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[控制系统] 离心式压缩机的防喘振控制之控制介绍 [帖子3239329]

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发表于 2021-7-18 23:53:02 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 MTO001 于 2021-7-21 17:14 编辑

1、速度控制和蒸汽抽汽压力控制
  在正常运行期间,压缩机一级吸入压力控制回路将需求量设置到解耦模块,当投用性能控制器后,解耦模块接着设置速度设定值。速度控制器输出设置蒸汽入口阀位指令以调整透平速度。
2、工艺/喘振解耦
     防喘振阀门的速度来控制吸入罐的吸入压力。之前,当防喘振阀门已经控制喘振的同时,吸入压力是由压缩机速度控制的。可惜的是,这可能导致防喘振控制器和吸入压力控制器之间的冲突,最终导致压缩机工况不稳定。为避免该情况,将使用一种称之为“工艺/喘振解耦”的方法。该方法通过确保不同的控制器不会同时调整防喘振阀门和压缩机速度的方式,分离吸入压力控制器和防喘振控制器之间的关系。
        解耦功能防止两种控制器冲突的方法是通过试图避免防喘振控制器PV始终不会降低到防喘振控制器设定值以下,因此防止防喘振控制器控制防喘振阀门。为实现该目标,允许吸入压力控制器能够打开压缩机的防喘振阀门。通过打开防喘振阀门,工艺气体返回到压缩机的吸入段,一级进入顺流的流量降低,同时,流经压缩机一级的流量增加。从而通过使用防喘振阀门,使得压力控制器能够控制吸入压力。解耦功能控制并决定吸入压力控制器应何时控制速度或控制防喘振阀门。这可通过分程控制来实现,分程控制既可以通过压缩机速度控制吸入压力,也可以控制防喘振阀位,但是不能同时控制两者。该分程控制的独特之处在于吸入压力控制器切换使用速度或防喘振阀门的分程点是可变的。我们将该可变的分程点称之为动态断点。例如,随着压缩机的进料的降低,吸入压力控制器降低压缩机的速度以维持相同的吸入压力。如果降低压缩机速度会造成防喘振控制器打开防喘振阀门(因为以恒定压差降低速度会最终驱动压缩机发生喘振),那么在此之前,解耦模块将使吸入压力控制器打开防喘振阀门,因此防止防喘振控制器控制防喘振阀门,并通过防喘振阀门维持压力控制。
        正常工况下(即操作点位于最大区域线的右侧)动态断点的特点是位于吸入压力控制器输出下方一段规定距离的位置。通过这种方式的操作,压缩机将根据解耦算法的速度控制进行运行,而并非根据防喘振阀门进行运行。我们将该距离称之为动态断点停悬裕量。动态断点的逐步变化如下所述。如果操作点位于最大区域线的右侧和位于最快断点线的左侧(与防喘振控制线的预设距离决定了动态断点的移动速度是快还是慢),那么操作点将以相对较慢的预设定斜坡率逐渐降低。动态断点的斜坡率在该区域的动作较为缓慢,这是因为压缩机此时在非常靠近防喘振控制线的位置运行,如果没有防喘振控制器的作用,压缩机速度将无法降低很多。因此,以较低的速率降低压缩机的速度是可取的,因为如果吸入压力持续下降的话,吸入压力控制器将很有可能开始作用于防喘振阀门。如果操作点位于快速破点线的右侧,那么将以相对较快的斜坡率降低。这是由于压缩机在接近防喘振控制线之前,在此区域有很多速度可以放弃。
        如果操作点位于最小区域线的左侧,它将以预先设定的缓速斜率上升。在喘振图的该操作区域提高压缩机的速度的目的在于使用系统内积累的进料以提高吸入流量,并避免压缩机受到防喘振控制器的作用影响。由于提高速度也会降低吸入压力,那么吸入压力控制器将打开防喘振阀门以增加吸入压力。这些动作如果一起实施的话,应能使得压缩机远离防喘振控制线。
      如果操作点位于最小区域线和最大区域线之间的话,动态断点的位置就会固定在操作点进入该区域时动态断点所在的位置。要切记的是,(在大多数情况下)动态断点的位置是压缩机的操作点在喘振图上的位置的一小部分,这一点至关重要。唯一的例外情况是上述的示例1和2。动态断点在压力控制器输出左侧工作的距离是可以设置的,但是通常是低于控制器输出~1.5%。从而能确保吸入压力控制器将在可行的情况下作用于速度控制器。如果压缩力控制器输出降低的速度快于动态断点允许下降的速度(基于操作区域),那么压力控制器将使用防喘振阀门来控制吸入压力。下图的插图显示了喘振图上操作的不同区域。其中还包含三个不同的解耦算法情况的示例。

      喘振图
image.png
图例一
image.png
  图例1显示了压缩机的正常工况。在该情况下,压缩机的吸入压力是由压缩机的速度控制的,动态断点正好就在吸入压力控制器的下方工作。
如果压力控制器的输出的下降速度比动态断点可以移动的速度(根据上述讨论的操作点相对于喘振图的位置)更快,那么吸入压力控制器将停止降低速度,相反,使用防喘振阀门来控制吸入压力。假设操作点仍然高于最大区域线,那么动态断点将持续降低其输出(并因此影响压缩机的运行速度),使得其初始的断点悬停裕量回到压力控制器输出下方。该降速将造成防喘振阀门关闭。
    图例二
image.png
  图例2显示了使用防喘振阀门操作压缩机,从而控制吸入压力。
该情况下,压缩机负载已经降低到速度以最小控制转速运行时的负载。压缩机将持续在该区域运行,直到负载上升。
图例三
image.png
  图例3显示了压缩机以最小控制转速运行,或通过关闭防喘振阀门或打开防喘振阀门的方式来控制吸入压力。
如果负载增加,那么防喘振阀门将关闭,速度将开始上升以接收增加的负载。随着速度的上升,动态断点将沿着操作点进入类似于图例1的工况。如果负载降低,动态断点将以最小控制转速停止,且一级防喘振阀门将打开以控制吸入压力。接着将发生类似于图例2的工况。
3、防喘振控制和喘振图
   防喘振控制器是一个独立的控制器。它的功能是确保其保护的压缩机某级或多级在当前工况下有足够的流量防止发生喘振。
它不用于控制任何压力。它使用若干方程式和输入以计算操作点。如果与喘振线比较的话,将得到实际的操作裕量。防喘振控制器有若干功能帮助压缩机避免喘振。下图显示了喘振图,以及防喘振控制器如何测量距离喘振线的距离。
  吸入压力补偿的扬程
image.png
    防喘振控制器的设定点跟踪操作点。由于某些限制条件,该设定点将尽量与操作点保持一定的距离(悬停裕量,通常约为5%,此值可以根据需求设定)。
   它不得进入恒定的安全裕量的左侧。它还必须以规定的斜坡率(悬停斜坡)下降。由于设定点悬停线是防喘振控制器的设定点,如果操作点快速移向喘振,那么考虑到设定点悬停线的斜坡,喘振控制器将在操作点穿过恒定的安全裕量之前作出响应。从而能够使防喘振控制器在导致发生喘振事件的工艺故障之前作出响应。如果操作点稳定在恒定的安全裕量的右侧,那么随着设定点沿斜坡返回到操作点的左侧,防喘振控制器的输出将降低。
   除了普通的PID防喘振控制器,防喘振控制器还有一个喘振超弛功能,它能确保循环(防喘振)阀门在压缩机快接近喘振之时打开。
由于通常的防喘振控制PID很有可能整定成速度过慢而不能防止严重工艺故障造成的压缩机喘振,因此该功能非常有用。当操作点移动到比例作用区(见下图)时,喘振超弛功能打开防喘振阀门。阀
门的开度与操作点经过的该区域的距离成正比。如果裕量达到0,或是经过了喘振线,那么比例时间达到了其最大限值(循环防喘振阀门100%全开)。比例作用区的尺寸的增加和减少取决于设定点悬停线的移动。因此,随着设定点悬停线移动到喘振图的右侧(根据操作点的移动),比例作用区将“延伸开来”,因为该区域被定义成喘振线和设定点悬停线之间的总距离的一部分。
如果使用普通的喘振PID控制器,将对喘振超弛输出进行高选,因此只能在PID响应过慢的情况下进行控制(如上述所述)。如果超弛输出大于PID输出,那么喘振PID跟踪超弛控制器的输出。
   喘振超迟
image.png
  防喘振控制PID和喘振超弛输出发送到防喘振阀门选择模块。对于压缩机的低压段,该模块结合使用这些输出和解耦防喘振阀门输出进行高选。
如果解耦模块控制防喘振阀门,那么该模块将使用喘振PID跟踪。这可防止由于喘振PID结束造成的任何时间延时。它还限制防喘振阀门打开和关闭的动作。这些限制被称之为转换速度。关闭速度通常极低以确保防喘振阀门关闭时的稳定性。
我们经常会看到,在压缩机负载上升的同时,防喘振阀门的关闭速度将受到喘振PID控制器的限制。
该情况下,吸入压力控制器(解耦算法)将立刻增加压缩机的速度(根据负载的上升),同时它等待防喘振阀门的控制从喘振PID控制器返回到吸入压力控制器。当控制返回,它将停止提高速度,并再次使防喘振阀关闭。
在吸入压力控制器和喘振PID控制器之间将持续手动切断阀门控制,直到阀门最终关闭,且压缩机处于压力控制中(假设要求的压缩机速度高于最低控制转速)。当喘振超弛功能起作用时,打开转换速度能够防止超调量,否则喘振超弛功能的上升速度可能会比阀门(以及相应的工艺)可以响应的速度快得多。4、工艺/喘振解耦模块
该模块控制压缩机一级吸入压力,并通过调整压缩机的速度和 / 或打开一级防喘振阀门的方式实现目标。当投用性能控制器后将实现就。如果防喘振控制器只在全手动模式,将由解耦模块调整速度。
5、动态断点
  容量控制开关从控制速度切换到打开防喘振阀门的点被称之为动态断点。该点是动态的,是因为它根据压缩机的工况而改变。如果性能控制器输出增加到断点之上,那么透平速度将增加,如果控制器输出降低到断点之下,那么防喘振阀门将打开,速度将保持在断点的位置。
         逻辑说明
  •      避免动态断点的降低幅度超过0.5%(断点悬停),小于吸入压力控制器输出。
  •         防止由于容量控制器输出的快速降低而造成动态断点快速下降。如果喘振裕量在防喘振控制线上方大于10%,那么断点将快速移动到左侧,如果喘振裕量在防喘振控制线上方小于10%,且大于最大区域线,那么断点将缓慢移动。如果容量控制器输出降低到低于破点,那么防喘振阀门将打开。断点将持续下降,直到喘振裕量在控制线的5%(最大区域线)以内,或是直到50%(最小控制转速),或是直到满足容量控制器,以先发生的条件为准。
  •          如果喘振裕量在控制线的2%的范围内,动态断点将上升。如果喘振余量大于控制线2%-5%之间,那么动态断点没有变化。
  •            限制断点降低到50%(最小控制转速)以下。
6、增益的调整

可以进行调整以平衡速度设定值和防喘振阀之间的动作。通常,使用的增益1表示:1%的防喘振阀变化等同于1%的速度设定值的变化。
如果使用了大于1的增益,那么表示使用了大型防喘振阀门,其影响不仅仅是改变速度设定值。
7、工艺超弛
如果禁用了解耦,工艺超弛则被设置为0%。如果投用了解耦,当操作点接近控制线时或快速降低工艺控制器输出时,超弛会打开防喘振阀。
    逻辑说明
  •     随着容量控制器输出从动态断点-50增加到动态断点,那么防喘振阀从100%关闭到0%。
  •     使用防喘振控制器对工艺超弛进行高选以打开防喘振阀。
  •      如果没有选择防喘振控制,那么将工艺超弛设置为等同于防喘振阀输出。
  •         如果仅选择了防喘振控制,将使用容量控制器直接设置工艺超弛
8、解耦速度设定值
如果禁用了解耦, 则在人机界面上将目标速度设置成等同于速度设定值。如果投用了解耦功能,目标速度将被设置成等同于解耦速度设定值。
    逻辑说明
  •      限制速度设定值降低到动态断点以下。
  •     调整速度设定值为吸入压力控制器输出50%-100%到最小控制转速-最大控制控制转速。
  •     由于限制了动态断点低于50%以下,因此无法计算出速度设定值负值。
  •    如果不选择性能控制,那么速度目标值被设定为等于速度设定值发生器输出(工艺/喘振解耦模块)。
  •    只有在选择了性能控制的情况下,速度目标值方可由工艺压力控制器直接设置。
  •    如果所有速度设定值切换不用于无扰切换,那么将跟踪所有速度设定值切换。




  
注:由于篇幅有限,有关离心式压缩机防喘振系统的实际应用问题,下一篇中会详细讨论:
1、当喘振点接近喘振线时,如何调整压缩机转速使喘振点偏离喘振线?
2、当裂解气的相对分子质量变化时,喘振点如何变化?
3、对于有极限控制的防喘振系统,触发极限控制时,会有什么影响?
4、防喘振流量的计算公式含义?
5、防喘振控制回路中的测量仪表出现故障时,该如何处理?
6、防喘振控制回路是否具有自检测功能?实际应用中如何实现?
7、CCC性能控制器中的压力超迟功能(POC)?
8、在开丙烯制冷压缩机时防喘振阀在何时动作?
     由于水平有限,对于离心式压缩机的控制,若有好的问题可以留言,共同交流、提高。








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zhangyili 发表于 2021-7-22 07:13
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