CCC防喘振控制介绍资料【全】

1、1,ccc 及其在炼油装置的应用 compressor controls corporation (ccc,2012 compressor controls corporation,2,交流内容,1. ccc公司控制技术特点,2.可用性与可靠性,4.ccc的工程实践,3.并联负荷分配优化控制,5.压缩机性能咨询 (cpa,6.ccc公司5系列控制系统,fcc机组优化节能系统,2012 compressor controls corporation,3,1. ccc公司控制技术特点,2012 compressor controls corporation,4,machinery 机组,proce

2、ss 工艺,controls 控制系统,ccc turbomachinery controls ccc机组控制技术,2012 compressor controls corporation,5,流量,压力,增加控制裕度,ccc控制技术-限制控制,2012 compressor controls corporation,6,扩大了操作范围,一般的控制,ccc的控制,运行点,极限,运行点,设定点,基本因素 - 先进的算法 - 解耦控制 - 高速的硬件,极限,设定点,2012 compressor controls corporation,7,喘振现象,qs, vol,pd,让我们用一个离心式空气压

3、缩机 向一密闭容器内供气的模型来解释 喘振是如何形成的,2012 compressor controls corporation,导致出现喘振的因素,开车 停车 在低负荷下操作 在高负荷下运行出现下述工况: 紧急停车 动力降低 操作人员失误 工艺扰动 负荷变化 气体成份变化 冷却器故障 过滤器故障 驱动故障 喘振不仅仅出现在低负荷操作工况下，而是在各种工况下都可能出现,2012 compressor controls corporation,9,如何避免喘振,增快反应速度 变送器 阀 控制器 系统体积 用专门设计的控制技术 自动开环 解耦控制 可调喘振控制线 自调整增益控制参数 喘振线确定及喘

4、振试验,2012 compressor controls corporation,10,压缩机控制所面临的挑战,一个成功的压缩机控制系统应由下列部分组成： 一个能够准确定义操作点及其相应的喘振极限的算法 能够允许数字控制器进行快速及时的模拟控制的控制器执行速率 控制响应能够针对不同的操作工况使用不同的安全裕度 先进的控制方案能够防止回路间相互作用所产生的负面影响 动作迅速，流通能力适宜的防喘振控制阀 去除整个系统内不必要的死区时间和滞后时间,2012 compressor controls corporation,11,控制算法,典型的压缩机性能曲线图包括： (qs, hp), (qs, rc

5、), 或 (qs, pd) 坐标系统,这里,qs = 能够表示为实际或标准体积流率的入口流量 hp = 多变压头 rc = 压缩比 (pd / ps) pd = 压缩机出口压头 ps = 压缩机入口压头 ks = 等熵压缩指数,这些定义的性能曲线图用于一组特定的入口条件: ps, ts, mw 及 ks,2012 compressor controls corporation,12,控制算法,通常情况下，使用由oem 厂家所提供压缩机性能曲线图的坐标系统所存在的问题是这些坐标系统与入口条件有关，如下所示,2012 compressor controls corporation,13,控制算法,

6、那么，喘振极限就会变成一个曲面，而不是一条曲线,为了实现控制目标，对于几何结构不变的压缩机，我们希望喘振线（sll）由单一的曲线来表示,2012 compressor controls corporation,14,控制算法,产生全新的控制算法的过程: 审查实际需要 开发一个数学模型 通过计算机建模对控制算法进行模拟仿真 将此控制算法应用到现场,2012 compressor controls corporation,15,控制算法,表述压缩机操作特征的基本变量,hp = f0(q, w, m, r, a, d, a,j = f1(q, w, m, r, a, d, a,这里: hp= 多变压

7、头 j= 功率 q= 体积流率 w= 转速 m= 粘度 r= 密度 a= 本地音速 d= 特征长度变量 a=入口导叶角度,下述变量用于设计及对压缩机的特征进行表述 通过参数分析（或归纳），我们分离出两组无关的坐标系,这里: hr= 简化的压头 qr= 简化的流量 ne= 线性化的转速 a= 导叶角度 jr= 简化的功率 re= 雷诺数 rc= 压比,2012 compressor controls corporation,16,控制算法,无关坐标系(hr, qr2,相关联的坐标系 (hp, qs,这里: hp= 多变压头 qs= 入口体积流量 hr=简化的压头 qr2= 简化的流量的平方,20

8、12 compressor controls corporation,17,控制算法,相关坐标系 (rc, qs,这里: rc= 压头 qs= 入口体积流量 qr2= 简化的流量的平方,无关坐标系 (rc, qr2,2012 compressor controls corporation,控制算法,无关坐标系,curve 1: mw = 4.62;ps = 6.033 kg/cm2 a curve 2: mw = 5.90;ps = 6.800 kg/cm2 a curve 3: mw = 7.90;ps = 14.900 kg/cm2 a curve 4: mw = 8.20;ps = 6.

9、800 kg/cm2 a curve 5: mw = 9.70;ps = 14.900 kg/cm2 a curve 6: mw = 10.8;ps = 14.900 kg/cm2 a,循环氢压缩机,相关坐标系,2012 compressor controls corporation,这里: zs,d = 压缩机入口，出口压缩因子 zavg = 平均压缩因子= ts = 入口温度 rc = 压缩比= pd = 出口压力 ps = 入口压力 r = - 气体常数 mw = 分子量 ru 通用气体常数,无关坐标系,cp = 等压指数 cv = 等容指数 hp = 多变效率,zs,zd,2,p,d,

10、p,s,多变压头和质量流量的平方公式如下,s,s,1,c,r,s,avg,r t,z,hp,p,p,os,s,d,s,s,r t,z,r,u,mw,s,h,k,k,p,1,c,p,c,v,k = 等熵指数,2012 compressor controls corporation,无关坐标系,每个公式内去掉因子a,根据经验, 我们知道 zavg/zs 比率变化可以忽略不计。假设此比率在压缩机操作范围内为恒定常数,21,建立喘振线,喘振参数可以被定义位如下,喘振线各点即可用涵数f1(hr)对应的值 qr2 计算,hr,喘振线上的各点(如右图)可用至原点的斜率来表示.采用实测方式得到,major c

11、hallenges,2012 compressor controls corporation,22,喘振参数 ss,hr,major challenges,2012 compressor controls corporation,23,引入操作点至喘振控制线之间的距离,第一步: 引入参数 d: d = 1 - ss,d 0,d 0,第二步: 引入参数 dev(偏差值): dev = d - 喘振控制裕量,dev = 0,dev 0,dev 0,参数dev 与压缩机的尺寸无关, 但对所有压缩机描述都是相同的,优点: 在全厂内一个标准的无量纲的喘振参数，操作人员很容易理解: dev 0好 dev

12、= 0在控制线上 dev 0不好,major challenges,2012 compressor controls corporation,24,简化喘振参数采用rc替代hr,用压缩比rc 代替简化多变压头同样可以获得与入口条件无关的坐标系,喘振接近变量 ss 变成,这种算法避免了使用td 和 ts 变送器 重要提示: ccc 仍然强烈建议安装td 和 ts 变送器 以及转速n 用于监视目的,major challenges,2012 compressor controls corporation,25,控制器执行速率,模拟式控制器,sll,scl,100,0,控制器输出,100,0,优秀的

13、工程承包商，会对控制器执行速率对压缩机的防喘振能力的影响进行评估 建立压缩机的动态仿真 在动态仿真层面上对数字式控制器与模拟式控制器进行对比 模拟式控制器无执行周期，响应迅速 精确整定的模拟式控制器，使超调量达到最小 使数字式控制器获得同样的整定参数 使数字式控制器获得同样的扰动,操作点,时间,时间,2012 compressor controls corporation,26,控制器执行速率,模拟式控制器,sll,scl,100,0,控制器输出,100,0,操作点,sll,scl,100,0,控制器输出,100,0,操作点,数字式控制器 (每秒两个执行周期,时间,时间,时间,时间,与模拟式控

14、制器的整定相同,模拟式控制器 vs 每秒两个执行周期的数字式控制器,2012 compressor controls corporation,27,执行周期,模拟式控制器,sll,scl,100,0,控制器输出,100,0,操作点,sll,scl,100,0,控制器输出,100,0,操作点,ccc 防喘振控制器 (每秒25个执行周期,时间,时间,时间,时间,与模拟式控制器的整定相同,模拟式控制器 vs 每秒25个执行周期的数字式控制器,2012 compressor controls corporation,28,当操作点越过喘振控制线scl时, pi 控制将打开回流阀 对于较小的扰动，pi

15、控制将能够提供足够的保护 pi 控制在稳态回流操作工况下，将能够提供稳定的控制 缓慢的扰动实例,a,rc,b,sll = 喘振线,scl = 喘振控制线,控制响应保护 #1: 喘振控制线 (scl,控制响应,2012 compressor controls corporation,29,增强 pi 控制器控制的有效性,a,rc,b,当操作点快速向scl移动时, 自适应的增益将scl向操作点方向移动 此项功能将使 pi 控制器尽早做出响应 其结果是可以获得一个较小的稳态喘振控制裕度，而不会牺牲过程的稳定性 快速扰动实例,控制响应,控制响应保护#2 自适应增益,2012 compressor co

16、ntrols corporation,30,控制响应,rc,sll = 喘振线,rtl =阶梯响应线 （recycle trip,scl = 喘振控制线,回流阀的输出,time,阶梯响应（recycle trip,pi 控制响应,控制器总的响应是 pi 控制与阶梯响应之和,总的响应,保护 #2: 阶梯响应 （recycle trip,2012 compressor controls corporation,31,防喘振控制器操作,scl = 喘振控制线,如果操作点越过了安全线（safety on ），则压缩机进入喘振状态,rc,sll = 喘振线,rtl线=阶梯响应线(rtl,安全响应（saf

17、ety on ）将 scl 和 rtl 右移,增加额外的安全或喘振裕度,pi 控制和阶梯响应（recycle trip ）将使压缩机稳定在一个新的喘振控制线 scl 上,sol = 安全线（safety on,保护 #3: 安全响应线 (sol,2012 compressor controls corporation,32,控制响应,在一个典型的喘振周期内 压力和流量的变化,100,100,0,0,pd,dpo,20 to 50 milli-seconds,1 to 2 seconds,在现场调试过程中记录喘振特征,确定喘振过程中流量和压力的变化率,组态的喘振临界值比喘振时实际变化率略为保守,

18、当实际的变化率超过组态的临界值时即确定为喘振发生 可以使用下面的方法进行喘振探测: 流量和压力快速下降 流量或压力快速下降 流量快速下降 压力快速下降 当探测到喘振时将触发安全响应 当喘振次数达到一个组态的数值时将触发一个数字量输出,2012 compressor controls corporation,33,2012 compressor controls corporation,34,2012 compressor controls corporation,35,通过变转速进行性能控制,pd,轴功率,2012 compressor controls corporation,36,非集成化

19、的性能和防喘振回路,a,dpo,pic-sp,rc,ps,sll,scl,b,我们现在操作在a点,出现一个较大的扰动,操作点在性能曲线上变化到b点,性能控制器将通过降低转速, 然后降低流量来降低操作点- 操作点运行轨迹的切线如图所示,这就意味着操作点必须使用 一个很大的控制偏置来避免 喘振,然后使压缩机稳定下来,2012 compressor controls corporation,37,集成化/防喘振和性能控制的解耦,dpo,pic-sp,rc,ps,sll,scl,我们现在操作在a点,出现一个较大的扰动,操作点在性能曲线上变化到b点,此时我们对性能控制器的输出进行解耦,防喘振控制器告诉性

20、能控制器 提高压缩机转速,性能控制器的输出正在提 高转速和流量,操作点运行 轨迹的切线如图所示,这种响应在扰动出现时会使 控制效果非常平稳,如图所示,其结果是防喘振控制器的作用只 需要一个非常小的安全裕度,就能 达到高效节能的效果,2012 compressor controls corporation,38,实例 富气压缩机分子量变化的问题,sg,2012 compressor controls corporation,39,回路间相互影响多防喘振回路,rc,2,r,rc,1,扰动,2012 compressor controls corporation,40,2.可用性与可靠性,系统考量：

21、可用性与可靠性,2012 compressor controls corporation,41,硬件和现场设备,现场设备导致的故障要远远高于控制器 对于故障率计算，控制器方面的考虑和现场设备方面的考虑相比，是微不足道的,传感器 42,控制器 8,2012 compressor controls corporation,42,使用故障策略（fallback）提高压缩机系统的可靠性和可用性,超过95%的故障由现场设备而不是控制器造成的 ccc 控制系统使用故障策略（fallback）来处理这些现场故障 控制器连续地监视每个输入的有效性 如果监测到一个输入故障，控制器将会忽略此输入，并自动切换到故障

22、策略（fallback）模式 优点 避免不必要的停车 报警提示操作员严重的故障 提高压缩机和过程的可用性,系统考量：可用性与可靠性,2012 compressor controls corporation,43,基本的控制系统是否应与安全系统分离,基本的问题是: 一致的标准是什么? 政府规范是如何规定的? 可靠性与可用性方面的技术问题有哪些? 哪些是与利润率有关的问题,2012 compressor controls corporation,44,国际上一致的标准,iec 61511-1 11.2.2 “在任何实用的情况下,与安全有关的功能应于非相关安全的功能分开” iec 61511-2 1

23、1.2.4 (长达三页的描述说明) “一个安全仪表系统(sis)正常情况下应与基本控制系统(bpcs)分离,2012 compressor controls corporation,45,美国一致的标准,isa 84.01 b.1.1 “bpcs与 sis 功能的分离减少了控制与安全功能同时失效的可能性.或影响到sis功能的降低.因此通常将bpcs 与sis功能分离是必须的 exxonmobil 艾克森美孚公司政策是将sis与bpcs功能分离,2012 compressor controls corporation,46,美国标准更明确的改进方向,isa 84 委员会已经决定向采用 iec 6

24、1511的方向改进, 这是由于iec61511对控制与安全系统分离的文字上有更明确的文字说明. 在 2002年5月isa年会上, 委员会成员确认将完全放弃isa 84.01 而采用 iec 61511 的决定被批准,2012 compressor controls corporation,47,紧急停车的风险,决大多数事故在启动,停车,或维护阶段发生. 系统的紧急停车也会带来风险. 一个与安全系统分离的 bpcs 将降低风险并保证过程仍在可控制之下,而不是简单地将系统进入紧急停车状态,2012 compressor controls corporation,48,全寿命的成本,安全与控制组合系

25、统的投资成本较低只是在项目采购的初期阶段: 减少了培训 减少备件 而涡轮机组全寿命的成本主要是能耗- 通常超过90%. 没有一个能提高运行效率的专用的bpcs,额外所消耗的能耗将大大超过采购初期所节省的费用,2012 compressor controls corporation,49,可用性的因果,一个以sis为基础的系统自然倾向于安全性,因此,将增加系统非必要的停车和误停车的机会和次数. 一个bpcs自然倾向于可用性,而增加过程在线运行时间. 在一个组合系统中,控制功能必须接受sis对于安全的倾向性. 其结果是:较多的停车和较低的利润. 当sis与bpcs同在一系统时, 常使sis超出它的

26、处理能力, 而使sis不能及时处理紧急事故; 最终使sis不能达到它原本的作用. 一个分离式的系统可以将安全与控制功能优化提高安全性和可用性.其结果是: 较少的停车 较多的利润 系统更安全可靠,2012 compressor controls corporation,50,谢谢！ 中场休息,2012 compressor controls corporation,51,3.并联压缩机组负荷分配优化控制用于主、备风机及空压站,2012 compressor controls corporation,压缩机网络,压缩机经常以并联模式操作，有时以串联模式运行 压缩机网络的目的包括： 压缩机备用 压缩

27、机使用灵活 增加压缩机能力 通常每台压缩机都是控制的，但是却忽略了压缩机网络控制。 压缩机制造厂家通常会把注意力放在单台的压缩机上。 在此应用中网络优化对于获得最优的喘振保护和网络性能优化至关重要,2012 compressor controls corporation,压缩机网络,并联压缩机控制目标: 精确控制主性能变量 (压力或流量) 在压缩机网络内优化负荷分配，同时： 避免喘振 降低能耗 降低每台压缩机启停机带来的扰动，实现自动并机、停机,2012 compressor controls corporation,工艺,pic,1,1,uic,vsds,压缩机 1,2,uic,vsds,压

28、缩机 2,hic,1,入口 总管,调整的 压缩机,不调整的压缩机,提示 所有控制器 独立运行 没有标注变送器,最基本的压缩机负荷分配 控制过程流程图,2012 compressor controls corporation,rc,1,rc,2,压缩机 1,压缩机 2,调整的压缩机,不调整的压缩机,这里: qp = 工艺流量 qc= 全部压缩机流量 qc - qp = 回流流量,qp,1 + qp,2 = qp,1 + qp,2,提示: 最基本的压缩机负荷分配效率很低 最基本的压缩机负荷分配增加了压缩机喘振的风险，因为1#压缩机承担了全部扰动的风险。 最基本的压缩机负荷分配需要操作人员频繁操作。

29、 不建议使用最基本的压缩机负荷分配,最基本的压缩机负荷分配,2012 compressor controls corporation,工艺,pic,1,1,uic,压缩机 1,压缩机 2,入口 总管,提示 性能控制器与防喘振控制器独立运行 由于有额外的流量测量元件(fmd)所以需要较高的投资 由于通过fmd会造成永久的压损，所以能耗较高,1,fic,2,fic,2,uic,out,out,rsp,rsp,rsp,out,rsp,等流量负荷分配 工艺控制流程图,2012 compressor controls corporation,rc,1,rc,2,qp,1 = qp,2,等流量负荷分配 并

30、联压缩机控制,压缩机 1,压缩机 2,这里: qp = 工艺流量 qc= 全部压缩机流量 qc - qp = 回流流量,2012 compressor controls corporation,提示 所有控制器响应通过串行网络相互协调 在所有操作工况下使回流达到最小,等距负荷分配工艺控制流程图,2012 compressor controls corporation,dev = 0,scl = 喘振控制线,rc,1,rc,2,压缩机 1,压缩机 2,提示: 在没有回流或放空的前提下，提高负荷调整范围，达到节能目的。 由于所有压缩机均衡地吸收工艺扰动，极大地降低喘振风险 自动适应不同容量的压缩机

31、 ccc 专利算法,等距负荷分配 并联压缩机控制,2012 compressor controls corporation,工艺,1a,uic,vsds,1段,vsds,1段,a,lsic,out,rsp,串行 网络,rsp,b,lsic,1,mpic,串行 网络,串行 网络,2段,2段,2a,uic,1b,uic,1b,uic,串行 网络,串行 网络,out,机组b,机组 a,如何对多段并联压缩机网络实现喘振控制线等距控制 ,对负荷分配系统内每台机组选择最靠近喘振控制线的那一段,通过选择最靠近喘振控制线的那一段，保证同一机组其它段也没有回流,等距负荷分配 用于多段并联压缩机,分配负荷 所有机

32、组dev相等 在最靠近喘振控制线的压缩机段,2012 compressor controls corporation,61,4.ccc的工程实践,2012 compressor controls corporation,62,ccc的涡轮机械控制系列,提供最优性能的专用硬件 实现专用的算法,包含许多专利算法 根据您的具体应用需要提供相应的冗余水平 当前的硬件平台 3+系列 5系列 guardian超速保护系统,2012 compressor controls corporation,63,专用的硬件及软件,确定性的专用功能的硬件 最高标准的系统集成能力 确保最优的回路执行速率 适用于所有涡轮机

33、械的已证实的,高性能的模块 针对涡轮机械专用的软件 专用的(有专利的) ccc专业知识 标准化并现场证实的应用知识 可组态的,而不需编程的 可互相协作完成的设计/不依赖某单一个人的设计 固化的专用控制回路程序,只能对其进行组态 提高了系统标准化程度 例如, 控制器的扫描周期是固定的，不受组态引响 控制器采样8次,然后计算每一个输出值,这种防止失真的技术过滤了高频干扰,而不失去有用的信号. 例如: 防喘振控制器每2.5毫秒对所有的输入进行一次采样,每20毫秒对输出进行一次更新,2012 compressor controls corporation,65,具针对性的系统工程能力,系统工程师对您的

34、工艺过程应用有丰富的经验 ccc有优秀的工程师审查您的相关工艺过程和应用并提出改进建议 专业化地从事涡轮机械控制及相关的系统设计 强调完善的整体系统应用,包括机械,测量和最终控制元件,而不仅仅关心控制器和控制算法 使用从上千个项目中提炼出来的方法和工具 对每个用户的项目设计出具体项目的文档: 详细的文档资料使安装,调试,以及系统故障查询非常容易,2012 compressor controls corporation,66,ccc如何开展工作,确定问题 由于压缩机问题导致装置停车的次数? 压缩机停车的次数? 是否打开了回流阀或放空阀? 工艺过程是否经常出现扰动,安全阀是否经常启跳? 开车/停车

35、是否有困难? 是否有设备损坏? 是否浪费能量? 可能的解决方案 管线的重新布置 更换传感器,电缆,接地 更换阀门,执行机构,转换器 实现压缩机/汽轮机控制 确定实际的喘振线 调整安全给定点的设定 ccc 能够提供 测算投资回报 整体的解决方案 有保证的运行效果,2012 compressor controls corporation,67,系统设计及要求,流量测量元件 (fmd) 选择标准 流量测量元件安装位置 流量变送器的响应时间 确定防喘振控制阀的大小 防喘振阀的全行程时间和特性 管线布置 多段防喘振使用一个回流阀 共用冷却器 在压缩机入口安装冷却器 减少冷却器的影响,2012 compr

36、essor controls corporation,68,系统设计的要求:流量测量元件 (fmd) 选择标准,在防喘振控制系统中, fmd 的主要选择标准是: 测量的可重复性 足够的信号-噪音比率 fmd测量的准确性并不是关键问题 必须尽量减少fmd的测量滞后 当前的现状限制了选择流量计或基于流速测量法则的测 量元件作为防喘振控制器使用的fmd,防喘振控制器使用 的fmd有: 孔板 文丘里 皮托管 等等. 建议fmd和变送器的流量量程是最大压缩机流量.建议与压缩机最大流量对应的差压值应是10” 水柱 (250 mmh2o) 或者更大,2012 compressor controls corp

37、oration,69,系统设计的要求:过滤差压 (流量) 变送器的效果,我们知道,流量测量对于决定压缩机运行点与喘振控制线(scl)的距离是必要的 过滤差压(流量)变送器将破坏重要的信息,50,0,50,0,1.25,2.50,3.75,5,时间 (秒,流量,过滤差压(流量)变送器信号将使整个防喘振控制系统失灵,2012 compressor controls corporation,70,fmd的理想安装位置: 压缩机入口 尽可能靠近压缩机入口法兰,fmd不太理想的安装位置: 压缩机出口 应尽可能靠近出口法兰,选择fmd的安装位置应基于: 喘振检测的需要 出口流量的测量经常是非常困难的 购买

38、流量测量元件的资金费用 fmd的操作费用 (永久的压降,系统设计的要求: 流量测量元件安装位置,2012 compressor controls corporation,71,系统设计的要求:流量变送器的响应时间,压缩机进入喘振的速度是非常快的,在仅仅 400 ms内, dpo 下降14%, 而dpc下降了2,选择变送器的品牌和类型应基于以下两个主要因素: 可靠性 响应速度,差压(流量)变送器的上升响应时间应是200 ms 或更低 压力阶跃是100% 一阶响应(63%) 要小于200 ms,实际压力,变送器 输出,63% 响应 1- (1/e,t1 低于 200 ms,压力变送器的上升响应时间

39、应为 500 ms 或更低,2012 compressor controls corporation,72,系统设计的要求:确定防喘振控制阀的大小,确定防喘振控制阀的大小的标准是基于ccc的经验 对可能出现的最大的波动也能提供足够的防喘振保护 在所有的操作区域内都能提供足够的防喘振保护 确定防喘振控制阀的大小时应保证其所提供的最大流量大于稳定操作在防喘振线上所需要的流量 确定防喘振控制阀的大小时应防止压缩机进入阻塞区 从可控性的角度,防喘振控制阀不宜选择过大,找出最大转速下的性能曲线与喘振线(sll)的交点 a 计算a点的流通能力cv,calc 使用下列方法选择标准的防喘振控制阀的尺寸: 1.

40、8 . cv, calc cv,selected 2.2 . cv, calc,rc,qvol,a,2012 compressor controls corporation,73,系统设计的要求:防喘振阀的全行程时间和特性,防喘振控制阀的全行程速度 防喘振控制阀必须具有能够针对所有的工艺波动进行充分的防喘振保护的响应速度 建议的全行程时间: 全关到全开时间 2 秒 全开到全关时间 2秒 全关时间的长短应与全开时间基本一致,以保证防喘振控制回路在开关防喘振控制阀时使用相同的增益,2012 compressor controls corporation,74,系统设计的要求:防喘振阀的全行程时间和

41、特性,防喘振控制阀的全行程速度 防喘振控制阀必须具有能够针对所有的工艺波动进行充分的防喘振保护的响应速度 全关时间的长短应与全开时间基本一致,以保证防喘振控制回路在开关防喘振控制阀时使用相同的增益,2012 compressor controls corporation,75,系统设计的要求: 管线布置,管线布置会影响整个防喘振控制系统的控制品质 防喘振控制系统的主要目标是防止压缩机出现喘振 这是通过降低压缩机所受到的阻力来实现的 压缩机所受到的阻力是通过打开防喘振控制阀来降低的 应该尽量减少系统内的死区和滞后时间 这是通过尽量缩短三个法兰之间的管线容量来实现的 压缩机出口法兰 回流阀法兰 出

42、口单向阀法兰,2012 compressor controls corporation,76,系统设计的要求: 多段防喘振使用一个回流阀,一段,二段,为了保护压缩机的一段,需要打开防喘振控制阀 压缩机一段出口,单向阀和防喘振控制阀之间巨大的管线容量决定了防喘振控制系统的死区和滞后时间,巨大的 管线容量,巨大的管线容量显著降低了防喘振保护的效果 结果是 较差的喘振保护品质 较大的喘振裕度 浪费能量 由于喘振经常导致工艺停车,说明 这种特殊的管线布置经常在许多催化裂化装置的富气压缩机上见到,2012 compressor controls corporation,共用一个防喘振控制阀增加了回流的滞

43、后时间,77,系统设计的要求: 共用冷却器,一段,二段,二段的管线布置对于喘振保护是非常好的 在三个法兰之间有最小的管线容量,一段的管线布置是不理想的 管线内的较大流量通过冷却器降压,从而降低了控制系统防止压缩机喘振的能力,结果是 较差的防喘振保护品质 较大的喘振裕度 浪费能量 由于喘振经常导致工艺停车,2012 compressor controls corporation,78,系统设计的要求: 在压缩机入口安装冷却器,压缩机 1,压缩机1的管线布置对于喘振保护是理想的 在三个法兰之间的管线容量最小,压缩机 2,压缩机2的管线布置在工业上是经常可以见到的 冷却器额外增加了管线容量,从而降低

44、了防喘振控制系统的效果,如果增加的管线容量没有在系统内产生过度的死区和滞后时间,那么压缩机2的管线布置是可以接受的,结果是 增加了喘振裕度 浪费能量,2012 compressor controls corporation,79,系统设计的要求: 减少冷却器的效果,这两种管线布置对于防喘振控制是很常见的,工艺过程,入口,入口,工艺过程,管线布置 #1: 压缩机的回流线对于防喘振控制是最优组合,管线布置 #2:回流线起点的上游有冷却器的压缩机,当选择管线布置#2时,要确保气体在 “喘振”管线容量内的停留时间不要超过防喘振系统可以接受的滞后时间,2012 compressor controls c

45、orporation,80,喘振试验,oem提供的预测的喘振线一般与真实的喘振线不一致. 为了实现对压缩机喘振的精确控制,喘振试验是必须的. 一般压缩机的喘振周期为0.3-3秒. 喘振试验一般在自动状态下进行. 当控制器探测到轻微或初始喘振,快速的接替(rt)响应迅速将压缩机脱离喘振状态.一般压缩机会出现半个周期的初始喘振. 喘振试验不会对压缩机造成破坏,2012 compressor controls corporation,81,喘振试验(续,每台压缩机喘振试验次数一般在3次以上,测试点应当尽可能覆盖预测喘振线上所有可能的操作区域.喘振试验次数越多,描绘的真实的喘振线越准确. 实测出压缩机

46、真实的喘振线后,喘振控制的安全裕度最小可以达到10,2012 compressor controls corporation,82,喘振实验探测到的压缩机轻微初始喘振,2012 compressor controls corporation,83,测试轴流式风机喘振线时压缩机出现半个喘振,2012 compressor controls corporation,84,实测喘振线与预测喘振线比较(1,2012 compressor controls corporation,85,实测喘振线与预测喘振线比较(2,2012 compressor controls corporation,86,实测喘

47、振线与预测喘振线比较(3,2012 compressor controls corporation,87,5.ccc 最新 压缩机性能咨询 (cpa,最新功能介绍,2012 compressor controls corporation,2009年开发的最新功能: cpa是trainview ii的功能选项。 trainview ii 专用 hmi 软件 高速动态压缩机性能曲线 关键事件归档 远程诊断工具 opc兼容的数据库 带有网络服务功能,压缩机性能咨询 (cpa,2012 compressor controls corporation,89,cpa 特征,基于oem或性能测试数据的实时压

48、缩机模型 ccc现场服务工程师测试您的压缩机性能曲线以产生具体的压缩机模型 trainview 显示压缩机动态性能曲线 cpa 计算、监视、记录下列压缩机性能参数 压缩比rc 功率 效率 多变压头 cpa 跟踪压缩机性能参数的偏差 基于cpa 设定的偏差趋势确定当前存在问题，并预测将来可能出现的问题。 用户设定性能偏差报警值,2012 compressor controls corporation,90,压缩机性能曲线监视,2012 compressor controls corporation,91,6.ccc公司5系列控制系统,2012 compressor controls corpor

49、ation,92,5系列家族产品,5系列家族产品包括: vanguardtm 架装控制系统 relianttm 多变量,多种控制功能控制器 vantagetm gp 机械驱动用电子调速器用于通用型工业汽轮机 vantagetm gd 汽轮发电机用电子调速器,用于各类小型汽轮发电机及单抽汽式热电联供机组 guardiantm 电子超速保护系统,2012 compressor controls corporation,93,开放式结构,硬件 摩托罗拉 power pc 主处理器 compact pci (cpci) 机架 以太网通讯 profibus远程i/o,软件 kw 1131-3 softw

50、are ose rtos 实时操作系统 windows nt pc 工具软件,在保证性能的前提下采用开放式和市场上现有的 主流硬件和软件,2012 compressor controls corporation,94,5系列采用开放式标准,开放式硬件标准 cpci 总线结构机架 power pc cpus profibus 远程(总线)i/o 开放式软件标准 iec-61131 编程环境 开放式通讯标准 10 base-t/100base-tx 以太网标准 (tcp/ip and opc) rs-485 串行通讯(16位 modbus rtu) 以上这些开放式标准的应用是由于 在工控领域里被广

51、泛接受 用户友好/熟悉 容易与其他实现连接 多方技术支持,2012 compressor controls corporation,95,series 5,vanguardtm 控制系统 灵活的硬件组成 单系列和冗余/容错系统构成 模块支持热插拔 cpci 总线机架 可扩展式i/o 就地i/o采用现场接线单元(fta)连接方式 远程i/o 以太网及串行通讯 用于连续控制及逻辑控制,2012 compressor controls corporation,96,系统主处理器模块,1ghz, 32-位主处理器 3 个以太网口 4 个串行通讯口 2 个用于控制系统内部通讯 2 个可组态 闪存式程序存

52、储器 kw procon iec 6-1131 实时引擎 ose 实时操作系统,强大的cpu用于关键实时控制应用, 功能定义型程序, 关键控制回路可实现5毫秒的任务时间,mcp-1002/mcp-1004主处理器模块, 具备以下功能,2012 compressor controls corporation,97,vanguard 控制系统侧视图,2012 compressor controls corporation,98,高性能 i/o 模块,具有足够的i/o能力, ai/ao/di/do 和速度输入 处理大型涡轮机组的控制功能,高速的专用i/o卡件包括自诊断功能用于关键控制功能,由ccc设

53、计的 高性能 i/o 卡件,2012 compressor controls corporation,99,系统结构,2012 compressor controls corporation,100,双冗余机架,电源模块,冗余 iocs,冗余 mpus,2012 compressor controls corporation,101,冗余系统的工作原理,输入信号由i/o卡件读入并通讯到两个主卡. 输出信号仅从每个主卡到其各自的i/o卡 a或b运行 a 健康: a 处于控制 a的 i/o卡件输入故障: a处于控制 任何其他的故障, 切换到b控制 从b切换回a必须由工程师手动切回,2012 com

54、pressor controls corporation,102,7. 用于fcc/rfcc装置的 机组优化节能系统,简介,fcc/rfcc工艺概况,再生器-反应器控制,fcc/rfcc机组控制系统要求,主风机组控制,烟机控制,气压机组控制,2012 compressor controls corporation,103,ccc烟机控制系统参考,chevron / richmond 炼油厂 / u.s.a.: 1995年12月开始运行. pck schwedt / schwedt / 德国: 1996年开始运行. leuna 2000 炼油厂 / 德国: 1997年开始运行. 台塑 / mai

55、 lao complex / 台湾: 2001年开始运行. reliance / jamnagar complex / 印度: 在一套特大型的催化裂化上的并联烟机的控制.2001年 中石化燕山炼油厂,200万吨/年重油催化烟机发电机组.2005年,2012 compressor controls corporation,104,简介,烟机在 fcc/rfcc工艺中的应用所带来的问题和挑战,hot gas expander,motor/generator,2012 compressor controls corporation,105,fccu 工艺概况,2012 compressor cont

56、rols corporation,106,问题和挑战,许多烟机不能在其设计能力下运行的主要原因是: 机械和操作问题 控制方面的问题 fcc /rfcc 工艺的启动是非常复杂和变化较多的 手动启动可能会带来损失和延误 fcc /rfcc 工艺运行中会有不同种类的工艺扰动 fcc/rfcc 工艺运行中有几个相互之间能够产生高度扰动的控制变量,2012 compressor controls corporation,107,解决方法,要使 fcc/rfcc装置安全,高效和长期运行,需要采用有一个集成的多变量限量控制系统 一组先进控制算法可使能量得以最大回收而不牺牲fcc/rfcc装置的操作安全. 一

57、个fcc/rfcc机组集成控制系统的要求是什么,2012 compressor controls corporation,108,fcc/rfcc机组工艺控制系统的要求,用于反应器-再生器的集成控制 各种模式下工艺过程的自动启动. 对进入再生器的主风总量控制 对两器(反应器-再生器)差压(dp)控制. 在各种工艺扰动下保持工艺过程继续运行. 保护所有设备不受损坏. 在各种故障模式下保证安全 在保证安全的前提下将停车过程自动化,2012 compressor controls corporation,109,工艺过程启动,工艺过程的自动启动 当复位按钮按下后,各个阀门将自动设置在启动之前的正确位

58、置上. 通过调整汽轮机实现对主风机组的速度控制 根据工艺需求自动增加/调整主风机的负荷. 在工艺过程启动(烘干)时,对再生器压力进行控制. 热启动/冷启动顺序控制烟机转速 将烟机驱动的发电机并入电网,2012 compressor controls corporation,110,两器差压deltap (dp) 控制,烟机控制 正常操作时两器的差压控制 使用旁路阀及入口阀控制 实现模式转换时的无扰动切换: 从再生器压力控制至差压(dp) 控制 从调速控制至差压(dp)控制 在入口阀控制和旁路阀控制之间的模式切换 允许手动操作模式 最大量地回收能量,2012 compressor control

59、s corporation,111,主风机控制,air blower,direct fired air heater,主风机向再生器供风 流量控制器(fic)通过调整转速(或静叶角度)控制质量流量. 防喘振控制器(uic)提供主风机的防喘振控制. fic 和uic 通过解耦作用防止低负荷时的振荡,turbine,2012 compressor controls corporation,112,fcc / rfcc 工艺过程扰动,电气方面的问题 发电机离网(generator breaker trip) 工艺扰动问题 气压机跳车/放火炬. 催化剂带入烟机 与机械相关的有关问题 由于机械原因造成的

60、烟机紧急停车,2012 compressor controls corporation,113,fcc/rfcc 设备保护,在各种操作状况下防止主风机喘振 再生器压力限制/超驰控制 防止烟机输出功率过大 烟机冷却蒸汽流量需求 发电机功率限制 防止发电机相位反向. 在发电机甩负荷时防止机组超速,2012 compressor controls corporation,114,故障模式,入口阀故障 因故障不能关闭 仪表故障 退守控制策略,2012 compressor controls corporation,115,发电机限制控制,在发电状态下的功率限制控制 关小烟机入口阀以减少烟机的输出功率