CN102392812A - 压缩机组喘振控制*** - Google Patents
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Abstract
压缩机组喘振控制***属于压缩机组自动化控制技术领域。
本发明
提供一种***运行故障率和长周期运行成本低的压缩机组喘振控制***。
本发明
包括控制器，高速压力变送器、节流装置，温度传感器，防喘调节阀；其结构要点控制器分别与高速压力变送器、节流装置、温度传感器、防喘调节阀相连；高速压力变送器检测压缩机进出口压力转换成标准模拟量信号送入控制器；节流装置检测压缩机进气或出气流量转换成标准模拟信号送入控制器；温度传感器检测压缩机进出口温度转换成标准模拟量信号送入控制器；控制器接收高速压力变送器、节流装置、温度传感器输入的压力、流量、温度信号经运算输出喘振控制信号控制防喘阀门调节压缩机的吸气流量。
Description
技术领域
本发明属于压缩机组自动化控制技术领域，尤其涉及一种压缩机组喘振控制***。
背景技术
现代石油化工工程工业中,大型压缩机设备是驱动流程运转的关键设备,是工艺生产装置的心脏。安全生产是最大的节能，压缩机组控制***可靠性、压缩机组控制方案、压缩机组本体的优化控制对装置运行与节能降耗有重要意义。
喘振控制是透平压缩机组控制的核心，传统的控制采用单回路调节器或集成到其它***中实现，采用简单的控制策略，限制了机组的运行区域且执行速度慢，这样制约了机组性能的发挥及机组的使用寿命，使整个***的长周期运行成本非常高。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种***运行故障率和长周期运行成本低的压缩机组喘振控制***。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括控制器，高速压力变送器、节流装置，温度传感器，防喘调节阀；其结构要点控制器分别与高速压力变送器、节流装置、温度传感器、防喘调节阀相连。
所述高速压力变送器检测压缩机进出口压力转换成标准模拟量信号送入控制器。
所述节流装置检测压缩机进气或出气流量转换成标准模拟信号送入控制器。
所述温度传感器检测压缩机进出口温度转换成标准模拟量信号送入控制器。
所述控制器接收高速压力变送器、节流装置、温度传感器输入的压力、流量、温度信号经运算输出喘振控制信号控制防喘阀门调节压缩机的吸气流量。
作为一种优选方案，本发明所述控制器采用三重冗余（TMR）控制器（如T6300控制器）。
作为另一种优选方案，本发明所述喘振控制信号为4-20mA的电流信号。
作为另一种优选方案，本发明所述控制器包括工作点纵坐标计算功能块、工作点横坐标计算功能块、喘振线测算功能块、喘振检测模块、工作点跟踪功能块、自适应PID（比例积分微分）参数功能块、PID功能块、高选选择器。
作为另一种优选方案，本发明所述工作点纵坐标计算功能块通过对压缩机组的出口绝对压力和入口绝对压力进行运算得到绝压比值（即工作点纵坐标），喘振线测算功能块根据绝压比值计算喘振点。
作为另一种优选方案，本发明所述工作点横坐标计算功能块根据压缩机的入口流量、节流装置的压力、压缩机的入口温度、节流装置温度、节流装置设计压力、节流装置设计温度，计算出温度补偿后的工作点横坐标值。（温度补偿后的工作点横坐标计算公式：
×当前流量）
作为另一种优选方案，本发明所述喘振检测模块将工作点与喘振点进行比较，根据比较结果判断喘振是否发生和是否报警。
作为另一种优选方案，本发明所述工作点跟踪功能块根据工作点、喘振点、工作点移动过快设定值、跟踪速率，计算输出得到动态的PID功能块的设定值。
其次，本发明所述自适应PID参数功能块根据工作点的位置与PID功能块的设定值之间的间距范围确定动态的PID参数。
另外，本发明所述PID功能块根据工作点、动态PID功能块的设定值、自适应的PID参数，计算输出到高选选择器进行比较，进而控制防喘调节阀的开度。
本发明有益效果：（1）本发明将高速压力变送器、节流装置，温度传感器，防喘调节阀通过控制器整合在一起，降低了***运行故障率和长周期运行成本。
（2）可靠性极高的冗余容错控制***。本发明采用三重冗余TMR控制器，提高了***的可靠性。
（3）通过控制器的集成运算控制，使喘振控制响应速度快、响应灵敏性高。
（4）本发明喘振控制信号为4-20mA的电流信号；传输效果好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，本本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明控制功能块原理框图。
图2为本发明第一控制子功能块电路原理图。
图3为本发明第二控制子功能块电路原理图。
图4为本发明第三控制子功能块电路原理图。
图5为本发明第四控制子功能块电路原理图。
图6为本发明第五控制子功能块电路原理图。
图7为本发明第六控制子功能块电路原理图。
图8为本发明第七控制子功能块电路原理图。
具体实施方式
如图所示，本发明包括控制器，高速压力变送器、节流装置，温度传感器，防喘调节阀；控制器分别与高速压力变送器、节流装置、温度传感器、防喘调节阀相连。
所述高速压力变送器检测压缩机进出口压力转换成标准模拟量信号送入控制器。
所述节流装置检测压缩机进气或出气流量转换成标准模拟信号送入控制器。
所述温度传感器检测压缩机进出口温度转换成标准模拟量信号送入控制器。
所述控制器接收高速压力变送器、节流装置、温度传感器输入的压力、流量、温度信号经运算输出喘振控制信号控制防喘阀门调节压缩机的吸气流量。
所述控制器采用三重冗余（TMR）控制器。
所述喘振控制信号为4-20mA的电流信号。
本发明控制器程序主要采集的数据有：压缩机组的入口压力，压缩机组的出口压力，压缩机组的入口流量（差压），压缩机组的出口流量（差压），压缩机组的入口温度，压缩机组的出口温度等。采集的数据都将连接到控制器的防喘控制功能块引脚上进行防喘控制运算。
如图1所示，压缩机组的出口压力和入口压力输入到HpSim功能块运算（运算公式：
）得到绝压比值，得到的值输入喘振线测算功能块Table5中，该功能块的作用是根据压缩机厂家给出的喘振点绘制成一个X-Y坐标系下的折线，并根据绝压比计算输出喘振点SLL。
工作点横坐标计算功能块OPcal，该功能块根据压缩机的入口流量Flow，入口压力Ps，节流装置的压力Pfo，入口温度Ts，节流装置温度Tfo，压缩机的设计入口压力Pbc，压缩机设计入口温度Tbc，节流装置设计压力Pbc，节流装置设计温度Tbo，计算得输出温度压力补偿后的实际工作点横坐标值OP。
喘振检测模块Margin，该功能块实现喘振报警、喘振计数、防喘振线SCL的计算，该算法中工作点OP与喘振点SLL进行比较，如果OP<SLL，说明机组已经发生喘振，喘振报警使能，喘振计数加一，防喘振线将向下移动预设的裕度（例如1%），每发生一次喘振，防喘振线将下移预设的裕度（例如1%），在使能喘振计数复位后，喘振计数清零，防喘振线复位到初始位置。
工作点跟踪功能块OPtrack，该功能块根据工作点OP、防喘振点SCL、工作点移动过快设定TM，TM设定在5%-10%（流量每秒百分比）可组态、跟踪速率Ti（Ti输出是动态SP每秒跟踪OP的增减速率，此参数可根据实际情况组态），计算（当工作点OP不动或向右移动，跟踪速率Ti与工作点OP后相差5%跟踪；当工作点OP向左移动，跟踪速率Ti以1%跟踪）输出得到动态的SP（SP是PID功能块的设定值）作为PID输入的设定值。实际上，工作点OP向喘振控制线运动的速率超过TM时，证明工作点移动过快，这种情况往往是流量急剧下降所导致的，就要打开一点防喘阀来防止喘振的发生。
自适应PID参数功能块Adapt，该功能块根据工作点OP位置与设定值SP之间的间距范围实现动态的PID参数，该参数要根据现场实际情况测试确定一个理想的动态范围，动态的PID参数解决了防喘振控制的一个重要思想，那就是防喘阀门的快开慢关。
功能块TMCPID，该功能块根据工作点OP，动态SP设定点，自适应的PID参数，计算输出到高选选择器进行比较，进而控制防喘调节阀的开度。根据OP与SP之间的关系判断机组是否正常过工作，是否需要防喘振调节。当SP小于OP时，机组工作在安全区，PID输出将慢慢的关闭阀门，直到阀门完全关闭，这就是慢关的过程。当SP大于OP时，机组工作在非安全区，PID输出会快速打开阀门,防止喘振的发生，这就是快开的过程。
手动控制，通过两个数字量输入（手动开和手动关）实现防喘阀的手动控制，开关速率按预先组态值进行调节。开速率在每秒10%-100%（阀门开度百分比）可调，关速率在每秒5%-20%可调。
高选选择器，将PID输出与手动控制输出进行比较取高值输出到阀门，保证阀门打开操作优先。
可以理解地是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1. 压缩机组喘振控制***，包括控制器，高速压力变送器、节流装置，温度传感器，防喘调节阀；其特征在于控制器分别与高速压力变送器、节流装置、温度传感器、防喘调节阀相连；
所述高速压力变送器检测压缩机进出口压力转换成标准模拟量信号送入控制器；
所述节流装置检测压缩机进气或出气流量转换成标准模拟信号送入控制器；
所述温度传感器检测压缩机进出口温度转换成标准模拟量信号送入控制器；
所述控制器接收高速压力变送器、节流装置、温度传感器输入的压力、流量、温度信号经运算输出喘振控制信号控制防喘阀门调节压缩机的吸气流量。
2. 根据权利要求1所述压缩机组喘振控制***，其特征在于所述控制器采用三重冗余控制器。
3. 根据权利要求1所述压缩机组喘振控制***，其特征在于所述喘振控制信号为4-20mA的电流信号。
4. 根据权利要求1所述压缩机组喘振控制***，其特征在于所述控制器包括工作点纵坐标计算功能块、工作点横坐标计算功能块、喘振线测算功能块、喘振检测模块、工作点跟踪功能块、自适应PID参数功能块、PID功能块、高选选择器。
5. 根据权利要求4所述压缩机组喘振控制***，其特征在于所述工作点纵坐标计算功能块通过对压缩机组的出口绝对压力和入口绝对压力进行运算得到绝压比值，喘振线测算功能块根据绝压比值计算喘振点。
6. 根据权利要求4所述压缩机组喘振控制***，其特征在于所述工作点横坐标计算功能块根据压缩机的入口流量、节流装置的压力、压缩机的入口温度、节流装置温度、节流装置设计压力、节流装置设计温度，计算出温度补偿后的工作点横坐标值。
7. 根据权利要求4所述压缩机组喘振控制***，其特征在于所述喘振检测模块将工作点与喘振点进行比较，根据比较结果判断喘振是否发生和是否报警。
8. 根据权利要求4所述压缩机组喘振控制***，其特征在于所述工作点跟踪功能块根据工作点、喘振点、工作点移动过快设定值、跟踪速率，计算输出得到动态的PID功能块的设定值。
9. 根据权利要求4所述压缩机组喘振控制***，其特征在于所述自适应PID参数功能块根据工作点的位置与PID功能块的设定值之间的间距范围确定动态的PID参数。
10. 根据权利要求4所述压缩机组喘振控制***，其特征在于所述PID功能块根据工作点、动态PID功能块的设定值、自适应的PID参数，计算输出到高选选择器进行比较，进而控制防喘调节阀的开度。
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