综合控制系统在压缩机防喘振控制中的应用

2022-12-26

引言

压缩机在化工行业中占据着重要的地位, 它通过提高工艺介质的压力而改变物料的物理状态。由于压缩机在化工行业中经常处于连续工作的状态, 这就要求它必须要有良好的性能。然而压缩机在非正常工作的情况下会由于进出口流量的变化出现喘振现象, 使流量变快, 压力不稳定, 进一步引起压缩机震动而造成严重的危害。为了使压缩机得到有效的保护, 就需要一套完善的监控和保护系统。ITCC就是这样一个集调速、防喘振、抽气等为一体的综合控制系统, 它能保持工艺过程的平稳, 避免传统的防喘振系统带来的巨大能耗, 具有良好的经济效益和技术优势。

一、喘振原理

如图1, 当压缩机出口压力达到某一定值时, 压缩机运行点由点D沿曲线上升到喘振点A, 这一过程中流量逐渐减小, 压力升高, 这时压缩机出口压力大于其最大压缩能力, 出现负流量和倒流现象, 由A点倒流到B点, 当倒流到一定程度时压缩机出口压力下降, 从B到C, 又恢复到C到D的正向流动状态, 气流在压缩机中来回流动的这种现象称为喘振。喘振发生时, 压缩机振动剧烈, 气体的出口压力和流量出现大幅度波动, 随之机身也剧烈振动, 并带动出口管道和厂房等振动。如不及时采取有效措施, 压缩机会遭到严重的破坏。

二、压缩机组综合控制系统 (ITCC)

传统的压缩机防喘振控制就是使压缩机的流量始终保持大于最小回流量, 从而避免流量进入喘振区运行。虽然该方法的控制系统简单, 使用仪表较少, 但是压缩机在处于低负荷运行的情况下, 会存在大量的回流流量, 就使能量消耗较大。在应用喘振控制线以后同样会造成较大的经济损失。

ITCC在传统压缩机防喘振控制的基础上, 结合压缩机的系统性能、压缩效率和机组能耗等因素将压缩机分为透平转速控制、过程控制和防喘振控制三个部分, 与传统的防喘振控制系统相比, ITCC具有许多优势。首先, ITCC的防喘振控制是按贴近实际防喘振控制线实行的, 不需要回流, 节省了能源, 避免了浪费, 提高了机组效率;其次, ITCC的数字控制器采用高性能的微处理器和先进的控制技术, 使得ITCC可以在防喘振控制中采用独特的控制算法, 同时, 控制其将三大基本构成结合起来, 增强了三者之间的积极影响, 消除了消极影响;第三, ITCC与DCS和其他控制设备之间的通讯变得更加方便。

三、防喘振控制模式

1. 手动方式

自动控制方式被屏避, 操作人员手动对回流阀进行控制。不管工作点在压缩机状态图的什么位置, 该种方式均不能对回流阀进行操作, 并且手动模式仅限于机械工程师测试压机时专用, 在平时的装置运行期间严禁工艺人员置于该模式下进行防喘振控制。一旦负荷降低, 此模式防喘振不会打开, 仅当压机进入喘振区域时, 防喘振控制程序中的DUMP功能块会输出一个开关量, 使防喘振调节阀因电磁阀失电切断气源而全开。

2. 半自动方式

半自动方式就是手动带动自动进行防喘振控制, 所接受到的信号是手动输出和自动输出的总值, 一般用于工艺负荷较低且不稳定的情况下。在此模式下, 操作人员可根据生产需要或控制经验人为地打开回流阀, 但是被打开的回流阀只有在执行进入到自动时才会关闭。此控制模式也监测压缩机的工作参数和状态图, 若开始将控制模式调节为手动控制, 参数曲线不合适时, 将引起压缩机的喘振, 接着压缩机会进入自动控制模式, 自动加开回流阀, 使压缩机工作正常。

3. 自动方式

防喘振控制器首先确定回流阀是开还是闭, 检测压缩机的工作参数和状态图, 接着确定回流阀的位置。一旦监测到当前的工作参数处于危险区域, 可能会引起压缩机发生喘振, ITCC系统就会自动打开回流阀, 从而避免喘振现象的发生。当压缩机的各项参数重新恢复正常回到安全区域时, 回流阀就会自动关闭, 压缩机又开始正常运行。在压缩机运行期间, 防喘振控制模式大多数是在自动模式上的, 并且当ITCC系统调节为自动模式时, 手动模式会跟踪输出。

四、喘振监测程序

预防喘振和防止再次喘振发生的最快捷方法是监测压缩机的参数变化率即微分, ITCC通过对压缩机转速的微分、压力的微分、流量的微分、温度的微分和绝对流量等来进行喘振的监测。综合控制系统ITCC采用极短的扫描时间和循环周期来保证控制系统的快速反应。同时, 精确的微分控制还可以通过其特有的噪声衰减方式来实现。当喘振监测程序检测到喘振时, 就会触发以下动作:首先, 循环阀打开到喘振恢复的位置, 然后喘振计数器开始记录喘振次数, 接着发出喘振报警, 最后喘振最小位置 (SMP) 动作。

结语

喘振是压缩机常出现的现象, 具有较大危害, 为保证压缩机能够稳定、高效、经济地运行, 防喘振自然就成为了压缩机控制系统的一项艰巨任务。综合控制系统ITCC能够采用独特的控制算法, 节省能源, 提高效率, 且能方便地实现与DCS和其他控制设备的通讯, 避免喘振现象的发生, 具有经济和技术方面的优势。实际运行证明综合控制系统在压缩机防喘振控制方面能保证机组长时间稳定运行且性能可靠, 值得进一步推广应用。

摘要:压缩机在化工行业中扮演着重要的角色, 然而在压缩机的运行过程中, 经常会出现喘振现象, 会给压缩机造成严重的危害, 通过压缩机防喘振控制系统的完善, 可以使压缩机得到有效的保护, 避免浪费, 具有良好的经济效益和技术优势。

关键词:压缩机,防喘振,综合控制系统

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