基于ITCC的压缩机防喘振控制系统.pdf

2 0 1 2年第 4期 工业仪表 与 自动化装置 7 1 基 于 I TCC 的压 缩机 防喘 振 控 制 系统 王银锁 董志富 1 兰州石化职业技术学院 兰州 7 3 0 0 6 0 2 兰州石化公司 兰州 7 3 0 0 6 0 摘要 I T C C系统是针对压缩机组参数监测 控制 安全保护专 门设计的综合性控制 系统 该文 主要论述 了压缩机的防喘振控制理论和 I T C C系统在 乙烯裂解气压缩机组可变极限防喘振控制 系 统 的应 用 关健词 I T C C 喘振 喘振线 防喘振控制线 防喘振控制 中图分类号 T P 2 7 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 2 0 4 0 0 7 1 0 3 Ant i s u r g e co nt r o l s y s t e m t a ke n f o r c e n t r if ug a l co mpr e s s o r s e t b a s e d o n I TCC W ANG Yins u o DONG Zh if u 1 L a n z h o u P e t r o c h e mi ca l C o l l e g e of V o ca t i o n a t T e ch n o lo g y L a n z h o u 7 3 0 0 6 0 C h in a 2 L a n z h o u P e t r o ch e m i ca l C o m p a n y L a n z h o u 7 3 0 0 6 0 C h i n a Abs t r a ct I TCC is a n in t e g r a t e d co n t r o l lin g s y s t e m wh ich is d e s ig n e d s p e ci a ll y f o r p a r a me t e r mo n i t o r in g s y s t e m co n t r o llin g a nd s a f e p r o t e ct in g o f co mp r e s s o r s e t Th is p a p e r ma in ly in t r o d u ce s t h e t h e o r y o f co mpr e s s o r us in g a n t i s u r g e co n t r o l a n d I TCC s y s t e m in e t h y le n e cr a ck in g g a s co mp r e s s o r u ni t wit h v a r i a bl e limit S a n t i s u r g e co n t r o l s y s t e m a pp l ica t io n Ke y wo r ds I TCC s u r g e s u r g e lin e a n t i s u r g e co n t r o l li n e a n t i s u r g e co n t r o l 0引言 1 离心式压 缩机的防喘振控制 压缩机组在化工生产过程中的作用是提高工艺 介质的压力以改变物料的物理状态 一旦机组故障 将导致整个工艺流程停止 无法继续进行 压缩机 组在工厂整个生产过程中占据着重要地位 其必须 具有一套完整的实时监测与保 护系统 良好 的监控 系统能够及时发现并解决机组 的异 常情况 必要 时 刻紧急停 车对 设备进 行保 护 防止 事故 的进 一步 扩大 压缩机组的控制主要包括透平调速 压缩机 防 喘振控制 压缩机透平 的振动位移监视保护 和过程 控制等 I T C C I n t e g r a t e d T u r b in e C o m p r e s s o r C o n t r o 1 系统是一套集压缩机 的透平调速控制 防喘 振控制 性能控制 抽气控制 自保联锁逻辑控制为 一 体的综合控制系统 与传统的压缩机组控制方案 相 比 它具有更高可靠性 功能强大 组态灵活 操作 容易等优点 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 2 2 基金项 目 甘肃基金名称 基 于虚拟 技术 的 自动 化控制 实训室 的构建 1 0 1 5 0 2 作者简介 王银锁 1 9 6 6 女 河北阜城人 大学本科 副教授 主要从 事生产过程 自动化专业的教学和科研工作 喘振是离心式压缩机的固有特 陛 当负荷下降到 一 定的数值时 气体的排送量会出现剧烈的振荡 气体 流量和排气压力周期性地低频率 大振幅地波动 机身 亦随之发生剧烈振动 这种现象称之为喘振 J 如何 防止喘振的发生 先分析离心式压缩机的 特性 曲线 如图 1所示 从 图中可以看 出 在每种转 速下都有一个 p p 值最高 的点 将不 同转速下 的 最高点连接起来就可 以得到一条所谓 的喘振边界 线 即喘振线 S L 边界线左侧阴影部分为不稳定 的喘振 区 边界线右侧则是安全运行 区 图 1在 n 转速下 负荷大于 Q 压缩机安全 铆 喘振线 S L Q8 Q 图 1 离心式压缩机 的特性 曲线 图 7 2 工业仪表与自动化装置 2 0 1 2年第 4期 在喘振线 s L 的右侧考虑有一定 的裕量 再做 一 条抛物线 称之为防喘振控制线 S C L 又称喘振 安全线 如图 2所示虚线部分 压缩机的工作点在虚 线上或虚线的右侧 即可 防止喘振的产生 以f p 图 2 离 心式压缩机 的防喘振控制线 每台压缩机有它一定的特性曲线 特性曲线不仅 与压缩比p p 和转速 有关 还和被压缩气体的吸入 状态 如分子量 温度 压力等的变化有关 另一方面喘 振与管网特性有关 管网容量愈大 喘振的幅度愈大 频率愈低 管 网容量愈小 喘振 的幅度愈小 频率愈 高 每一台压缩机都有它一定的喘振区 因此只能 采取相应的防喘振控制方案以防止喘振的发生 2 I T CC系统的防喘振控制在裂解气压缩 机上的应用 裂解气压缩机设置 4段压缩 2套 防喘振控 制 回路 图 3为裂解气压缩机第 1 2 3段 的防喘振控 制工艺流程图 图 4为裂解气压缩机第 4段的防喘 振控制工艺流程图 图 3 裂解气压缩机第 1 2 3段的防喘振控制工艺流程图 来 自 0 0 4 F 图4 裂解气压缩机第 4段的防喘振控制工艺流程图 至后续工段 2 0 1 2年第 4期 工业仪表与 自动化装置 7 3 2 1 裂解气压缩机的防喘振控制的设置 裂解气压缩机的防喘振控制的设置如下 1 D C S的流量控制 在第 1 2 3段的出口设置了防喘振控制流量测 量 F T 1 0 3 A B 在第 4段 的出口设置 了防喘振控制 流量测量 F T 1 2 1 A B F 1 7 1 0 3 A B F T 1 2 1 A B流量 测量变送器分别进 D C S和 I T C C系统 在 D C S内设 置防喘振控制器 F I C 1 0 3 F I C 1 2 1 通过 P I D运算 后 输 出 MV值进入 I T C C系统 这样在 D C S上操 作人员可以调节防喘振控制阀 但是选择在 D C S还 是 1 T C C控制 决定权在 I T C C的选择开关上 2 在 I T C C上实现的防喘振控制 利用 流量变送器 F T 1 0 3 B F T 1 2 1 B 测量 的流 量值 在防喘振控制器 U C 1 0 3 U C 1 2 1 内进行温度 和压力的补偿 计算出实际的流量值 然后和防喘振 控制线 S C L 的流量作 比较 判断是否需要打开 防 喘振控制阀 U V 1 0 3 U V 1 2 1 2 2 防喘振控制线 S C L 的确定 压缩机喘振点的计算采用入口流量的平方与多 变压头的比值 有些情况下 喘振线 因流量测量的准 确性问题而无法验证 测量喘振点 的最好办法是在 现场实际测出 防喘振控制裕量设置成发生 喘振时流量 的 5 1 5 并将该裕 量在 I T C C控 制器 中设置为 防喘 振控制线 S C L 防喘振控制点 Q s M a r g i n 2 1 1P 式中 Ma r g in为防喘振控制的裕量值 防喘振控制点需在不 同转速下计算 出一些值 基于控制系统状况及 阀门的大小 推荐 防喘振控制 阀的响应时间至少为 2 5 s 对于 1 0 或更少 的 安全裕量 推荐这个 响应时间或根据移动速率确定 否则 防喘振的安全裕量必须大于 1 0 3 I T C C系统在裂解气压缩机上的防喘振 操作 3 1防喘振控制功能 压缩机 的防喘振控制 是在压缩机 的速度达 到 额定转 速时 由操作工投 用 有 3种操作方 式 手 动 手动后备和自动 手动方式旁通了全部的防喘 振控制功能 直接控制防喘振阀 手动后备方式是 在压缩机工作点远离 喘振控制线 的状态下投用 操 作工手动能够控制防喘振阀 但是 当压缩机工作点 接近喘振控制线时 防喘振控制 的 H S S 高选择线 起作用 强迫防喘振阀全开 实际上 去防喘振 阀的 输 出值是手动信号或 自动信号两者中的较高者 自 动方式是 I T C C的控制 通过对 流量等过程参 数 的 计算 输出控制 防喘振阀 此模式是最 为严格 的控 制形式 操作人 员无法开启 或关 闭防喘振 阀 图 5 为裂解气压缩机防喘振控制功能总貌图 HS S H i g h S i g n a l S e l e ct o r 图5 裂解气压缩机防喘振控制功能总貌图 3 2 防喘振操作 压缩机实际运行 中根据实际采取的数据计算多 变压头 确定其工况点 判断工况点与防喘振控制线 S C L 与 喘振线 S L 的距离 图 6为标准的裂解 气压缩机组性能曲线图 在这两条线 的中间还有一 条 B O O S T线即中间控制线 当工况点越过控制线到 达 B O O S T线后 系统即认定危险工况出现 B O O S T 迅速给出一个信号打开防喘振阀 如果系统达到稳 定值 需要手动复位后才能关小防喘振阀 关小时注 意做到无扰动波动 防喘振系统为 了防止防喘振阀 微小输出变化时也跟随信号不停开大关小导致阀门 寿命缩短 当输出信号 2 左右 的时候 阀门不动 作 只有输出偏差大于此大小时 阀门动作 萼 萎 昌 V o l u me t r i c I n l r t F l o w 图 6 标准 的裂解气压缩机 组性 能曲线图 下转第 9 2页 9 2 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 2年第4期 5 结束 语 C AS S启动主程序 Y 调节池水位测量 l 广 龟 lN l 4 群 电动阀关闭l 广 焉 l 4 电动阀开到位 开污水提升泵 选择北曝气池 l Y 北 C AS S池曝气 二二 2 电动阀开到位 厂 瓦 2 风 机运 行 I 笙 l I 笙 I 关闭2 电动阀 l l关闭2 电动阀 延时 8 h 1 I 延时 8h l 风机停止 l I 2 风机停止 图3 C A S S污水处理主程序流程图 基于集中管理 分散控制思想设计的污水处理 控制系统 实现了对某县污水处理厂整个过程 的全 自动化运行 大大提高 了污水处理 的自动化控制水 平和管理水平 系统易于维护 减轻了劳动强度 尤 其是系统的冗余 现场总线技术的应用保证了污水 生产运行的安全可靠和数据的有效传输 从而提高 了生产效率 该系统的成功投产不仅使该县的生活 污水处理水质达到 了排放标准 改善 了人们 的生活 环境 而且为类似的污水处理项 目积累了经验 有一 调用污泥泵控制子程序 二二二 二 调用沉淀工作子程序 1 启动消毒设备 I 调用滗水器工作子程序 定的借鉴价值 参考文献 1 G o r o n s z y M C 朱明权 Wu t s ch r e K 循环式活性污泥法 C A S S 的应用及发展 J 中国给水排水 1 9 9 6 1 2 6 4 9 2 欧阳云生 杨立中 污水处理 C A S S工艺中自控系统的 设计 J 西南给排水 2 0 0 6 3 2 8 3 9 4 1 3 高利军 P R O F I B U S总线在 C A S S污水处理工艺中的应 用 J 机电技术 2 0 1 1 6 3 6 3 8 4 廖常初 s 7 3 0 0 4 0 0 P L C应用技术 M 北京 机械 工业 出版社 2 0 0 5 3 3 4 3 5 0 上接 第7 3页 4 结束语 与模拟仪表组成的控制系统相 比 I T C C的防喘 振控制系统用组态的方法构成控制 回路和设定各种 参数 具有系统组建灵活 修改变更方便的特点 模 拟仪表控制方案的修改要通过增减 自 控设备 变更 接线和调整机电机构才能实现 I T C C的防喘振控制系统在某乙烯裂解气压缩机 组应用 4年多 运行正常 没有发