽，同时从周围环境（载冷剂，如冷水中）获取热量使载冷剂温度降低，从而达到人工制冷的目的。由此可见，蒸汽压缩式制冷循环包括压缩、冷凝、节流、蒸发等四个必不可少的过程。其原理分述如下：

压缩过程：蒸发器中的制冷剂蒸汽被离心压缩机吸入后，原动机（一般为电动机）通过压缩机叶轮对其施加能量，使制冷剂蒸汽的压力提高并进入冷凝器；与此同时，制冷剂蒸汽的温度在压缩终了时也相应提高。

冷凝过程：由压缩机来的高压、高温制冷剂蒸汽，在冷凝器中通过向管内的冷却水放出热量，温度有所下降，同时在饱和压力（冷凝温度所对应的冷凝压力）下，冷凝成为液体。这时，冷却水因从制冷剂蒸汽中摄取了热量，其温度要有所升高。冷却水的温度与冷凝温度（冷凝压力）直接有关。

节流过程：由冷凝器底部来的高温、高压制冷剂液体，流经节流孔口时，发生减压膨胀，压力、温度都降低，变为低压、低温液体进入蒸发器中。

蒸发过程：低压、低温制冷剂液体在蒸发器内从载冷剂（如冷水）中摄取热量后蒸发为汽体，同时使载冷剂的温度降低，从而实现人工制冷，蒸发器内的制冷剂蒸汽又被压缩机吸入进行压缩，重复上述压缩、冷凝、节流、蒸发过程。如此周而复始，达到连续制冷的目的。

制冷量正比于压缩机的吸入流量。为此，在离心压缩机进口装有可调导叶调节机构，用它来控制压缩机的吸入流量，亦可控制制冷剂的蒸发量，从而实现制冷量可以在一定范围内无级调节。

三、重庆美的-LC系列离心式冷冻机的主要设备

1、压缩机

2、主电动机

3、蒸发器

4、冷凝器

5、润滑油系统

四、冷冻机常见故障及处理方法

做为化工企业中关键设备同时也是我公司的重点设备，研究冷冻机的常见故障并提出相应的处理措施对于装置长、安、稳运行具有很重要的意义。

下表对冷冻机的常见故障、判断与处理做了简单的介绍（见表2）：

五、冷冻机RF-901/3-M2机组振动问题及检修处理情况

1、冷冻机机组振动问题。

2010年3月25日，冷冻机RF-901/3-M2运转时发现其机组噪音大、振动大。对其进行测振发现齿轮箱垂直方向及水平方向振动值均偏高，齿轮箱垂直方向振动值为6.7mm/s。冷冻机齿轮箱内部伴有刺耳的声音，电流和功率有明显升高的趋势，遂决定停车解体检查。

现场停车，放油、放制冷剂。对离心机进行解体检修，检查发现以下几个问题：

1） 压缩机复合轴承径向间隙大，间隙值为0.20mm；2） 压缩机齿轮齿侧间隙大，间隙值为0.40mm；3） 压缩机高速轴支撑轴承磨损，椭圆度不足；

4） 电机主轴转子气封处有轻微磨损。转子气孔处有黑色杂质。压缩机油过滤器内部有杂质；（见图2）

2、检修处理情况。

根据设备解体后所出现的问题，经过认真研究，决定进行以下处理：

1） 更换所有密封垫片。用煤油清洗各个部件，用灰面团将机组内部清理干净。

2） 更换复合轴承，更换大小齿轮，更换高速轴支撑轴承；

3） 更换油过滤器，打磨转子。转子做动平衡，动不平衡<5g；

下表为RF-901/3-M2本次检修主机解体检查所测量的各个配合参数：（见表3）

3、机组开车情况

回装完毕后，机组气密、系统抽真空、加油、加制冷剂，开车。机组运行30分钟，机组系统和辅助系统运行正常，各参数均在规定范围内。开车1小时后，电流平稳，电流值在64-67A。导流叶片开度在95%以上。对机组测振，振动值由原来的6.7mm/s降为1.2mm/s，机组振动现象消失。

检修后离心机试车正常，一次开车成功并运行至今正常。

4.机组振动原因分析

根据检修前测量、检修解体的情况，分析造成本次离心机振动偏大的原因为：压缩机内置油过滤器堵塞，润滑油流通不畅，使进入复合轴承的润滑油减少，长期作用下导致复合轴承磨损，复合轴承与高速轴的径向间隙变大，导致高速轴振动，进而造成压缩机齿轮及高速轴支撑轴承磨损。

六、离心机的日常维护与保养

通过对冷冻机常见故障的分析，我们发现冷冻机出现故障的结果其实就是一个量变到质变的过程。从这一点上来看，我们认为对于加强冷冻机维护与保养就变的非常重要了。

在日常的冷冻机维护与保养时应做到以下几点：

1、加强日常巡检质量。对操作人员、技术人员、维修人员的巡检质量进一步加强，对冷冻机油箱温度、振动值、电流值、功率、蒸发及冷凝压力、制冷剂液位等巡检参数定时记录，详细记录运行规律。

3 、做好冷冻机润滑油的定期分析工作。发现润滑油分析不合格要及时更换润滑油。定期清理油过滤器。

4、出现可疑故障时及时汇报，并根据常见故障表及时处理，避免非计划停车。

5、定期对冷冻机运行状况进行总结，对潜在的故障源进行跟踪探索。

七、结束语

通过冷冻机出现的问题，我们还需要不断总结和摸索，从而深入的了解离心式冷冻机，为冷冻机的的长周期运行而努力。目前冷冻机RF-901/ 3-M2运行状况良好，各参数均符合生产工艺要求。

参考文献

[1] LP系列冷冻机离心式双压缩机制冷机组使用手册，重庆美的集团

[2] 王博，聚氯乙烯车间冷冻机操作规程

氨离心压缩机组运行优化总结 篇4

该套氨压缩机组不仅满足低温甲醇洗装置所需的冷量需求, 同时还为空分装置提供冷量。

一、流程简介和设备介绍

1、流程简介

来自低温甲醇洗装置-40℃级气氨 (0.0721MPa (A) , 35600Nm3/h) 进入氨压机一段入口分离器S28001, 分离液体后, 进入氨压机K28001的一段经8级压缩到0.482MPa (A) , 然后出压缩机进入中间冷却器E28001管程, 被壳程的循环水冷却到40℃左右, 再进入K28001的二段入口。

来自低温甲醇洗装置和空分装置的4℃级气氨 (0.49MPa (A) , 15600Nm3/h) 进入氨压机二段入口分离器S28002, 分离液体后, 进入氨压机K28001的第二段入口, 与一段来的气氨混合后经二段3级压缩到0.85MPa (A) 左右, 然后出氨压机的第二段, 进二段冷却器管程E28002, 被壳程的循环水冷却到40℃左右, 再进入氨压机的第三段经3级压缩, 压力达到1.7MPa (A) 左右, 被压缩的气氨进入氨冷凝器的壳层被管程的循环水冷却冷凝, 冷凝下来的液氨 (40℃左右) 进入液氨槽。

出液氨槽的液氨, 大部分去低温甲醇洗装置进一步深冷, 然后作-40℃级制冷剂用, 节流后蒸发的-40℃级气氨进入氨压机的一段入口分离器完全成循环;另外有一部分液氨去低温甲醇洗装置作4℃级制冷剂用, 4℃气氨返回氨压机的第二段入口分离器, 完成其制冷循环;在夏季, 还有一部分液氨去空分装置作4℃级制冷剂用, 4℃级气氨返回氨压机的第二段入口分离器, 完成其制冷循环。

氨压缩机组工艺简图如下:

2、设备简介

氨压机组型号为MCL808+2MCL806, 是一种多级离心压缩机;汽轮机型号NK32/37/16, 是带有一定反动度的单缸冷凝式汽轮机;氨压机的高低压缸轴端密封均为串联干气密封, 干气密封是一种新型的无接触轴封, 与其它密封相比, 干气密封具有泄漏量少, 磨损小, 寿命长, 能耗低, 操作简单可靠, 维修量低, 被密封的流体不受油污染等特点, 但在干气密封投运初期需要外部洁净的氮气作为一级密封气的气源, 这样易造成工艺系统中的氮气含量上升。

二、冷冻系统存在的问题:

1、在机组开停车时, 干气密封气的气源切换时, 大量惰性气体会进入氨系统累积。由于机组本身流程和设备配置的限制, 氨压机在开车过程中需用高压氮气作为干气密封的气源, 直至机组出口压力达到干气密封要求后方可切换为压缩机出口工艺气。造成大量氮气在系统内的累积, 开车过程中需用氨气置换系统内氮气, 在置换过程中有大量氨气随氮气一块放空, 造成大量氨损失, 增加了生产成本的同时还污染了环境。

2、压缩机在正常运行时由于一段入口为负压, 会有少量空气进入系统。随着运行时间的累积, 这部分气体也逐渐积累, 加重压缩机的负荷, 造成三段出口压力超标。不仅浪费了蒸汽, 造成能耗的增加, 还由于一段入口进入的氧气, 造成设备的腐蚀, 同时也是极大的安全隐患。

3、氨冷却器循环水量不足, 造成夏季氨冰机超负荷运行。根据现场实际测量, 在夏季循环水上回水阀全开时氨冰机氨冷却器循环水流量为650m3/h, 与设计值的972m3/h偏小甚多;此时上水温度为31℃, 回水温度为45℃, 上回水温差比设计值高较多;三段出口压力偏高, 普遍在1.65 MPa以上, 最高达1.84MPa。循环水流量的不足, 造成氨冰机入口压力偏高, 不能满足低温甲醇洗系统的冷量需求, 制约甲醇满负荷生产。

三、改造方案

1、增加一套排惰气装置, 分别由氨冷分离器、温度调节阀、压力调节阀组成。流程如下:从氨贮槽引一股含惰气混合气至氨冷器进行降温液化, 冷量由氨贮槽引出的液氨气化来提供, 冷却后气体进入氨冷分离器上部的分离器用以分离出气体中夹带液氨, 分离下来的液氨去一段分离器, 惰性气体排放至氨火炬。

2、在氨冷器E28041循环水上水管线增加两台管道泵, 提高氨冷器冷却水量。

改造如图所示:

四、改造后效果

4.2从投运前后的数据对比可以发现, 氨冰机系统排惰气装置解决了惰气漏入氨系统后如何排放的问题;增加循环水管道泵的改造解决了氨冷器循环水量不足的问题, 通过改造不仅大大减少了氨耗, 同时降低汽轮机蒸汽耗量, 整个系统负荷得到缓解, 收到了很好的经济效益和环境效益;

五、存在问题及进一步改进措施

1、存在问题

(1) 氨冰机排惰气改造基本解决了系统开停车过程中, 氨放空量大的问题, 但由于排惰气装置主要使用冷却冷凝回收气氨的方式, 当氨冰机系统紧急停车 (或超压时) 排放的氨气量较大, 排惰气回收系统不能够及时回收大量的气氨, 会造成部分氨气的放空。

(2) 其次氨冰机干气密封在开停车时使用氮气密封是系统惰气增加的源头, 此问题依然存在。

2、改进措施

(1) 增加氨气的喷淋吸收装置, 改变氨气回收的处理方式, 由间接冷却回收, 变为直接吸收, 可以有效地解决氨气排放污染的问题。

(2) 增加一套干气密封增压装置, 在系统开停车过程中直接使用增压后的气氨做干气密封的密封气, 从源头上切断氨系统进入惰性气体的途径。

摘要：介绍了河南龙宇煤化工有限公司氨离心压缩机制冷的流程和设备状况, 分析了氨冰机系统惰性气体对机组运行的影响, 以及氨冰机循环水冷却量不足的原因, 采取了通过增加排惰气装置和增加管道泵的改造办法, 达到了减少了氨冰机氨气排放和系统能耗, 提高氨冰机机组运行负荷的目的, 取得较好的环保效益和经济效益。

关键词：氨冰机系统,排惰气装置,管道泵,改造

参考文献

[1]时阳, 制冷技术, 北京:中国轻工业出版社, 2007

[2]缪道平, 吴业正主编, 制冷压缩机 (第二版) , 北京:机械化工出版社, 2001

离心泵机组中惯性飞轮装置的设计 篇5

离心泵主要由叶轮、泵体、泵轴、轴承、密封环、填料函等部件组成[1]。一般离心泵启动前, 泵体内要灌满液体, 当原动机带动泵轴和叶轮旋转时, 液体一方面随叶轮作圆周运动, 一方面在离心力的作用下自叶轮中心向外周抛出, 液体从叶轮获得了压力能和速度能, 从而实现液体的输送。离心泵具有性能范围广泛、流量均匀、结构简单、运转简单和维修方便的优点, 因此离心泵在工业生产中应用极为广泛。

在很多设备的冷却系统中, 也经常使用离心泵作为传输冷却液体的供液泵, 而对于一些特殊的冷却系统, 在突然断电导致原动机失去动力的情况下, 需要离心泵可以延时运转一段时间, 并继续保持有一定的冷却液体输出, 从而让被冷却设备可以得到延时冷却。常规的离心泵由于叶轮惯性相对较小, 一旦原动机失去动力, 离心泵会在液体的阻力作用下迅速停止, 因而要实现延时运转功能, 必须增加储能装置, 在原动机断电时, 储能装置为离心泵提供动力, 以实现延时运转功能。惯性飞轮作为一种机械储能装置, 可以安装在离心泵机组中, 作为能量储存装置, 增加离心泵机组的转动惯量, 满足断电延时运转的需求。

1 离心泵性能参数方程[2]

对于同一台离心泵, 当叶轮直径不变时, 改变转速, 其性能参数符合以下的比例定律:

式中:Q1、H1为转速N1时的流量和扬程;Q2、H2为转速N2时的流量和扬程。

在离心泵作为冷却系统的供液泵的情况下, 当电机突然断电时, 往往需要离心泵继续有流量输出, 并且要保持一定的时间t, 即从电机断电到t时刻, 离心泵仍有流量Qt或扬程Ht, 因此对应的离心泵主轴转速必须要达到Nq或Nh。

根据离心泵比例定律, 可以进一步推导出新的关系式, 即电机断电后, 仍需保持流量Qt或扬程Ht时所对应的转速Nq或Nh需要满足如下关系:

2 离心泵的惯性方程[3,4]

离心泵机组在稳定运行工况下, 转速在主轴上的主动力矩与阻力矩的共同作用下固定不变, 主动力矩即电机主轴的输出力矩, 阻力矩包括流体的阻力矩与机组的机械摩擦阻力矩。当电机断电后, 机组转子在阻力矩的作用下做减速转动, 其转速的变化取决于阻力矩的大小以及机组的转动惯量的大小。

根据理论力学的知识可得出离心泵机组的转子绕主轴转动时的力学的微分平衡方程:

式 (3) 即为离心泵机组的惯性方程式。式中:M主为离心泵机组主轴上的主动力矩;M反为离心泵机组主轴上的阻力矩;w为离心泵机组的回转角速度, 1/s;dw /dt为离心泵机组的回转角加速度, 1/s2;J为离心泵机组的转动惯量, Jdw/dt被称为动态转矩。

当电机断电后, 主动力矩消失, 即M主=0, 从而可得, 可得方程:

为了便于简化运算, 引入离心泵机组加速时间Ts的概念, 可表示为

式中, w0、N0、M0分别为离心泵机组的额定角速度、额定转速和额定转矩。将上式改写成:

根据列·夫·莫斯宁分析的结论, 在没有水锤产生的工况下, 可以认为系数a′约为1, 则可得。电机断电后, 离心泵机组主轴转速在持续变化中, 断电前的转速通常为额定转速N0, 断电后t时刻转速为Nt, 将上式沿断电后t时刻积分:

对于未加飞轮的离心泵而言, 断电后离心泵会迅速降低转速直至停止转动, 因此无法满足延时停止的工况需求, 为了保证断电后, 离心泵可以延时停车, 并且持续保持一段时间扬程和流量, 可以在离心泵机组中增加飞轮以储存能量, 当电机因断电而没有输出转矩时, 飞轮储备的能量可以驱动离心泵机组继续转动, 实现延时停车并保持离心泵继续输出液体的功能。对应增加飞轮的离心泵机组, 上式中的J=JF+JP, 其中JF为飞轮的转动惯量, JP为飞轮之外的其他机组部件的转动惯量。

对于新增加的飞轮机组系统, 同样需要增加电机功率, 以满足飞轮储能的需求, 增加飞轮所需的功率为:PF=JFw02/2[5], 则增加飞轮后的电机总功率需求为P=PP+PF, PP为未增加飞轮之前的离心泵机组的电机功率;增加飞轮后的电机功率可以选取大于总功率P的标准功率电机P0, 相应的电机输出转矩为M0=9550P0/N0。

将相关参数代入, 即可得下式:

式中:P、t、N0、Nt、JP均为已知量, 因而可求得所需飞轮的转动惯量JF;对于需要保持流量Qt的工况Nt取值为Nq=N0×Qt/Q0, 需要保持流量Ht的工况Nt取值为。

3 飞轮的设计

根据上面求得的飞轮的转动惯量对飞轮进行设计。

3.1 轮辐式飞轮[6]

计算转动惯量时, 可以假设飞轮质量分布在平均直径圆周D上, 平均直径D= (D1+D2) /2, 设飞轮轮缘宽度为b, 厚度为H, 材料密度为ρ, 则可得M=πDHbρ=4J/D2。

如果选定了H/b及飞轮的材料, 则飞轮的H和b即可求出。

一般取H/b=1.5~1, 对于较小的飞轮, H/b取较大值;对于较大的飞轮, H/b取较小值。

3.2 圆盘式飞轮

对于圆盘式飞轮, D为飞轮的直径, b为飞轮的宽度, 则J=MD2/8, M=πD2bρ/4=8J/D2。

在选定了材料和飞轮直径后, 即可计算出飞轮的宽度b。

3.3 增加飞轮后的典型机组布置图 (如图1)

4 结论

对于离心泵应用在冷却系统中需要断电延时输出流量的工况, 可以通过惯性飞轮作为储能装置, 增加整个离心泵机组的转动惯量, 当原动机停止工作时, 飞轮可以作为储能装置, 继续向离心泵机组提供能量, 实现延时停机保持流量输出的功能。飞轮的大小可以根据离心泵固有性能参数、需求的延时时间t以及需要保持的流量Qt或扬程Ht来设计计算。

摘要：对于离心泵作为冷却系统中的供液泵, 在突然断电导致原动机失去动力的情况下, 需要离心泵可以延时运转一段时间, 并继续保持有一定的冷却液体输出, 而常规的离心泵由于叶轮惯性相对较小, 一旦原动机失去动力, 离心泵会在液体的阻力作用下迅速停止;通过在离心泵机组中增加惯性飞轮作为储能装置, 在原动机断电时, 储能装置为离心泵提供动力, 以实现延时运转并保持一定的液体输出, 确保被冷却设备在突然断电时可以得到延时冷却, 从而保护设备, 并增加整个系统的处理时间。

关键词：离心泵,惯性飞轮,储能装置,延时停机

参考文献

[1]全国化工设备设计技术中心站机泵技术委员会.工业泵选用手册[M].北京:化学工业出版社, 1999:75.

[2]张文钢, 黄刘琦.水泵的节能技术[M].上海:上海交通大学出版社, 2010:92-96.

[3]Augus R W.Waterhammer Pressure in Compound and Branded Pipes[J]//Proc.Amer.Soc.Mech.Engrs., 1938:340-401.

[4]Kalkwijk J P, Kranenburg C, Cavitations in Horizontal Pipelines due to Water hammer[J].ASCE Journal of the Hydraulic Division, 1973, 99 (3) :529-530.

[5]清华大学理论力学教研室.理论力学 (下) [M].北京:高等教育出版社, 1994:82-86.

榆济线离心压缩机组及辅助系统设计 篇6

关键词：离心压缩机,工艺设计,配管设计,辅助系统

榆林——济南输气管道 (简称榆济线) 起于陕西省榆林市榆阳区, 途中经过毛乌素沙漠、黄土高原、华北平原, 穿越黄河, 翻越吕梁山脉、太岳山脉、太行山脉, 终于山东省德州市齐河县, 横贯陕西、山西、河南、山东四省, 全长942km, 其中榆林-濮阳段管径Φ711、设计压力10MPa, 濮阳-齐河段管径Φ610、设计压力8MPa, 管道近期设计输量31.6×108m3/a, 远期设计输量40×108m3/a;全线设12座站场, 其中首站 (即榆林首站, 兼压气站) 1座、末站1座、分输清管站8座、清管站2座。

榆林首站位于榆阳区芹河乡, 地处毛乌素沙漠边缘, 站内选用3台 (2用1备) 离心压缩机作为天然气的增压设备。离心压缩机的优点是结构紧凑, 尺寸小重量轻;排气均匀、连续、无周期性脉动;转速高, 排量大;工作平稳, 振动小;使用期限长、可靠、易损件少;可以直接与驱动机联运便于调节流量和节能, 易实现自控等。其缺点是压比较低、热效率较低、流量过小时会产生喘振[1]。榆林首站离心压缩机采用变频电机驱动方式, 进口压力3.8~4.0MPa, 最大出口压力9.5MPa, 压比2.5, 单台压缩机设计排量15.8×108m3/a、功率7.0MW。

压缩机是榆济线的核心设备, 由于榆济线上游气源来气压力较低, 天然气必需在榆林首站进行增压后方能满足外输要求, 因此, 压缩机能否顺利投用直接影响到整个工程的成败;同时, 压缩机组及辅助系统的投资占到了榆林首站总投资的80%左右。因此, 压缩机组及辅助系统的设计尤为重要。

1 压缩机组工艺流程设计

榆林首站压缩机组工艺流程包括正常流程、越压缩机流程、防喘振回流流程、热旁通流程、安全泄压流程、自动泄压流程等。单路压缩机组流程简图见图1。

(1) 正常流程:上游气体通过入口截断阀进入压缩机, 增压后经空冷器将气体温度冷却到50℃后进入下游管道;当增压后的气体温度小于50℃时, 可经过空冷器旁通管路进入下游管道;为防止上游管道内的杂质进入压缩机, 损坏压缩机叶片, 在压缩机进口设置管道过滤器;空冷器应设变频控制系统, 以方便控制、节省能耗。

(2) 越压缩机流程:事故工况下, 气体可通过越压缩机流程进入下游管道。

(3) 防喘振回流流程:当外输气量较小时, 气体通过压缩机会发生喘振现象, 此时需要将空冷器出口的一部分气体通过防喘振回流流程送到压缩机进口, 以防止喘振发生;防喘振回流管线的接口设在空冷器的出口。

(4) 热旁通流程:又叫快速回流流程, 在压缩机紧急停车时, 防喘振回流管线的气体不能及时回流到压缩机入口, 为防止压缩机损坏, 在靠近压缩机出口处增加快速回流管线, 保护压缩机在紧急停车时不受损坏。

(5) 安全泄压流程:压缩机出口与空冷器之间设安全阀, 当压缩机出口压力高于设定值时, 安全阀自动起跳放空。

(6) 自动泄压流程:自动泄压流程由根部球阀、电动放空阀和限流孔板组成, 电动放空阀接入ESD系统;当站场一级关断 (全站关断并泄压) 时, ESD系统自动打开电动放空阀, 对压缩机区域管道内的气体进行放空。

2 压缩机组配管设计要点

压缩机配管设计应充分考虑工艺流程的顺畅、施工及操作维护的方便、外形的整齐美观。

(1) 压缩机进出口管道应进行应力计算和分析, 通过管道应力校核、管嘴受力分析、管道变形分析以确定合理的管道布置方式、选择合适的管道支吊架, 将管道系统作用于压缩机的力和力矩限定在允许的范围之内。在应力允许的条件下, 应尽量减少弯头数量, 以减少压降[2]。

(2) 榆林首站离心压缩机采用的是G E公司BCL355机型, 上进上出形式, 为方便检修时压缩机的拆卸, 进出口管道上设置可拆卸短节。

(3) 放空管线、仪表风管线、干气密封管线、冷却水管线、高位油箱管线应集中布置, 并在压缩机房的同一侧进出, 以将另一侧作为巡检通道。

(4) 为避免压缩机出口温度过高而造成的现场人员安全隐患, 压缩机出口段管线应设置隔热层。

(5) 压缩机厂房就地放空管线末端需安装防护网, 避免虫鸟及其它污物进入;防护网可为方格孔隙的不锈钢网, 焊接或用不锈钢管卡卡在放空管线上。

3 压缩机辅助系统设计

3.1 压缩机辅助系统

压缩机辅助系统包括供电系统、冷却循环水系统、干气密封系统、仪表风系统和润滑油系统。

(1) 供电系统:榆林首站用电负荷按一级进行设计, 有稳定可靠的双路外电源作为保证, 站内设110k V变电所为压缩机提供动力源;变频系统设滤波器, 使变频系统输入电机的谐波以及变频系统谐波对公用电网电能质量的影响均满足《电能质量公用电网谐波》GB/T14549的规定[3]。

(2) 冷却水系统:冷却水用于变频器、电机以及润滑油系统的冷却, 防止设备运转过程中由于温度过高而损坏;由于电机和变频装置对循环水水质要求较高, 因此, 冷却水采用处理后的软化水 (水质见表1) , 并采用闭式循环系统, 选用密闭式冷却塔, 以减少外界对水质的影响, 保证压缩机组及配套系统的正常运行。

(3) 干气密封系统:密封气以高于压缩机内被封工艺气体的压力由入口注入密封装置, 用以阻止压缩机工艺气体渗漏[4];榆林首站利用增压后的天然气作为压缩机的密封气;压缩机使用前, 先注入洁净的氮气启动和保护密封面, 在压缩机投入正常运行前, 置换来自压缩机出口的天然气[4]。

(4) 仪表风系统:仪表风系统为站内气动阀门提供动力源, 并为天然气压缩机提供隔离气;系统由空气压缩机、缓冲罐、过滤器、干燥机、仪表风储罐及供气管网组成。

(5) 润滑油系统:润滑油系统用于润滑轴承, 保持压缩机的密封, 并为机组的液压控制系统服务[4];榆林首站润滑油系统由高位油箱、主油泵和备用泵组成。

3.2 设计中需注意的问题

压缩机辅助系统是维持压缩机组正常运转的基础, 在设计过程中, 往往只重视压缩机组的设计, 而容易忽略辅助系统的设计。结合榆林首站设计、施工、投产过程中发现的问题, 对辅助系统的设计提出以下建议。

(1) 为防止辅助系统出现故障导致压缩机不能正常运转, 各辅助系统应设置合理的备用设备。

(2) 辅助系统的自控水平应与压缩机组的自控水平相协调, 软化水设备、闭式冷却塔、空压机橇块等设备的应接入站控系统并能实现远程操控;冷却水管线、仪表风管线、密封气管线上应设置合理的压力、温度检测仪表, 并将检测数据上传, 提高监控水平。

(3) 应根据冷却水管网的布置情况合理设置一定数量的高点放气阀, 以利于管网投运时管道内的空气能及时排出, 防止冷却水泵由于气蚀而损坏。

(4) 在冷却水管线进入电机、变频器之前, 密封气管线进入压缩机之前, 应设置过滤器。

(5) 冬季寒冷地区, 位于室外地上的冷却水管线应设置保温电伴热。

(6) 仪表风管线、干气密封管线、冷却水管线、高位油箱管线的分支管线根部应设置截断阀, 以方便分支管线的检修维护。

(7) 仪表风管线、密封气管线应采用不锈钢管, 以保证介质气质的纯净。

(8) 不锈钢管和碳钢钢管相连时应采用法兰连接, 法兰间的垫片应为绝缘垫片, 螺栓螺母应设绝缘套筒。

(9) 压气站地处风沙较大地区时, 压缩机房应设空气过滤系统, 室外空气经空气过滤器过滤后由风机箱送入室内。

参考文献

[1]宣建寅, 王银亮, 祖丙诃.天然气增压压缩机组的选择[J], 油气田地面工程, 2004.

[2]张德姜, 王怀义, 刘绍叶, 等.石油化工装置工艺管道安装设计手册[M], 北京:中国石化出版社, 2009.

[3]叶学礼, 等.输气管道工程设计规范[S], 北京:中国计划出版社, 2003.

浅谈离心式冷(温)水机组的试验 篇7

离心式压缩冷 (温) 水机组因其容量大、效率高的特点, 现在应用越来越广泛。本文就机组的开发试验内容进行汇总说明, 以加深对离心式压缩冷 (温) 水机组的理解。

1 离心式冷 (温) 水机概述

离心式压缩机属于速度型的压缩机, 如图1所示, 其主要原理是通过电机带动叶轮的旋转来提高冷剂气体的速度, 当进入扩压器和机壳后, 便转化为压力能。通过对低温低压的冷剂气体做功使其变成高温高压的冷剂气体。高温高压的冷剂气体在冷凝器中冷却为冷剂液体, 冷剂液体通过节流装置进入蒸发器, 在蒸发器中吸收汽化潜热蒸发, 变为低温低压的冷剂气体, 再次进行循环。

目前在空调用的离心式冷 (温) 水机组中, 大都采用进口导叶变化来调整机组的容量, 它是通过冷冻 (温) 水出口温度的变化, 由温度传感器、执行机构来完成。控制盘通过系统负荷的情况来控制导叶的开度, 在导叶开度过小的情况下, 气流不稳定, 噪音震动加剧, 对压缩机运行不利。

离心式压缩机有一定的运转范围, 若在高压比的条件 (高压比的条件是指冷凝温度和蒸发温度的差值大) 下工作, 会发生喘振现象。喘振时, 机组的噪音、震动加剧、电流急剧波动, 对压缩机和电机危害很大, 所以离心式压缩机一定要避开喘振区运行。

另外, 离心式压缩机属于高速旋转的流体机械, 其轴承、齿轮、电机等需要冷却以保证压缩机正常运转。

离心式冷水机组的试验就是要确定其在不同工况下的性能、稳定运转范围, 保证各部件安全稳定运转, 控制系统安全有效。

2 试验前准备

离心式压缩冷 (温) 水机组装完成后需要进行各方面的试验确认, 下面对试验前的准备做一下简单说明。

(1) 机组试验场就位, 水配管安装;

(2) 压力变送器、温度、流量计等测定仪表的安装;

(3) 气密性试验, 真空度确认, 防止冷剂泄露;

(4) 冷冻机油注入, 控制盘上电, 油加热器工作;

(5) 油温40℃以上之后开始加冷剂, 防止油中溶解的冷剂量太多;

(6) 采集系统配线、设定、调试等, 包括温度、压力、流量、电功率等;

(7) 动力配线, 启动柜配线, 绝缘测试;

(8) 操作盘设定, 导叶全开全闭调整等;

(9) 供油系统油压、油量调整, 保证轴承、齿轮的冷却;

(10) 机组阀门开关确认;

(11) 模拟运转, 试运转, 确认电机转向。

3 试验项目

完成如上的试验准备后, 机组进入可运转状态, 下面就需要确认的项目分别进行说明。

3.1 额定工况

第一个试验条件一般都是额定工况, 在此条件下需要进行几方面的确认:首先确认机组首次运转有无异常, 包括噪音、震动、温度、压力等;其次对机组的冷剂填充量进行调整, 调整的依据是蒸发器和冷凝器的换热温差LTD, 然后对各个计测点的数据进行判断, 看有没有异常, 其判断的依据是设计计算书。长期运转后, 为保证测试数据准确, 可能会重复测试, 再进行对比。

3.2 喘振工况

额定工况试验完成后, 相当于在机组的运转范围中确定了一个点, 还需要将其整个的范围判断出来, 这就需要进行喘振试验。喘振试验是在不同导叶开度下, 通过实验数据得出喘振线。压缩机实际运转条件是不允许超过喘振线的。

3.3 循环妥当性

喘振工况是确定压缩机的最高压头, 还需要确定压缩机的最小压头。因为在小压比的情况下, 容易引起冷剂循环不畅, 导致冷剂在冷凝器和经济器中积存, 冷剂无法进入到蒸发器, 这样就会出现蒸发器低压的情况, 这种情况下, 蒸发器LTD很大, 压缩机效率很低。所以要避免这种情况的出现。试验方法是在不同导叶开度下确定发生蒸发器低压的冷却水温度, 如图2所示。

3.4 最大能力试验

压缩机的容量要受到电机能力的限制。为了确定运转范围, 需要将不同压比下压缩机的最大能力确定出来。试验的方法是将导叶开到最大, 保证电机的最大能力, 从喘振点开始降低压比, 做成一条曲线。这条线就是最大容量线。

3.5 部分负荷工况确认

额定工况下减小导叶开度, 改变机组负荷率, 测试其在80%、60%、40%、20% 负荷下的性能。做出导叶控制特征曲线, 对导叶的控制特性做出判断, 看负荷是不是跟导叶开度能很好的对应。

通过上面的试验内容可基本确定压缩机的运转区域。

3.6 油回收试验

油是保证压缩机正常运转的关键, 所以油回收功能试验是压缩机功能的一个重要试验项目。在离心压缩机中润滑油和冷剂是互溶的, 虽然油路和冷剂流路是分开的, 但是通过轴封、轴承等部位, 冷剂和油还是会混到一起, 有部分的油还会被带入到系统中去。油回收试验就是要找到这个平衡点。

首先确定油容易泄露的工况, 一般情况下, 随着蒸发器和冷凝器压差的增加, 冷剂从轴封泄露的冷剂量会增加, 冷剂量越大, 从齿轮箱带走的油量也会增大。所以油回收的工况一般定在高压头条件。当然还要模拟在客户现场可能出现的极端条件下的油回收情况, 比如高压头高负荷、高压头低负荷、负荷急变、冷水温度急变、频繁启停、低负荷变动试验。在以上的试验工况下运转, 保证油面没有下降, 才算试验合格。否则可能要降低压头条件, 找到可以安全回收的位置, 机组安全运转的范围可能要缩小了。

3.7 震动及噪音

震动及噪音也是限制机组运转范围的一个因素, 震动及噪音不仅对机组性能会有影响, 同时也会对机组造成一定的损害, 如果长期在高震动下运转, 容易产生冷剂泄露, 对机组的寿命有很大影响。所以必须要保证机组的震动和噪音在要求范围内。一般通过振动仪和噪音计进行测量。测定的工况一般为额定工况、高压头高负荷工况, 以及高压头低负荷工况。高压头时随着负荷率的降低震动会明显加强, 就需要确定最小负荷。通过导叶的控制来防止机组在过低负荷下运转, 保证机组运行平稳。

此试验一般安排在其他相似试验条件下进行测定。

通过油回收以及震动噪音的试验, 机组的运行范围可能会进一步减小, 也可能不变, 这要根据试验的结果来判断。

3.8 图谱测定

通过以上的试验机组运转范围已经确定, 下一步需要确定在这个运转范围内各个点的效率, 也就是不同压头、不同负荷下的压缩机效率情况, 为今后的选型提供数据支持。

测定的方法是在导叶的各种开度下, 调整水温来改变压头。取得若干代表点, 将这些点连成线, 作为在这个开度下的运转曲线。以此为该系列压缩机的图谱, 作为压缩机以及叶轮选择的依据。

3.9 电机温升

电机作为压缩机动力的提供设备, 必须要确认其性能可靠。所以首次使用的电机必须进行温升试验, 所谓温升试验是指通过负荷的增加来提高电机的负荷, 让其在额定工况的110%、120% 输出功率下运转, 测试其内部温度, 看是否有温度过高的情况。确认对电机的冷却是否有效。要提高电机负荷, 除了增加导叶开度外, 提高冷水温度也是经常使用的方法。因为随着冷水温度的上升, 吸入口冷剂的比重会上升, 这样相同流通面积下, 冷剂质量流量增加, 电机就要做更多的功, 提高了电机的输出功率。一般电机在额定工况的105% ~ 110% 范围内都能长时间运转, 如图3所示。

3.10 齿轮着色试验

齿轮作为动力的传递部件, 其效率的高低影响着机组的效率, 所以首次设计的齿轮都要进行着色试验, 通过着色试验判断齿轮的啮合情况, 从而判断齿轮的修形是否满足要求。

3.11 其他部件确认

其他的部件包括油泵、油加热器、油冷、供油孔板、导叶、ECO阀等, 试验期间要确认这些部件的性能能不能满足要求。与其他试验同时进行。

在进行以上试验的同时, 一般都会关注轴承温度、电机温度, 以及各个状态点的状态是否有异常、换热器的性能以及吸入有无夹液等。以上的试验一般都是在手动模式下进行。因在客户现场, 机组是要自动运转的, 所以还要进行自动控制系统的验证测试, 下面对控制方面的试验做简要说明。

3.12 控制试验

客户现场工况各种各样, 负荷以及水温经常变动, 控制试验就是看控制上能否很快地达到客户需要的目标温度, 而且不能出现故障, 特殊情况下能够保证机组安全。一般会进行负荷变动试验、水温变动试验、低负荷变动试验、频繁启停试验 (反复轻负荷停机) 、冷水温度高于冷却水温度条件启动等。在这些试验中要判断控制部件是否按照预定程序进行了动作。

4 结语

试验人员需要了解机组内部结构、特性, 深刻理解循环流程, 理解控制原理, 熟练控制操作, 了解各部件设备的使用方法, 熟练掌握采集系统的调试设定方法, 对试验可能出现的状况进行预判, 及时提出应对方法。因机组内压较高, 使用高压电, 又属于高速旋转机械, 有一定的危险性。在保证自身安全的同时, 需要对每天的试验进行总结分析, 根据分析的结果对后续的试验内容进行调整, 保证每次试验都有效, 防止试验无法取得需要的数据, 浪费巨额运转费用。

参考文献

[1]高田秋一.离心式冷冻机[M].北京:机械工业出版社, 1985

离心冷水机组 篇8

(1) 机组安全联锁保护。 (2) 原动机-压缩机的启停及升速的联锁保护。 (3) 机组的安全运行联锁保护。 (4) 机组的紧急停机联锁保护。 (5) 机组的轴振动/轴位移监视及联锁保护。 (6) 机组的超速联锁保护。 (7) 机组润滑油/调节油系统联锁保护。 (8) 机组辅助设备的联锁保护。

我公司净化工段压缩机厂房内共有四台离心式压缩机组:CO2机组 (电拖, 电动机额定功率:5700kW, 电动机额定转速:1485r/min) 。氨压机 (电拖, 额定功率:4500kW, 电动机额定转速:1490r/min) 。CO机组 (汽拖, 机组额定功率:4960kW, 机组额定转速:7200r/min) 。解析气压缩机组 (电拖, 电动机额定功率:3200kW, 电动机额定转速:1494r/min) 。四台机组均为沈鼓供货, 配套TS3000控制系统。对控制方案的整体布置, 我公司技术人员经讨论, 综合考虑了系统的完整性、整体性、安全性、技术可行性和经济性, 决定由一套透平压缩机综合控制系统 (ITCC) 进行3台压缩机 (CO机组、解析气机组、氨冰机) 的机组的防喘振控制、性能控制、联锁保护及运行状态检测, 目的是在完全能够保证机组的正常运行和保护的前提下, 减少机组的整体成本和采购价格, 并提高机组控制系统的协调性, 方便统一布置机柜、辅助操作台、操作站, 为今后长期的生产、运行、备品备件采购和维护提供很大的便利。

2 可行性分析

(1) TS3000系统原理:TS3000控制系统采用三重模块冗余 (TMR) 结构, 保证了设备的容错能力, 并且能在元部件出现硬件故障或者来自内部或外部来源的瞬态故障的情况下提供完好的不间断的控制。

每一个I/O模块内都包容有三个独立的分电路。输入模块上的每一分电路读取过程数据并将这些信息传送给它相应的主处理器。三个主处理器通过一个专用的被称作TriBus的高速总线系统通讯。

每扫描一次, 主处理器都通过TriBus与其相邻的主处理器进行通讯, 达到同步。TriBus表决数字输入数据、比较输出数据、并将模拟输入数据拷贝到各个主处理器。主处理器执行控制程序并把由控制程序所产生的输出送给输出模块。除对输入数据作表决之外, Tricon在离现场最近的输出模块上完成输出数据的表决, 使其尽可能地与现场靠近, 以便检测出任何错误并予以修复。

对于每个I/O模块, 系统可以支持一个可选的热备模块。如果装有备件, 在运行中, 如主模块发生故障时, 备件投入控制。热备位置也被用于系统的在线修理。

(2) 一套TRICON的TS3000系统最大所能带的I/O点数为1000点, 在此点数内, 系统的扫描周期和运算速度完全不受影响。

(3) CO2压缩机、解析气压缩机、氨压缩机全部的I/O点共计711个点, 少于系统性能上限。

(4) 在711个控制点的使用情况下, 系统扫描周期完全不受影响, 能够达到70ms的系统扫描周期。在保证扫描周期的前提下, 系统完全能够完成三台机组的轴系仪表检测、防喘振控制和超速保护功能。

(5) 每套机组如果各带一套控制系统, 则系统的CPU模块的性能存在很大富余, 且需各自配置相应的通讯和电源模块, 价格上必然产生相应浪费, 配电系统和输入输出继电器的整体设计也较为分散。

3 现有技术基础及条件

(1) 离心机组的防喘振控制方案已完全成熟。 (2) 相应的防喘振控制阀、回流阀的控制精度及响应速度已经满足使用要求。 (3) TS3000系统的技术特点:

(1) 提供三重模块冗余结构, 三个完全相同的分电路各自独立地执行控制程度。而且备有专用的硬件/软件结构, 可对输入和输出进行“表决”; (2) 能耐受严酷的工业环境; (3) 能够现场安装, 可以现场在线地进行模块级的安装和修复工作而不需打乱现场接线; (4) 能支持多达118个I/O模块 (模拟的和数字的) 和选装的通讯模块, 通讯模块可以与Modbus主站和从站连接, 或者和Foxboro与Honeywell分布控制系统 (DCS) 、其它在Peer-to-Peer网络内的各个Tricon、以及在TCP/IP网络上的外部主机相连接; (5) 可以支持位于远离主机架12km (7.5英里) 以内的远程I/O模块; (6) 利用基于WIN-DOWS系统的编程软件完成控制程序的开发及调试; (7) 在输入和输出模块内备有智能功能, 减轻主处理器的工作负荷。每个I/O模块都有三个微处理器。输入模块的微处理器对输入进行过滤和修复, 并诊断模块上的硬件故障。输出模块微处理器为输出数据的表决提供信息、通过输出端的反馈回路电压检查输出状态的有效性、并能诊断现场线路的问题; (8) 提供全面的在线诊断, 并具有修理能力; (9) 可以在Tricon正常运行时进行常规维护而不中断控制过程; (10) 对I/O模块提供“热备”支持, 可用在某些不能及时提供服务的关键场合;TS3000机架的扩展能力:对于V9 Tricon系统, 有三种型式的机架:主机架、扩展机架、和远程机架。一个Tricon系统可以最多包含15个机架, 用以容纳各安装种输入、输出和热插备用模块, 以及通讯模块等的适当的组合。

Tricon系统的主机架安装主处理器模块以及最多六个I/O模块组。在机架内的各I/O模块通过三重的RS-485双向通讯口而连接。

图中: (1) Tricon扩展机架#3 (2) 扩展机架#4-14 (3) Tricon扩展机架#15号 (4) Tricon扩展机架#2 (5) Tricon主机架 (机架#1) (6) TriStation (IBM PC兼容) 。

扩展机架 (机架2～15) 每一个可以支持最多八个I/O组。扩展机架通过一个三重的RS-485双向通讯口而和主机架连接。可以用来连接一组主机架和扩展机架的标准缆的总长最多为30m (100英尺) 。远程扩展机架可以让系统扩展到远距的位置, 最多距离主机架12km (7.5英里) 。

4 应用内容

(1) I/O扩展:TriconI/O总线可以提供支持于最多15台机架。绝大多数情况下, 扩展机架都装在主机架的附近, 限制如下:

扩展机架限制:限度

机架的最大台数:15

I/O模块最大数量:118

I/O总线最大总长:30m (100英尺)

正常情况下, 如I/O总线长度大于30m (100英尺) 时必须用远程机架支持。

(2) RS-485扩展总线口的使用:每台Tricon机架底板的左上角装有六个R S-485I/O扩展总线接口, 如图2～4所示。为护展机架和远程机架提供三重串行通讯通道。用I/O电缆把扩展机架的RS-485口接到其他机架。每台机架都是多个I/O扩展总线内的一个节点。

I/O口为三对, 形成TriconI/O总线的三重化扩展。数据通过三重化的I/O总线传输, 与Tricon内部的I/O总线传输速率一样, 为375K波特。用这种方式、三条控制分电路在物理上和逻辑上延伸到扩展机架而不损害性能。

其他方面有以下几点。

(1) 系统是以微处理器为基础的智能分散结构, 软硬件的紧密结合使系统能力充分发挥。 (2) 控制器采用冗余配置, 具有高度的可靠性, 系统内任何一个组件发生故障, 均不会影响整个系统的工作。 (3) 底层连接的网络化、I/O模块的全智能化, 热备份的冗余技术, 可靠的带电拔插的技术特征。 (4) 组态软件功能具有标准的sfc、fbd、ld、st、fm5种组态工具, 图形工具里有丰富的图形库, 很快就能绘出界面友好的流程图。 (5) 系统网络为100m冗余快速以太网, 极大加速了网络速度, 对将来的扩容和改造留下了充分的余地。 (6) 采用完全开放的、先进的软硬件技术, 结构灵活、安全便利、维护简单。安全性能达到TUV AK6, IEC SIL3。

5 采取的技术路线及关键技术

通过对各台压缩机的整体考虑, 应用TS3000的总线系统成熟的扩展能力, 在不增加控制器模块的前提下, 对系统的容量 (即AIAODIDOPI) 进行扩展, 达到一套系统控制3台机组的控制能力。

总线系统及电源分配。

三条三重总线系统都蚀刻在机架背板上, 三条总线为TriBus、I/O总线、及通讯总线。

TriBus包括三条独立的串联的链路, 在4Mband下运行。它在每一扫描开始时使各主处理器同步。然后, 每个主处理器将它的数据送入它的上游和下游的主处理器。TriBus完成下列三种功能。

(1) 传输模拟的、诊断的、和通讯的数据。 (2) 传输和表决数字输入数据。 (3) 对上次扫描的输出数据和控制程序存贮器进行数据比较并对不同之处进行标识。

Tricon容错结构的一个重要特征是, 每一个M P使用了同一个数据发送器将数据同时送给上游的和下游的主处理器, 这样保证了同样上游处理器和下游处理器接收相同的数据。

每个I/O模块通过其对应的端子板接收现场信号或向现场传送数据。机架相邻的物理槽位视作同一个逻辑槽位。第一个位置上放置工作模块, 第二位置放置热备I/O模块。端子板通过背板顶部的Elco插头相连, 同时连接工作和热备的I/O模块。所以, 这两个模块接收的是相同的来自端子板的信号。

I/O总线可使信息在I/O模块和主处理器之间传送, 速率为375K波特。三重化I/O总线沿着背板的底部敷设。I/O总线的每一分电路在一个主处理器与其相应的I/O模块上的相应的分电路间传递信息。I/O总线通过一组三条I/O总线缆在各机架间的延伸。

通讯总线在主处理器和通讯模块之间传输信息, 其速率为2M波特。对机架的电力被分配在两个独立的电源轨上, 并分给背板的中心。机架上的各个模块从两条电源轨上通过双重电源调节器同时吸取电力。每一块输入输出板上有四组电源调节器:一组对应一个支路 (A、B和C) , 剩下一组用于状态指示灯。

应用后达到的技术指标:

系统扫描周期:小于50ms

Bad速率:375M波特/秒

波特:2M波特/秒

6 安全性分析及对策

TS3000控制系统采用三重化冗余技术, 三重化冗余综合控制系统必须具备TUV 6级或SIL-3级认证, 就是说:当系统中出现一个或者多个故障时, 系统能正常运行, 同时故障模块能够在线更换。如果故障超出了系统的容错能力, 则系统将按照预先的设定, 转为失效—安全模式, 确保用户生产装置和设备的安全。这种设计适用于高可靠性、高可用度以及对系统在线时间要求很高的应用场合。ITCC系统的控制目标就是保证大型高速离心设备的安全保护, 因此其设计上重心是系统的可靠性。三台机组采用一套控制系统进行控制, 客观上控制系统失效的影响被放大, 系统检修的条件也更难以具备, 但系统采用三重冗余技术, 其控制器模块和输入、输出运算回路是三重冗余设计, 通讯、电源模块采用双重冗余, 并可在线更换故障卡件, 因此, 理论上系统崩溃导致三机组转为失效—安全模式属于非常极端的情况, 可以通过加强维护、强化巡检、结合停车检修进行系统检查来提前避免。

7 结语

我公司工程项目建设对资金控制较为严格, 力图本着多快好省的原则, 在保证安全稳定生产的前提下, 最大限度的避免浪费资金。基于以上要求, 我方在机组控制系统方案论证阶段, 多方考察了各品牌的产品性能指标、应用业绩, 在借鉴集团其他兄弟单位应用经验、充分考虑对系统检修、运行性能的影响的基础上, 经与卖方单位充分论证, 进一步提出由一套控制系统对三台离心压缩机组进行综合控制。此方案充分开发了系统性能, 节约了相应的控制器、电源模块、通讯模块, 为公司项目建设节约了资金。

摘要：ITCC (Integrated Turbine&Compressor Control System) 全称为透平压缩机组综合控制系统。它是集蒸汽透平的速度控制及抽汽控制和压缩机防喘振控制、性能控制、解耦控制、负荷分配控制等机组特有的控制以及自保护联锁逻辑控制为一体的集成综合系统。它将传统上需要多个分立仪表如防喘调节器、联锁自保系统、电子调速器、负荷调节器等实现的功能集成在一套可靠性极高的三重模件 (TMR) 冗余容错控制系统中完成;因此, 减少了各个系统间的连接和故障率, 降低了长周期运行成本, 并提供了先进的控制技术和良好的监控界面。机组综合控制系统包括:机组联锁ESD、SOE事件顺序记录、机组控制PID (例如:防喘振控制及调速控制等) 及常规指示记录功能、故障诊断功能。目前, ITCC控制系统已经成为离心式机组的标准配置。

关键词：ITCC,TS3000,TRICON,综合控制系统,三台机组,一套控制系统,净化工段,离心压缩机组,可行性分析,技术基础及条件,稳定性要求

参考文献

[1]孙继阅.康吉森公司产品技术交流资料.

[2]康吉森.过程控制培训教材.

[3]TRICON设计与安装手册.

[4]侯大宇.机组集成控制系统ICS T6300.

离心冷水机组 篇9

1 离心压缩机组的性能控制*

离心压缩机性能控制的任务是满足生产工艺对气体介质流量或压力的要求, 可采用压缩机出口节流调节法、压缩机入口节流调节法、压缩机进口导叶调节法和改变压缩机转速调节法[1]来实现。

转速是离心压缩机的重要性能参数, 改变转速是改变压缩机性能的有效措施, 由于压缩机的转速调节不需要在其出口或入口安装调节阀, 无节流损耗, 压缩机的转速调节运行效率比其他性能调节的运行效率要高。

离心压缩机的特性曲线如图1所示, 即离心压缩机的出入口压力比 (pd/ps) 与进口体积流量Q之间的关系曲线, 其中ni (i=1, 2, 3) 是离心压缩机的转速, Qp是临界流量。转速调节的实质是利用压缩机转速的改变移动压缩机的特性曲线, 从而改变工况点的位置, 最终实现气体介质参数的调节。对于汽轮机驱动的压缩机来说, 非常容易实现变转速调节, 是一种理想的压缩机性能调节方法。

压缩机的性能控制原理如图2所示, 压缩机组按预定的升速曲线进入机组运行区域, 此时压缩机转速调节器 (SIC) 的设定值被限定在其运行所要求的最大转速 (Max) 与最小转速 (Min) 之间;工艺操作人员可改变转速调节器的输出值, 使汽轮机的主蒸汽调节门 (GV) 开度发生变化, 继而压缩机转速变化, 压缩机入口压力调节器 (PIC) 与转速调节器构成串级回路, 转速调节器的设定值来自压缩机入口压力调节器的输出。在转速调节器处于串级状态, 压缩机入口压力调节器处于手动状态时, 操作人员可手动改变压缩机入口压力调节器的输出, 使转速调节器的设定值发生变化, 进而转速调节器的输出发生变化, 改变汽轮机主蒸汽门的开度, 使压缩机的转速随之改变。当压缩机入口压力调节器处于自动状态, 如果压缩机的入口压力增高, 则压缩机入口压力调节器的输出增大导致转速调节器的设定值增加, 进而使转速调节器的输出增加, 导致汽轮机主蒸汽调节门的开度增大, 压缩机的转速随之增加, 压缩机的转速增加可导致压缩机的入口压力下降, 从而达到压缩机性能调节的目的。当压缩机的入口压力减小, 通过上述压缩机入口压力调节器与转速调节器的串级调节回路可使压缩机的转速下降, 导致其入口压力升高, 同样也达到了压缩机性能调节的目的。当转速调节器不在串级状态时, 程序使压缩机入口压力调节器的输出跟踪转速调节器的设定值, 避免转速调节器切换到串级时性能控制系统产生波动。

2 离心压缩机组的防喘振控制

喘振是离心压缩机的一种特殊现象:在一定转速下, 当压缩机的入口流量小于最小流量 (图1中的Qp) 时, 压缩机排气管的压力比压缩机组内部的压力高, 导致气体瞬时倒流, 继而使压缩机排出侧的气体压力降低, 机组内部压力升高, 使气体流量恢复, 直到压缩机出口压力再次升高;之后重复上述过程, 周而复始。压缩机的喘振对与压缩机相连接的管网和压缩机本身都有很强的破坏作用[5~9], 在压缩机运行时必须要避免喘振的发生。

如图1所示, 喘振线的左侧为喘振区 (不稳定区) ;喘振线的右侧为稳定工作区, 喘振线上的压力比最大, 即当压缩机的工作点在喘振线上时, 压缩机的工作效率最高。

防喘振控制就是保证压缩机的吸入量大于临界吸入量Qp, 使压缩机在任何时候都工作在稳定区。为此, 在生产负荷降低时, 必须将部分出口气体经旁路返回到压缩机入口, 或将部分出口气体放空。压缩机的防喘振控制方法有固定极限流量法和可变极限流量法两种[10~13]。

固定极限流量 (也称最小流量控制法) 防喘振控制系统是使压缩机流量始终大于某一定值, 保证压缩机工作在稳定区。优点是控制系统简单, 可靠性高, 投资少;缺点是当压缩机处于低负荷运行时, 回流量裕度大, 能耗高, 使压缩机的效率降低。

可变极限流量法适用于压缩机可通过调速改变性能的场合。在不同的转速工况下, 极限喘振流量是个变量, 它随压缩机的转速下降而变小, 所以最合理的控制方法是留有适当的安全裕度, 使防喘振调节器沿着留有一定安全裕度的压缩机喘振线右侧的防喘振控制线工作, 保证压缩机始终工作在稳定工作区内 (图1) 。随着计算机技术的发展, 现多采用防喘振控制线的数学表达式实现压缩机的防喘振控制[14]。

图2中, 防喘振控制器 (ASC) 是与防喘振控制线相关联的数学函数, 也即利用压缩机控制系统所编制的与压缩机防喘振控制线相关联的防喘振控制系统软件包。防喘振控制器的控制功能包括PID控制功能、比例控制功能和喘振监测与退喘功能。

2.1 PID控制功能

如图3所示, 基于实际喘振线 (ASL) 设置一条防喘振控制线 (SCL) , 防喘振控制线相对于实际喘振线留有一定的安全裕度, 防喘振控制线与压缩机性能曲线的交点即为防喘振控制点。防喘振控制器的设定点 (SP) 被限制在防喘振控制线与设定点徘徊线 (SHL) 之间, 当压缩机的工作点 (OP) 移动到防喘振控制线的左侧时, 防喘振控制器的设定点被嵌位在防喘振控制线上, 即此时的防喘振控制器的设定点与防喘振控制线的横坐标相等;如果压缩机工作点向左移动低于防喘振控制器的设定点 (即设定值SV<0) , 防喘振控制器将产生输出, 打开防喘振控制阀 (ASV) 以防止压缩机产生喘振。当压缩机的工作点在防喘振控制线与设定点徘徊线之间时, 防喘振控制器的设定点以预先设定的一个防喘振控制器的设定值来跟踪压缩机工作点, 当压缩机的工作点向左移动时, 防喘振控制器的设定点也以预先设定的速率随之向左移动, 当压缩机的工作点向左移动的速率大于控制器设定点的下降速率且使防喘振控制器的设定值小于0时, 尽管压缩机的工作点还没有到达防喘振控制线, 但此时防喘振控制器也产生输出, 打开防喘振控制阀, 使压缩机的工作点向右移动, 避免压缩机产生喘振;当压缩机工作点移动到防喘振控制器设定点的右侧时, 防喘振控制器的输出减小, 使防喘振控制器的设定值维持在预先的设定值。当压缩机的工作点在防喘振控制器设定点徘徊线的右侧且防喘振控制器的设定点大于预先的设定值时, 防喘振控制器的设定点被嵌位在防喘振控制器设定点徘徊线上, 即防喘振控制器的设定点与防喘振控制器设定点徘徊线的横坐标相等, 此时防喘振控制器的设定值会始终大于零, 防喘振控制器的输出为零, 关闭防喘振控制阀。

2.2 比例控制功能

在实际喘振线与防喘振控制器的设定点徘徊线间设置一条比例快开线 (POL) , 实际喘振线与比例快开线之间称为比例控制区。当压缩机的工作点到达比例快开线上时, 比例控制器的输出为0%;当压缩机的工作点到达实际喘振线上时, 比例控制器的输出为100%;当压缩机的工作点在比例控制区中的某一点时, 比例控制器的输出正比于压缩机的工作点跨过比例快开线的距离, 即比例控制器的输出取决于压缩机的工作点在比例控制区的相对位置。

防喘振控制阀接收的信号为PID控制器输出、比例控制器的输出和解耦控制器输出的高选。为防止压缩机波动, 当比例控制器的输出高于PID调节器的输出时, PID调节器的输出跟踪比例控制器的输出。

2.3 喘振监测与退喘功能

当以上功能未能阻止压缩机的工作点向喘振区移动而出现压缩机喘振时, 将防喘振控制线和设定点徘徊线以预先设定的幅度向右侧移动, 增加压缩机的安全裕度, 当压缩机的工作点向左移动时尽早使防喘振控制器的PID控制功能或比例控制功能发挥作用, 避免压缩机再次产生喘振。

3 性能控制与防喘振控制的耦合关系

当离心压缩机组的性能控制系统与防喘振控制系统独立设置时, 它们之间就存在耦合关系。如上所述, 离心压缩机组的性能控制是当压缩机的入口压力升高时, 提高离心压缩机组的转速;当离心压缩机组的入口压力降低时, 则降低压缩机组的转速。压缩机组的转速变化, 意味着压缩机组的入口压力和通过压缩机的气体流量发生变化, 也就使压缩机的工作点在防喘振控制原理图上的位置发生变化, 压缩机工作点的改变, 通过防喘振控制器使防喘振控制阀的开度发生变化, 防喘振调节阀的开度变化反过来又会导致压缩机组的入口压力发生变化, 压缩机的入口压力的改变通过压缩机组的性能调节系统 (压缩机入口压力调节器与转速调节器组成的串级调节回路) 又使压缩机的转速发生变化。可见, 离心压缩机组的性能控制系统与防喘振控制系统之间相互影响, 存在着很强的耦合关系。这会使压缩机组的性能控制系统和防喘振控制系统都不能正常发挥作用, 为此必须对压缩机组进行解耦控制才能使压缩机组正常、稳定地运行。

4 解耦控制

离心压缩机耦合现象的产生就是因为在调整压缩机的转速以保证压缩机性能的同时又改变防喘振阀的开度防止压缩机喘振造成的。归根到底, 压缩机组耦合是因为压缩机组性能控制系统与防喘振控制系统独立设置造成的, 解除压缩机组的耦合就是要将压缩机的性能控制系统与防喘振控制系统整合为一个解耦控制系统, 其目的是防止防喘振调节器的实际值 (PV) 低于防喘振控制器的设定值, 避免由防喘振调节器控制防喘振调节阀, 而改由解耦控制系统控制防喘振调节阀, 这样就避免了压缩机的转速调节与防喘振控制同时进行, 达到解耦控制的目的。

如图4所示, 解耦控制器 (P/SDC) 是利用压缩机控制系统所编制的既可以实现压缩机的性能控制又可进行防喘振控制, 并且使其性能控制与防喘振控制不能同时进行的控制软件包, 其实质是利用动态分程调节系统实现离心压缩机组的解耦控制。动态分程调节系统的主控变量为压缩机入口压力, 利用压缩机压缩机入口压力调节器的输出调整压缩机转速或压缩机的防喘振调节阀开度, 使压缩机入口压力满足要求, 在此前提下避免压缩机产生喘振。将压力调节器控制压缩机转速切换到控制防喘振调节阀开度之间的切换点称为动态分程点 (DBP) 。压缩机正常运行时, 动态分程控制系统的动态分程点为压缩机的工作点减去分程点的徘徊裕度 (一般为压力调节器输出的1.5%左右) 。动态分程点的移动速率取决于压缩机的工作点在防喘振控制原理图上的位置, 如图5所示。

如果压缩机工作点在分程点最大区域线 (DMABL) 右侧且在分程点快速线 (DFBL) 左侧时, 设定动态分程点下降的移动速率较慢。这是由于这一区域与喘振控制线较近, 在不发生喘振的前提下压缩机的转速下调余量较小, 当压缩机工作点以较快速率向左移动且低于动态分程点时, 解耦控制系统停止继续降低压缩机转速, 而是通过开大防喘振调节阀来维持压缩机入口压力的稳定;如果压缩机工作点在动态分程点快速线右侧, 设定动态分程点的下降速率较快, 这是因为在这一工作区域, 压缩机可以降低较多转速而不使压缩机喘振;当压缩机工作点在最小区域线 (DMIBL) 的左侧时, 设定解耦控制系统的动态分程点以较慢速率上升, 这是因为这一工作区域与喘振控制线非常接近, 为使压缩机不发生喘振, 解耦控制系统增加压缩机转速, 增加压缩机的转速可以提高压缩机的气体流量, 由于压缩机的转速增加, 使压缩入口压力下降, 则解耦控制系统的压力调节器 (压缩机入口压力调节器) 输出下降, 开大防喘振调节阀可使压缩入口压力提高, 如此可使压缩机的工作点向右远离防喘振控制线;如果压缩机工作点在最大区域线与最小区域线之间, 则设定压缩机动态分程点的位置不动, 等待压缩机的工作点进入到其他工作区域。

将动态分程调节系统的分程点限定在压力调节器输出的50%~100%之间, 当解耦控制系统压力调节器的输出在动态分程点时, 解耦控制系统使防喘振阀全关 (0%) ;当压力调节器的输出在动态分程点减去50%时, 解耦控制系统使防喘振阀全开 (100%) 。

解耦控制系统的动作过程:当压缩机的入口压力降低时, 压力调节器的输出降低, 使压缩机转速下降以升高压缩机的入口压力, 当压缩机的转速下降到即将引起压缩机喘振时, 在利用防喘振控制器控制防喘振调节阀之前, 解耦控制器就停止继续降低压缩机转速, 而是开启防喘振调节阀来维持压缩机入口压力稳定, 避免在调整压缩机转速的同时又调整防喘振调节阀, 这样就达到了使压缩机既能满足性能要求又使压缩机不发生喘振的目的。

压缩机解耦控制只有当压缩机处于运行方式时才起作用, 压缩机的运行方式可分为3个阶段:压缩机加载、加载结束和正常运行。

压缩机加载阶段的解耦控制原理如图6所示, 初始阶段, 压缩机的防喘振阀全开 (100%) , 转速最低, 此时压缩机入口压力调节器处于手动状态。设定压力调节器输出的50%为动态分程调节系统的动态分程点, 压缩机入口压力调节器输出的0%~50%对应防喘振阀的开度100%~0%。当压力调节器投自动时, 缓慢降低压缩机入口压力调节器的设定值, 则压缩机入口压力调节器的输出增大 (压缩机入口压力调节器为正作用) ;当压力调节器投手动时, 缓慢增加压缩机入口压力调节器的输出, 压缩机入口压力调节器的输出缓慢增大, 防喘振阀的开度缓慢减小, 当压缩机入口压力调节器的输出达到50%时, 防喘振阀全关 (0%) , 压缩机加载过程结束。

压缩机加载结束阶段的解耦控制原理如图7所示, 加载结束是压缩机正常运行的初始, 压力调节器的输出为50%, 防喘振阀全关 (0%) , 转速最小。此时如果降低压缩机负载, 由于压缩机已在最小转速, 则压缩机入口压力调节器的输出降低, 开大防喘振阀, 压缩机进入加载阶段。如果增加负载, 压力调节器的输出增大, 压缩机转速加大, 动态分程点随压缩机工作点的移动而移动, 压缩机进入正常运行阶段。

压缩机正常运行阶段的解耦控制原理如图8所示, 压缩机加载结束后就进入正常运行阶段, 此阶段压缩机入口压力是由压缩机的转速或防喘振阀的开度来控制的。解耦控制系统的动态分程点随压力调节器的输出变化而移动, 其移动速率是由压缩机的工作点在防喘振控制原理图中的位置决定的 (图5) 。如果压力调节器输出的下降速率比动态分程点向左侧移动的速率快, 当压力调节器的输出与动态分程点相等时, 解耦控制系统停止降低压缩机转速, 当压力调节器的输出继续下降时, 在防喘振控制系统起作用之前解耦控制系统就开大防喘振调节阀, 如图9所示。如果此时压缩机的工作点在最大区域线右侧, 则解耦控制系统的动态分程点会继续以预先设定的速率向左移动, 图9中的压缩机喘振阀控制线随着动态分程点向左移动而移动, 此时解耦控制系统会降低压缩机的转速, 压缩机转速下降使得解耦控制系统减小防喘振调节阀的开度, 如图10所示。如此控制就会使压缩机组在新的工作点达到平衡, 即当解耦控制系统的动态分程点以预先设定的徘徊裕度继续跟踪压力调节器的输出时, 压缩机组的运行趋于稳定。当压缩机组的工作点在其他工作区域时, 解耦控制系统的动态分程点按照预先设定的速率移动, 解耦控制系统在压缩机组防喘振控制系统起作用之前调整控制压缩机的转速或控制防喘振调节阀的开度, 保证压缩机组稳定运行。

5 结束语