循环氢压缩机防喘振控制设计分析.pdf

技 术 纵 横 method方 法 79 2006年4月刊 自动化博览 文献标识码b 文章编号10030492(2006)02007902 中图分类号 tp272 循环氢压缩机防喘振控制设计分析 analysis of design on anti-surge control of circulation hydrogen compressor 中国石油天然气股份有限公司玉门油田分公司炼化总厂甘肃 玉门 735200 孙绪刚 收 稿 日 期20060108 摘 要详细介绍了bcl450循环氢压缩机防喘振控制设计 及其在炼油厂 柴油加氢装置的应用 关 键 词压缩机喘振性能曲线 abstract: the paper introduces the design on anti-surge control of bcl450 circu- lation hydrogen compressor, and also introduces the application of diesel hydroprocessing device in oil plant in detail. key words: compressor; surge; characteristic curve 孙绪刚19 72 男山东临清人工程师副科级从 事dcs 系统管理开发与维护研究等工作 压缩机是输送高压力的气体输送机械 中国石油天然气股 份有限公司玉门油田分公司炼化总厂使用的bcl450循环氢压 缩机特点有垂直剖分机壳 适应于更高的工作压力 它适用于 中 低流量工况 该压缩机轴端密封可根据需要采用机械密封 油密封 拉别令密封或干气密封 并且适合于各种气候条件露 天场所长期运行等 喘振是离心和轴流压缩机的固有物理现象 机组一旦发生喘振 若未得到及时控制 将会给机组安全运行 带来灾难性后果 1 压缩机喘振及其危害 压缩机喘振是指当负荷降低到一定程度时 气体的排送会 出现强烈的振荡使机身亦剧烈振荡 可能造成严重的事故 而 事故的出现又非常迅速 猛烈 单靠操作人员处理常常措手不 及 压缩机喘振控制在工艺操作过程被视为次要的 但作为压 缩机的保护装置则是主要的 防止这种有害现象发生是压缩机 控制系统最重要的任务之一为避免喘振必须改变操作或 降低出口流体的阻力 或增加压缩机的流量 但喘振往往产生 得非常快 因此必须应用专门的控制技术及时开启喘振阀 来 防止喘振发生 2 bcl450循环氢压缩机防喘振控制的设计 影响压缩机防喘振控制系统的最主要因素是压缩机的压缩 比和流量 其它还有压缩机的入口温度变化气体的组分变化等 2.1 防喘振控制回路设计 不同的机组有不同的防喘振控制回路设计方案 对于循环 氢压缩机组一般采用入口压力入口流量出口压力三参 数控制就可以取得十分满意的效果这是因为循环氢压缩 机的入口温度设计值为 40一般变化较小对防喘振控制 的影响可以忽略不计其控制方案简图如图1 所示 图1 控制方案示意图 2.2 防喘振控制回路检测元件设计 防喘振控制回路的检测元件包括流量节流元件 入口压力 变送器 出口压力变送器及防喘振控制阀门 应选择反应快 时 间常数小 可靠性高的产品 比如一般防喘振控制阀的全行程 时间最好选用所谓秒级阀门 2.3 防喘振回路时间常数的计算原则 防喘振回路的管路应尽可能短 以便缩短流体从防喘振出 口到压缩机入口的时间时间常数 t=t1管路时间+t2检 测元件时间+t3防喘振控制阀时间+ 控制器处理时间 一般将 t 控制在 34 秒以内 3 bcl450循环氢压缩机防喘振控制计算 3.1 目的 防喘振控制计算的目的是简化控制方案强化控制功能 实现机组安全 长周期 高效运行的目的 本机组的计算中 采 用模化技术 将有量纲的通用性能曲线 消除常规测量中不能 实现的介质组分变化对防喘振控制线的影响 3.2 输入参数 入口流量节流孔板的设计参数 已经转换成计算环境的单 位设计压力77.52 kgf/cm2=7.6mpa设计温度313.16k差 压 25kpa流量刻度上限60000nm3/h 从预期性能曲线族各喘振点读取对应的入口压力入 口温度分子量出口压力流量其单位如下压力单位为 kg/cm2 (a) 温度单位为k流量单位为m3/min压缩系数为z 对应的参数如表1 所列 技 术 纵 横method方 法 80 自动化博览 2006年4月刊 表1 将表1的各组数据分别输入到计算机 计算出各点在通用 性能曲线坐标中的数据如表 2 所示 表2 4 通用性能曲线 它是一种无量纲的压缩机性能曲线族 它消除了因实际运 行情况下的介质组分偏离设计值而带来的防喘振控制线变化 一般通用性能曲线中的压缩机喘振线是一条多段折线 即将靠 最右边的相关点6 ”1291 0顺序连起 来防喘振控制线是一条从上述5点的x轴数值向右移动相同 百分比的多段折线本设计为 121%对于类似循环氢压缩机 这样的机组曲线平坦工作范围宽可以再简化一条直线控 制线 这样组态容易 简单 控制精度也能达到满意的效果 通 用性能曲线如图2 所示 图2 通用性能曲线 由于实际开车条件的限制出口温度和汽轮机功率 氮气工况一般不会发生喘振 由于本项目的设计工况仅有一种介质组分 当不考虑实际 工况组分变化时可以采用图3 所示控制方式 将预期性能曲线的正常工况和额定工况的曲线10条合并在 同一个坐标系中 连接各性能曲线的喘振点 得到一条多段折 线的喘振线取出其中最右边的两点坐标作直线方程 y=kx+b将此作为压缩机的喘振线喘振线向右平移 10% 作直线方程式 y1=kx+b1这就是喘振控制线也既是工况点 喘振点no. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 喘振点压力kgf/cm2 100.98 98.43 96.39 94.35 90.58 103.02 100.47 98.23 95.88 91.80 喘振点流量m3/min 9.66 9.17 8.33 8.00 7.00 10.17 9.50 9.00 8.33 7.16 图3 预期性能曲线 (a) 正常工况压缩介质氢气分子量7.186进口温度40进口压 力7.6mpa转速9994rpm (b) 额定工况压缩介质氢气分子量7.186进口温度40进口压 力7.6mpa转速10413rpm 只要不碰到或越过喘振控制线到达喘振控制线或其右边 喘 振就不会发生 式中的k值由图2所取最右边的两点坐标 5 和 9 点计算得到b1为 y 轴截距这样做虽然偏于保守 但由于循环氢压缩机的性能曲线平滑 组态容易 占用内存少 输入的变量x 值一定要折算到实际进口状态下的容积流量 系数计算 k=(9.38- 8.92)/(500- 420)=0.46/80=0.006b=8.8b1=8.5 喘振线的方程y=0.006x-400+8.8 喘振控制线的方程y1=0.006*1.1*x-400+8.5 压缩机的正常工况和额定工况的10个喘振点坐标如表3所示 表3 图4 压缩机的正常工况和额定工况的喘振线和防喘振控制线 5 循环氢压缩机在该厂的应用 通过结合该厂柴油加氢装置生产的实际而设计的循环氢压 缩机防喘振控制系统 防喘振控制效果非常好 目前bcl450循 环氢压缩机在我厂运行平稳 实现了防喘振控制系统有效地调 节压缩机的流量满足了各种工艺过程的操作要求其次在 各种正常和非正常的工艺条件下有效的保护了压缩机 喘振点no. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 喘振点压力mpa 9.90 9.65 9.45 9.24 8.92 10.10 9.85 9.63 9.38 9.00 喘振点流量m3/h 580 540 500 480 420 610 570 540 500 430 喘振点no. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x轴% hc 39.12 35.25 29.09 2