压缩机控制技术介绍精编版

1、2 过程过程动设备动设备 控制技术控制技术与与产品、解决方案产品、解决方案提供商，专业提供商，专业从事透平机械控制业务，已完成从事透平机械控制业务，已完成透平机械透平机械控制项目超过控制项目超过20002000套套，专业工程技术人员近百人。专业工程技术人员近百人。杭和装备介绍杭和装备介绍杭州和利时装备自动化行业部杭州和利时装备自动化行业部汽轮机汽轮机压缩机压缩机控制控制控制控制3杭和装备介绍杭和装备介绍工业压缩机工业压缩机压缩机组先进控制算法压缩机组先进控制算法T880T880压缩机组控制系统压缩机组控制系统4工业压缩机组应用工业压缩机组应用旋转设备旋转设备过程工程过程工程控制系统控制系统旋转

2、机械旋转机械控制控制防喘振控制性能控制速度控制抽汽控制负荷分配与平衡急冷控制离心压缩机轴流压缩机蒸汽透平燃气透平高温膨胀机低温膨胀机能量回收机组油气田气体工厂LNGGTLCTL海上平台 气体输送炼油烯烃PTA合成氨合成甲醇空分5T880T880压缩机组控制系统压缩机组控制系统概述：概述： T880 T880系统是和利时专为压缩机组控制系统系统是和利时专为压缩机组控制系统CCS(Compressor Control System)CCS(Compressor Control System)开发的开发的3 3重冗重冗余容错控制系统，本着余容错控制系统，本着安控分离安控分离的原则进行工的原则进行工程

3、设计。程设计。T880T880具有安全、可靠、配置方便、控具有安全、可靠、配置方便、控制周期短等特点，集成了世界领先的压缩机组制周期短等特点，集成了世界领先的压缩机组控制算法控制算法。6T880T880压缩机组控制系统压缩机组控制系统机柜机柜监视信号监视信号 现场现场控制室控制室操作员站操作员站工程师站工程师站防喘振信号防喘振信号保护信号保护信号调速信号调速信号7T880T880系统特点系统特点 安控分离安控分离-保护保护与与控制控制相互独立相互独立 SIL3SIL3级认证级认证-保护部分获得保护部分获得T TV V莱茵莱茵SIL3SIL3级安全认证级安全认证 快速响应快速响应-控制部分输入输

4、出执行周期控制部分输入输出执行周期40mS40mS 三重冗余容错三重冗余容错-整个系统无单点故障整个系统无单点故障 可用率高可用率高-安全部分安全部分3-2-03-2-0降级降级 控制部分控制部分3-2-1-03-2-1-0降级降级8压缩机组控制内容压缩机组控制内容1.1.）联锁停车逻辑）联锁停车逻辑2.2.）启动允许逻辑）启动允许逻辑3.3.）汽轮机速度控制）汽轮机速度控制4.4.）压缩机防喘振控制与保护）压缩机防喘振控制与保护5.5.）性能控制）性能控制压缩机入口压缩机入口/ /出口压力控制出口压力控制6.6.）多回路协调控制与解耦控制）多回路协调控制与解耦控制7.7.）各类辅机过程控制）

5、各类辅机过程控制8.8.）各类辅机逻辑控制）各类辅机逻辑控制9.9.）上位操作站画面显示、趋势、报警）上位操作站画面显示、趋势、报警汽轮机拖动压缩机组主要控制内容：汽轮机拖动压缩机组主要控制内容：9T880系统功能概述p 自动启停控制p 防喘振控制p 软手动操作p 硬手动操作p 退守策略p 极限控制p 解耦控制B 喘振控制p 压力控制p 流量控制p 极限控制p 负荷分配控制p 负荷平衡控制p 解耦控制C 过程控制p 透平轴封压力p 润滑油压力p 润滑油温度p 复水器液位p 密封气差压p 凝液罐液位D 辅助控制p 启动p 升速p 暖机p 临界转速回避p 转速调节p 串级控制p 失速跳车p 超速回

6、避p 超速跳车A 转速控制p 启动逻辑p 停车连锁p 首出报警p SOE记录E 联锁保护Hollysys CCSHollysys CCS压缩机组控制一体化解决方案压缩机组控制一体化解决方案10国内首套SIL3认证的安全仪表系统IEC 61508, PartIEC 61508, Parts s1 - 7:20101 - 7:2010IEC 61511IEC 61511: Part: Parts s1 - 3:20041 - 3:2004EN 50156-1: 2004EN 50156-1: 2004EN 298: 2003EN 298: 2003EN 230: 2005EN 230: 2005I

7、EC 61131-2: IEC 61131-2: 20072007IEC 61326-3-1: 2008IEC 61326-3-1: 2008EN 50130-4: 1995+A1:1998+A2:2003EN 50130-4: 1995+A1:1998+A2:2003EN 54-2:1997+AC:1999+A1:2006EN 54-2:1997+AC:1999+A1:2006NFPA 72: 2010NFPA 72: 2010NFPA 85: 2011NFPA 85: 2011NFPA 86: 2011NFPA 86: 2011EN 61000-6-2:2005EN 61000-6-2:2

8、005EN 61000-6-4:2007EN 61000-6-4:2007 国内首套完全自主知识产权的安全仪表系统 2012年7月12日获得TV莱茵的SIL3认证11T880T880安全系统样柜安全系统样柜样柜图样柜图- -T880T880系统系统12T880T880安全系统机架安全系统机架保护部分保护部分-SIS-SIS13T880T880控制系统机架控制系统机架控制部分控制部分-CCS-CCS14T880T880逻辑结构逻辑结构15T880T880安全部分原理结构安全部分原理结构16T880T880控制部分原理结构控制部分原理结构17汽拖压缩机组汽拖压缩机组汽拖压缩机组控制内容汽拖压缩机组

9、控制内容18电拖压缩机组电拖压缩机组电拖压缩机组控制内容电拖压缩机组控制内容19机组控制核心防喘振机组控制核心防喘振防喘振控制与保护的主要目的：防喘振控制与保护的主要目的：(1) 避免压缩机因发生喘振造成严重的设备损坏与停工(2) 避免压缩机因发生喘振对工艺操作造成巨大的扰动防喘振控制的挑战：防喘振控制的挑战：(1) 运行工况的改变：入口压力Ps，入口温度Ts，分子量MW(2) 防喘振控制要求及时、快速、准确、可靠20机组控制核心防喘振机组控制核心防喘振传统传统ITCCITCC的缺点：的缺点：(1) 不能有效补偿入口压力入口压力PsPs、入口温度入口温度TsTs、分子量分子量MWMW变化对喘振

10、极限线SLL、喘振控制线SCL和运行点造成的影响；(2) 在开工阶段以及正常生产阶段，无论入口压力入口压力PsPs、入口温度入口温度TsTs、分子分子量量MWMW怎样变化，喘振极限线SLL和喘振控制线SCL的形状和位置始终固定不变；(3) 一旦发生喘振，需要改为手动操作改为手动操作，否则在自动模式中振荡发散振荡发散；(4) 很多现场阀门长期回流长期回流/放空放空，造成巨大的能源浪费；21ssoAQP 2sosossPPAMWTRZQ 22RMWTRZHcsoavgP1 sososcsoavgsPPPAMWTRZRMWTRZQH 221（假设（假设Zavg=ZsZavg=Zs）先进防喘振控制技术

11、先进防喘振控制技术22先进防喘振控制技术先进防喘振控制技术 2222211rrsosdsdPPlogTTlogsdsocsPqAhPPAPPlogTTlogPPPPARQHsdsd 其中：其中：Rhcr1 ss,orPPq 2与分子量与分子量MWMW无关，与入口工况无关，与入口工况(Ps,Ts,ks,Zs)(Ps,Ts,ks,Zs)无关无关需要需要5 5个测点信号：个测点信号：Po,s, Ps, Pd, Ts, TdPo,s, Ps, Pd, Ts, Td与变送器量程和单位无关与变送器量程和单位无关只与同类型信号的比值有关，且比值无量纲只与同类型信号的比值有关，且比值无量纲23先进防喘振控制技

12、术先进防喘振控制技术无关坐标系算法无关坐标系算法：压缩机的喘振极限线：压缩机的喘振极限线SLLSLL与分子量与分子量MWMW、入口压入口压力力PsPs、入口温度、入口温度TsTs、入口比热比、入口比热比ksks和入口气体压缩因子和入口气体压缩因子ZsZs无关，无关，只与只与压缩机组内部构造压缩机组内部构造有关有关, ,采用采用5 5条线的控制与保护方法。条线的控制与保护方法。SLLSCLFOLESLTSLSLL:SLL:喘振极限线喘振极限线SCLSCL: :喘振控制线喘振控制线FOL:FOL:阀门快开线阀门快开线ESL:ESL:紧急喘振线紧急喘振线TSL:TSL:阀门紧关线阀门紧关线24先进防

13、喘振控制技术先进防喘振控制技术WM=28WM=12.2WM=6.3WM=4.220002000400040006000600080008000404060608080100100HpHpQsQs(ACMH)(ACMH)WM=28WM=12.2WM=6.3WM=4.20.020.020.040.040.060.060.080.080.010.010.020.020.030.030.040.04hrhrq qr r2 225先进防喘振控制技术先进防喘振控制技术SLLSLL喘振接近度定义：喘振接近度定义：22测测标标, r, rsqqS 喘振接近度是一个无关变量，在喘振极限线上喘振接近度等于喘振接近

14、度是一个无关变量，在喘振极限线上喘振接近度等于1 1SLLSLL1 sS1 sS1 sS安全区安全区喘振区喘振区26先进防喘振控制技术先进防喘振控制技术喘振接近度：喘振接近度：22测测标标, r, rsqqS 喘振接近度的计算不是基于一个信号变量，而是基于一组信号变喘振接近度的计算不是基于一个信号变量，而是基于一组信号变量量: :Po,s, Ps, Pd, Ts, Td,Po,s, Ps, Pd, Ts, Td,计算更准确！计算更准确！SLLSLLsS快开慢关快开慢关Rhcr1 喘振接近度采用反函数计算，增强控制与保护的强度喘振接近度采用反函数计算，增强控制与保护的强度27先进防喘振控制技术先

15、进防喘振控制技术l 防喘振控制器与性能控制器之间的解耦防喘振控制器与性能控制器之间的解耦l 防喘振控制器与防喘振控制器之间的解耦防喘振控制器与防喘振控制器之间的解耦l 多段压缩机防喘振控制器的防喘振阀门共用技术多段压缩机防喘振控制器的防喘振阀门共用技术l 侧流压缩机防喘振控制应用侧流压缩机防喘振控制应用l 并联运行压缩机组防喘振控制应用并联运行压缩机组防喘振控制应用l 出口压力高极限控制出口压力高极限控制l 入口压力低极限控制入口压力低极限控制28先进防喘振控制技术先进防喘振控制技术入口压力低极限控制入口压力低极限控制29先进防喘振控制技术先进防喘振控制技术入口压力低极限控制入口压力低极限控制

16、当压缩机上游有分馏塔一类的装置时，塔压的操作不能低于一定水平，如果低于一定水平，就会造成气液两相传热、传质的分馏装置内部产生振荡，进而造成塔压的振荡。当用于调节塔压的主性能控制器的调节手段达到极限状态时，防喘振控制器内嵌的极限控制回路可以组态为入口压力低极限，并在判断到极限条件触发时，自动调节使得防喘振阀门开大，从而使得塔压维持在一个可接受的范围内，保证生产的平稳进行。30先进防喘振控制技术先进防喘振控制技术出口压力高极限控制出口压力高极限控制31先进防喘振控制技术先进防喘振控制技术出口压力高极限控制出口压力高极限控制工艺流程的安全设计原则，通常在压缩机出口安装有安全阀，用以防止压缩机出口的后

17、部流程因为流阻突然迅速上升、造成过程容器、管线超压而导致破坏甚至爆炸。安全阀的起跳可以迅速卸压，但通常造成装置停工。防喘振控制器内嵌的极限控制回路可以组态为出口压力高极限控制；通过工程化组态，当出口压力高于一定数值时，即使当运行点离喘振控制线SCL还很远,出口压力高极限控制回路自动调节防喘振阀门的开度，从而使出口压力保持在压力高限数值以下。32先进防喘振控制技术先进防喘振控制技术入口工况条件：入口工况条件：Ps=0.08/MPaaPs=0.08/MPaaTs=-38/degCTs=-38/degC入口工况条件：入口工况条件：Ps=0.149/MPaaPs=0.149/MPaaTs=-38/de

18、gCTs=-38/degC33先进防喘振控制技术先进防喘振控制技术入口工况条件：入口工况条件：Ps=0.149/MPaaPs=0.149/MPaaTs=-38/degCTs=-38/degC入口工况条件：入口工况条件：Ps=0.149/MPaaPs=0.149/MPaaTs=30/degCTs=30/degC34自动的压缩机自动的压缩机加载、卸载加载、卸载，配合速度控制器的，配合速度控制器的一键启停机自动控制一键启停机自动控制！先进的无关坐标系算法，对入口温度变化、入口压力变化、分子量变化先进的无关坐标系算法，对入口温度变化、入口压力变化、分子量变化进行有效和准确的补偿，保证进行有效和准确的补偿，保证喘振极限线喘振极限线SLLSLL和和运行点运行点的计算本身非常的计算本身非常准准确确与与可靠可靠！算法本身提供算法本身提供闭环防喘振主闭环防喘振主PIPI响应响应用于克服斜坡受控的减负荷过程，同时用于克服斜坡受控的减负荷过程，同时提供提供开环保护动作开环保护动作用于克服任何设备的非正产因素导致的快速喘振逼近！用于克服任何设备的非正产因素导致的快速喘振逼近！防喘振控制算法本身内嵌有防喘振控制