TS-3000系统在轴流压缩机喘振控制中的应用

1、经验交流 2006年第2期广东自动化与信息工程 29TS-3000系统在轴流压缩机喘振控制中的应用杨小锋(中国石化股份有限公司广州分公司信息仪控一车间摘要分析轴流压缩机喘振产生的原因及危害以广州石化为例介绍TRICONEX 公司TS-3000系统的轴流压缩机防喘振控制技术关键词轴流压缩机喘振TS-3000三重化1引言在炼油加工的生产过程中催化裂化装置是石油加工的重要装置具有较高的经济效益而为装置提供压缩空气的机组如同人心脏必须连续高速运转为确保机组的安全运行机组必须配置测量控制联锁等系统对机组进行实时的监测保护压缩机防喘振系统是机组控制保护极为重要的环节2轴流压缩机的喘振2. 1喘振的定义在生

2、产中, 轴流压缩机总是与管网一起联合工作图1为压缩机和管网联合工作性能曲线图中曲线I 是管网的压力线曲线ABC 为压缩机的特性线P 为管网压力Q 压缩机入口流量正常工作时机网在两曲线交点B 工作若管网阻力增加则管网曲线左移管网压力线从位置I 移到II 机网系统工作点向上移动压缩机工况向小流量偏移当流量减小到正常工作允许最小值时压缩机工作点移到C 点此时压缩机通道受阻堵塞使气流产生强烈脉动压缩机出口压力突然下降而管网中气体压力并不同时下降这时管网中压力大于压缩机出口压力气体倒流到压缩机压缩机工作点从C 经H 跳到D 点由于管网一方面向外排气一方面向压缩机倒流因而压力从C 降到G 点压缩机压力也从

3、D 降到E 点此时压力达到新平衡压缩机又建立起正常输气条件其工作点由E 跳到F 点由F 点突跃到原曲线ABC 此时压缩机的流量大于管网排出量于是压缩机背压上升机网的工作点又向C 点靠近到达C 点后倒流再次出现如此周而复始产生周期性气流脉动此现象被称为喘振由于喘振过程中气体在压缩机及管网之间产生周期性气流脉动使机体轴承振动幅度加大给机组带来很大危害可能引起引起静动部件损坏组叶片断裂叶片与内缸损坏等喘振给安全生产带来很大威胁因此我们必须制定相应的方案加以防止目前防喘振控制系统主要方法是在压缩机出口设置旁路放空阀通过设定防喘振线对放空阀实施监控通过控制防喘振放空阀开度改变压缩机入口低流量状态防止喘振

4、发生 由美国TRICONEX 公司生产的TS-3000是专业的压缩机控制保护系统它对于机组防喘振控制具备针对性强等特点Q图1压缩机和管网联合工作性能曲线 303 TRICONEX 公司TS-3000系统防喘振控制技术3. 1 TS-3000系统简单介绍TS-3000系统是TRICONEX 公司研制的一套从主处理器到输入输出模件完全三重化的容错控制系统工作原理如图2所示每个I/O 模件内有3 个独立的分电路输入模件的每个分电路读入数据并送至各主处理器3 个主处理器利用其专有的高速三重化总线(TRIBus进行通信同时三重化总线输入数据进行表决对输出数据进行比较表决该系统集机组的透平调速控制防喘振控

5、制性能控制负荷分配控制抽气控制自保联锁逻辑控制烟机控制发电机控制等功能为一体具有集成度和可靠性高维护性强等特点消除了分立系统的缺点为机组的长周期安全稳定运行提供了一定保障特别是机组的透平调速控制防喘振控制更有针对性和有效性3.2 TS3000防喘振控制技术主要特点及功能TS3000系统防喘振基本功能由13个功能模块构成具体情况如下y 模块1选用算法有Pd/Ps-h/Ps及Dp-h 供选择其中Pd 为压缩机出口压力h 为压缩机入口流量Ps 为压缩机入口压力Dp 为压缩机出入口压差 y 模块2实现工作点位置检测即工作点离喘振控制线远近情况y 模块3实现喘振安全域重新校验功能即当喘振发生后该模块会自

6、动调整安全域保证机组安全 y 模块4生成喘振控制线y 模块5计算喘振控制器设定值喘振控制器根据工况选定设定值y 模块6为喘振控制器是一个快速PID 控制器y 模块7为比例功能模块当喘振发生时该模块强制打开回流阀保护机组y 模块8为机组启动判断功能其确保启动时放空阀全开确保机组安全y 模块9为防喘振控制输出高选模块对PID 控制器比例项输出及机组启动控制输出三者之间进行高选y 模块10计算喘振-速度耦合模块若喘振发生; 模块使速度控制器设定值增加机组转速升高但若转速升高引起机组出口压力升高模块进行解耦 y 模块11实现设定硬软手动及全自动控制 y 模块12为阀门预置功能, 可提高阀门响应速度 y

7、 模块13为阀门线性化, 可提高放空阀响应特性 另外系统可输出开关量信号迅速打开放空阀 注以上功能可选择, 不需要的功能不参与组态4 TS3000喘振控制在广石化重催机组应用广石化重催装置原来轴流压缩机由于运行时间长效率下降能耗上升且原控制系统采用常规PID 控制可靠性较差改造前已出现仪表老化而引起的喘振系统误动作同时调节系统针对性不强系统调节裕度较大造成浪费能源于是在2002年3月份对重催机组及仪表系统进行改造根据安全生产需要仪表控制系统采用一个手动和一个自动防喘振控制回路控制保护系统采用TS-3000喘振控制保护系统图3 为防喘振控制流程图其中PDT-121为压缩机喉部差压反映入口流量PT

8、-120 为压缩机出口压力UIC-121为防喘振调节控制器图2 TRICON控制器结构图3 轴流压缩机防喘振控制流程图杨小锋TS-3000系统在轴流压缩机喘振控制中的应用 2006年第2期广东自动化与信息工程 31HIC-121手操器HV-121UV-121A 为喘振控制阀 4. 1 轴流压缩机喘振线测试为真正得到压缩机喘振线通过现场实测轴流压缩机的运行数据测出不同静叶角度下喘振临界点的数据出口压力值和喉部差压值如表1所示表1喘振临界点的数据序号 静叶角度 度 喉部差压 P Pa 出口压力 P(kPa将这些实测数据按与流量有关的喉部差压为横坐标出口压力为纵坐标输入到系统中系统会自动连接起来生成

9、该轴流压缩机的实测喘振线1喘振控制线就可以根据需要设定安全裕度得出压缩机防喘振调节控制线2如图4所示根据生产需要压缩机防喘振控制器采用两个控制回路(1 HIC-121回路采用远传纯手动控制该回路所控制的执行器流通能力较小并且只有手动控制方式调节精度较低用于粗调(2 UIC-121回路回路采用TS-3000防喘振控制器由于机组实际喘振控制线为非线性故系统选用模块1的 Pd/Ps-h/Ps算法确保算法更可靠5 结语经过一年多的实践系统诸多方面取得较好效果主要体现如下(1 TS-3000喘振控制系统与原来对比具有专业性强针对性好具备事前预防事中调整事后动作迅速的优点确保机组安全运行保证装置的安全生产

10、(2 TS-3000喘振控制系统具有较好的可靠性消除因仪表老化而引起误动作生产连续性得以保证(3 TS-3000具备冗余容错功能可在线维护维修减少因系统故障而出现停车检修事件(4 节能方面取得较大效果原系统改造前由于控制手段较为落后设备陈旧故控制回路在正常运行中部分打开造成部分能量损失使机组发电量减少改造后两个防喘振阀基本处于关闭状态大大节约能源增加机组发电每年可节能2000元以上 参考文献1 王志清. 透平压缩机的调节运行与振动. 北京:机械工业出版社,1996: 751152 王骥程, 祝和云. 化工过程控制工程(第2版. 北京:化工工业出版社, 1991: 2502573 曹润生, 黄祯地, 周泽魁. 过程控制仪表. 杭州:浙江大学出版社, 1987: 352355The Application of TS-3000 System in Surge Control of Axial CompressorYang Xiaofeng(Sinopec Guangzhou CompanyAbstract: By analyzing the reasons of Surge of Axial Compressor and its harmfulness, a controlling technique of preventingSurge of TS-3000