CCC防喘振控制介绍资料【全】

CCC公司技术特点及其在炼油装置的应用CompressorControlsCorporation(CCC)美国压缩机控制公司2021CompressorControlsCorporation1编辑课件交流内容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2021CompressorControlsCorporation2编辑课件

1.CCC公司控制技术特点2021CompressorControlsCorporation3编辑课件Machinery机组Process工艺Controls控制系统CCCTurbomachineryControlsCCC机组控制技术2021CompressorControlsCorporation4编辑课件流量压力最小转速最大转速线功率极限工艺过程极限操作的稳定区增加控制裕度实际的可操作区CCC控制技术-限制控制2021CompressorControlsCorporation5编辑课件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根本因素-先进的算法-解耦控制-高速的硬件极限设定点2021CompressorControlsCorporation6编辑课件喘振现象Qs,volPd压缩机停车点，无压力，无流量ABCD让我们用一个离心式空气压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2021CompressorControlsCorporation7编辑课件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。2021CompressorControlsCorporation编辑课件如何防止喘振增快反响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振试验2021CompressorControlsCorporation9编辑课件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以下局部组成：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平安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2021CompressorControlsCorporation10编辑课件控制算法典型的压缩机性能曲线图包括：(Qs,Hp),(Qs,Rc),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ks2021CompressorControlsCorporation11编辑课件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：

2021CompressorControlsCorporation12编辑课件控制算法那么，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2021CompressorControlsCorporation13编辑课件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2021CompressorControlsCorporation14编辑课件控制算法表述压缩机操作特征的根本变量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〕，我们别离出两组无关的坐标系参数分析或归纳第1组hrqrNeajrRe无关坐标系第2组RcqrNeajrRe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

2021CompressorControlsCorporation15编辑课件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2021CompressorControlsCorporation16编辑课件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)2021CompressorControlsCorporation17编辑课件控制算法无关坐标系Curve1:MW=4.62; Ps=6.033kg/cm2aCurve2:MW=5.90; Ps=6.800kg/cm2aCurve3:MW=7.90; Ps=14.900kg/cm2aCurve4:MW=8.20; Ps=6.800kg/cm2aCurve5:MW=9.70; Ps=14.900kg/cm2aCurve6:MW=10.8; Ps=14.900kg/cm2a循环氢压缩机相关坐标系2021CompressorControlsCorporation编辑课件这里: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ZsZd+2

PdPs多变压头和质量流量的平方公式如下：ss1-=cR×savgRTZHpPPossQs2=D×ssRTZ

RuMWsh=-kkp1

CpCvk

=等熵指数=2021CompressorControlsCorporation编辑课件无关坐标系每个公式内去掉因子A:A=ssRTZQsA=.=q2s,redDPosPs2ssRTZssRTZHpA=Rcs-1s=hp,red.avgsRTZssRTZ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：=q2DPosPss,redh=Rcs-1sp,red编辑课件建立喘振线喘振参数可以被定义位如下:Sfqsrrop=12(h),喘振线各点即可用涵数f1(hr)对应的值qr2

计算hrqr,SLL2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.qr2hrMajorChallenges2021CompressorControlsCorporation21编辑课件喘振参数Ssqr2hrqr,op2由函数f1

我们可以得出输入hr对应的qr2hrqr,SLL2结果为:Ss=qr,op2qr,SLL2OPOP=操作点Ss<1

稳定的操作区域Ss<1Ss=1

喘振线(SLL)Ss=1Ss>1

喘振区域Ss>1MajorChallenges2021CompressorControlsCorporation22编辑课件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-Ssqr2hrSs<1Ss>1Ss=1d

=0d

>0d

<0第二步:

引入参数DEV(偏差值):

DEV=d

-

喘振控制裕量DEV

=0SurgemarginDEV

>0DEV

<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

运行点优点: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=0

在控制线上DEV<0

不好MajorChallenges2021CompressorControlsCorporation23编辑课件简化喘振参数采用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Ss=f1(Rc)qr,op2这里由函数f1我们可以得出输入Rc对应的qr2这种算法防止了使用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。MajorChallenges2021CompressorControlsCorporation24编辑课件控制器执行速率模拟式控制器SLLSCL100%0%控制器输出100%0%优秀的工程承包商，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比照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，使超调量到达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2021CompressorControlsCorporation25编辑课件控制器执行速率模拟式控制器SLLSCL100%0%控制器输出100%0%操作点SLLSCL100%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2021CompressorControlsCorporation26编辑课件执行周期模拟式控制器SLLSCL100%0%控制器输出100%0%操作点SLLSCL100%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2021CompressorControlsCorporation27编辑课件当操作点越过喘振控制线SCL时,PI控制将翻开回流阀对于较小的扰动，PI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ARcBSLL=喘振线SCL=喘振控制线qr2控制响应保护#1:喘振控制线(SCL)控制响应2021CompressorControlsCorporation28编辑课件增强PI控制器控制的有效性ARcB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qr2控制响应控制响应保护#2–自适应增益2021CompressorControlsCorporation29编辑课件控制响应Rcqr2SLL=喘振线RTL=阶梯响应线〔RecycleTrip®〕SCL=喘振控制线回流阀的输出Time阶梯响应〔RecycleTrip®〕PI控制响应控制器总的响应是PI控制与阶梯响应之和PI控制阶梯响应（RecycleTrip®）+到防喘振控制阀总的响应保护#2:阶梯响应〔RecycleTrip®〕2021CompressorControlsCorporation30编辑课件防喘振控制器操作SCL=喘振控制线如果操作点越过了平安线〔SafetyOn®〕，那么压缩机进入喘振状态Rcqr2SLL=喘振线RTL线=阶梯响应线(RTL〕平安响应〔SafetyOn®〕将SCL和RTL右移NewSCLNewRTL增加额外的平安或喘振裕度额外的喘振保护裕度PI控制和阶梯响应〔RecycleTrip®〕将使压缩机稳定在一个新的喘振控制线SCL上SOL=平安线〔SafetyOn®〕保护#3:平安响应线(SOL)2021CompressorControlsCorporation31编辑课件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%PdDPo20to50milli-seconds1TO2SECONDS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平安响应当喘振次数到达一个组态的数值时将触发一个数字量输出2021CompressorControlsCorporation32编辑课件2021CompressorControlsCorporation33编辑课件2021CompressorControlsCorporation34编辑课件通过变转速进行性能控制Pdqr2轴功率qr2NminNOPNmaxPIC-SPARprocessP1PT1PIC1工艺过程SIC12021CompressorControlsCorporation35编辑课件非集成化的性能和防喘振回路ADPoPIC-SPRcPsSLLSCLCB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下图这就意味着操作点必须使用一个很大的控制偏置来防止喘振,然后使压缩机稳定下来2021CompressorControlsCorporation36编辑课件集成化/防喘振和性能控制的解耦DPoPIC-SPRcPsSLLSCLACB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下图这种响应在扰动出现时会使控制效果非常平稳,如下图其结果是防喘振控制器的作用只需要一个非常小的平安裕度,就能到达高效节能的效果2021CompressorControlsCorporation37编辑课件实例–富气压缩机分子量变化的问题1PIC2UIC1UICSG串行网络串行网络一段二段2021CompressorControlsCorporation38编辑课件回路间相互影响多防喘振回路1PIC2UICRc,2qr,22RRc,1qr,12R扰动R1UICVSDS一段二段R2021CompressorControlsCorporation39编辑课件2.可用性与可靠性系统考量：可用性与可靠性2021CompressorControlsCorporation40编辑课件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，是微缺乏道的

传感器42%最终元件50%控制器8%2021CompressorControlsCorporation41编辑课件使用故障策略〔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，并自动切换到故障策略〔Fallback〕模式优点防止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2021CompressorControlsCorporation42编辑课件根本的控制系统是否应与平安系统别离?根本的问题是:一致的标准是什么?政府标准是如何规定的?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?2021CompressorControlsCorporation43编辑课件国际上一致的标准IEC61511-1§11.2.2—“在任何实用的情况下,与平安有关的功能应于非相关平安的功能分开〞IEC61511-2§11.2.4—(长达三页的描述说明)“一个平安仪表系统(SIS)正常情况下应与根本控制系统(BPCS)别离〞2021CompressorControlsCorporation44编辑课件美国一致的标准ISA84.01§B.1.1—“BPCS与SIS功能的别离减少了控制与平安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功能别离是必须的ExxonMobil艾克森美孚公司政策是将SIS与BPCS功能别离2021CompressorControlsCorporation45编辑课件美国标准更明确的改进方向ISA84委员会已经决定向采用IEC61511的方向改进,这是由于IEC61511对控制与平安系统别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ISA84.01而采用IEC61511的决定被批准.2021CompressorControlsCorporation46编辑课件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.一个与平安系统别离的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.2021CompressorControlsCorporation47编辑课件全寿命的本钱平安与控制组合系统的投资本钱较低只是在工程采购的初期阶段:减少了培训减少备件而涡轮机组全寿命的本钱主要是能耗-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.2021CompressorControlsCorporation48编辑课件可用性的因果一个以SIS为根底的系统自然倾向于平安性,因此,将增加系统非必要的停车和误停车的时机和次数.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对于平安的倾向性.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超出它的处理能力,而使SIS不能及时处理紧急事故;最终使SIS不能到达它原本的作用.一个别离式的系统可以将平安与控制功能优化提高平安性和可用性.其结果是:较少的停车较多的利润系统更平安可靠2021CompressorControlsCorporation49编辑课件谢谢！中场休息2021CompressorControlsCorporation50编辑课件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

2021CompressorControlsCorporation51编辑课件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。2021CompressorControlsCorporation编辑课件压缩机网络 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：防止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2021CompressorControlsCorporation编辑课件工艺PIC11UICVSDS压缩机12UICVSDS压缩机2HIC1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根本的压缩机负荷分配

控制过程流程图2021CompressorControlsCorporation编辑课件Rc,1qr,12Rc,2qr,22压缩机1压缩机2PIC-SP调整的压缩机不调整的压缩机QC,2=

QP,2QC,1QP,1这里:QP=工艺流量QC=全部压缩机流量QC-QP=回流流量QP,1QP,1+

QP,2

=

QP,1+

QP,2提示:最根本的压缩机负荷分配效率很低最根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。最根本的压缩机负荷分配需要操作人员频繁操作。不建议使用最根本的压缩机负荷分配最根本的压缩机负荷分配

QP,22021CompressorControlsCorporation编辑课件工艺PIC11UIC压缩机1VSDS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1FIC2FIC2UICoutoutRSPRSPRSPoutRSP等流量负荷分配

工艺控制流程图VSDS2021CompressorControlsCorporation编辑课件Rc,1qr,12Rc,2qr,22PIC-SPQP,1QP,2QC,2EqualflowEqualflowQP,1=

QP,2等流量负荷分配

并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2021CompressorControlsCorporation编辑课件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到达最小工艺1UICVSDS压缩机1VSDS压缩机2入口总管1LSIC2UICoutRSP串行网络outRSP2LSIC1MPIC串行网络串行网络等距负荷分配

工艺控制流程图2021CompressorControlsCorporation编辑课件PIC-SP0.10.20.3DEV=00.10.20.3DEV1DEV2SCL=喘振控制线Rc,1qr,12Rc,2qr,22压缩机1压缩机2Dev1=Dev2Q1=

Q2N1=N2提示:在没有回流或放空的前提下，提高负荷调整范围，到达节能目的。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CCC专利算法等距负荷分配

并联压缩机控制2021CompressorControlsCorporation编辑课件工艺1AUICVSDS1段VSDS1段入口总管ALSICoutRSP串行网络RSPBLSIC1MPIC串行网络串行网络2段2段2AUIC1BUIC1BUIC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–所有机组DEV相等–在最靠近喘振控制线的压缩机段2021CompressorControlsCorporation编辑课件4.CCC的工程实践

2021CompressorControlsCorporation61编辑课件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2021CompressorControlsCorporation62编辑课件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&系统的平安性简化了调试&长期的支持2021CompressorControlsCorporation63编辑课件快速的控制器执行周期基于分析,模拟仿真及经验,选择了每种应用的最优的执行周期防喘振控制器:20毫秒汽轮机速度控制器:20毫秒阀门伺服控制器:1毫秒控制器是确定性的;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2021CompressorControlsCorporation64编辑课件具针对性的系统工程能力系统工程师对您的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工程中提炼出来的方法和工具对每个用户的工程设计出具体工程的文档:详细的文档资料使安装,调试,以及系统故障查询非常容易2021CompressorControlsCorporation65编辑课件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?是否翻开了回流阀或放空阀?工艺过程是否经常出现扰动,平安阀是否经常启跳?开车/停车是否有困难?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平安给定点的设定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2021CompressorControlsCorporation66编辑课件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2021CompressorControlsCorporation67编辑课件系统设计的要求:

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那么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(250mmH2O)或者更大.2021CompressorControlsCorporation68编辑课件系统设计的要求:

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500-5001.252.503.755时间(秒)流量喘振开始实际流量t=16.0st=1.70st=0.20st=0.03s过滤差压(流量)变送器信号将使整个防喘振控制系统失灵!!!2021CompressorControlsCorporation69编辑课件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VSDS压缩机压缩机出口压缩机入口距离尽可能小距离尽可能小选择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置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2021CompressorControlsCorporation70编辑课件系统设计的要求:

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100%0100%0DPc100%Pd01SEC.DPoADADAD在仅仅400ms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200ms或更低压力阶跃是100%一阶响应(63%)要小于200ms时间实际压力变送器输出63%响应1-(1/e)t1

低于200ms压力变送器的上升响应时间应为500ms或更低2021CompressorControlsCorporation71编辑课件系统设计的要求:

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使用以下方法选择标准的防喘振控制阀的尺寸:1.8.Cv,calc<Cv,selected<2.2.Cv,calcRcQvolA2021CompressorControlsCorporation72编辑课件系统设计的要求:

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根本一致,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防喘振控制阀的特性通常选择的防喘振控制阀打开80%-90%就能保持设计的工况防喘振控制阀可以在0%到100%之间任意操作为了保证防喘振控制阀在全行程范围内控制回路的增益相同,防喘振控制阀应该是线性的这样将允许很强的回路作用,从而使用较小的喘振控制裕度2021CompressorControlsCorporation73编辑课件系统设计的要求:

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全关时间的长短应与全开时间根本一致,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防喘振控制阀的特性通常选择的防喘振控制阀打开80%-90%就能保持设计的工况防喘振控制阀可以在0%到100%之间任意操作为了保证防喘振控制阀在全行程范围内控制回路的增益相同,防喘振控制阀应该是线性的这样将允许很强的回路作用,从而使用较小的喘振控制裕度2021CompressorControlsCorporation74编辑课件系统设计的要求:

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翻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口单向阀法兰VSDS压缩机1管线容量尽可能小2021CompressorControlsCorporation75编辑课件系统设计的要求:

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,需要翻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2021CompressorControlsCorporation共用一个防喘振控制阀增加了回流的滞后时间76编辑课件系统设计的要求:

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较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2021CompressorControlsCorporation77编辑课件系统设计的要求:

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最小的管线容量压缩机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,从而降低了防喘振控制系统的效果由于冷却器导致管线容量增加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2021CompressorControlsCorporation78编辑课件系统设计的要求:

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二段三段一段工艺过程入口一段二段三段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中选择管线布置#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2021CompressorControlsCorporation79编辑课件喘振试验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.一般压缩时机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.2021CompressorControlsCorporation80编辑课件喘振试验(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.实测出压缩机真实的喘振线后,喘振控制的平安裕度最小可以到达10%.2021CompressorControlsCorporation81编辑课件喘振实验探测到的压缩机

轻微初始喘振2021CompressorControlsCorporation82编辑课件测试轴流式风机喘振线时

压缩机出现半个喘振2021CompressorControlsCorporation83编辑课件实测喘振线与预测喘振线比较(1)2021CompressorControlsCorporation84编辑课件实测喘振线与预测喘振线比较(2)2021CompressorControlsCorporation85编辑课件实测喘振线与预测喘振线比较(3)2021CompressorControlsCorporation86编辑课件5.CCC最新

压缩机性能

咨询(CPA)

最新功能介绍2021CompressorControlsCorporation87编辑课件2021年开发的最新功能:CPA是TrainViewII的功能选项。TrainViewII®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效劳功能压缩机性能咨询(CPA)

2021CompressorControlsCorporation编辑课件CPA特征基于OEM或性能测试数据的实时压缩机模型CCC现场效劳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、记录以下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2021CompressorControlsCorporation89编辑课件压缩机性能曲线

监视2021CompressorControlsCorporation90编辑课件6.CCC公司5系列控制系统2021CompressorControlsCorporation91编辑课件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VantageTMGD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2021CompressorControlsCorporation92编辑课件开放式结构硬件摩托罗拉PowerPC主处理器CompactPCI(cPCI)机架以太网通讯Profibus远程I/O软件KW1131-3SoftwareOSERTOS实时操作系统WindowsNTPC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:2021CompressorControlsCorporation93编辑课件5系列采用开放式标准开放式硬件标准cPCI总线结构机架PowerPCCPUsProfibus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10Base-T/100Base-TX以太网标准(TCP/IPandOPC)RS-485串行通讯(16位ModbusRTU)以上这些开放式标准的应用是由于在工控领域里被广泛接受用户友好/熟悉容易与其他实现连接多方技术支持2021CompressorControlsCorporation94编辑课件Series5VanguardTM

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2021CompressorControlsCorporation95编辑课件系统主处理器模块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储器KWProConIEC6-1131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:2021CompressorControlsCorporation96编辑课件Vanguard控制系统侧视图2021CompressorControlsCorporation97编辑课件高性能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设计的高性能I/O卡件:2021CompressorControlsCorporation98编辑课件系统结构DCSHMIInterfaceOPC-EthernetHMIInterfaceEthernetTCP/IPCriticalHighSpeedFieldSignals(hardwired)ModbusRemoteI/OFieldSignalsRemoteI/OFieldSignalsPROFIBUSCCCS4SystemCCCS5SystemCCCS3++SystemModbusFieldSignals(hardwired)2021CompressorControlsCorporation99编辑课件双冗余机架电源模块冗余IOCs冗余MPUs2021CompressorControlsCorporation100编辑课件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.2021CompressorControlsCorporation101编辑课件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-反响器控制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2021CompressorControlsCorporation102编辑课件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.PCKSchwedt/Schwedt/德国: 1996年开始运行.Leuna2000炼油厂/德国: 1997年开始运行.台塑/MaiLaoComplex/台湾: 2001年开始运行.Reliance/JamnagarComplex/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2021CompressorControlsCorporation103编辑课件简介

烟机在

FCC/RFCC工艺中的应用所带来的问题和挑战HotgasExpanderMotor/Generator2021CompressorControlsCorporation104编辑课件FCCU工艺概况2021CompressorControlsCorporation105编辑课件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2021CompressorControlsCorporation106编辑课件解决方法要使FCC/RFCC装置平安,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装置的操作平安.一个FCC/RFCC机组集成控制系统的要求是什么?2021CompressorControlsCorporation107编辑课件FCC/RFCC机组工艺控制系统的要求用于反响器-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(反响器-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平安在保证平安的前提下将停车过程自动化2021CompressorControlsCorporation108编辑课件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2021CompressorControlsCorporation109编辑课件两器差压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2021CompressorControlsCorporation110编辑课件

主风机控制AirblowerDirectfiredAirheaterFTTTPTFICFTTTPTTTPTUIC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TurbineSIC2021CompressorControlsCorporation111编辑课件

FCC/RFCC工艺过程扰动电气方面的问题发电机离网(generatorbreakertrip)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烟机紧急停车.2021CompressorControlsCorporation112编辑课件

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2021CompressorControlsCorporation113编辑课件

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2021CompressorControlsCorporation114编辑课件

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由旁通阀控制两器差压(dP)主风机保持运行状态2021CompressorControlsCorporation115编辑课件

再生器压力超先控制由烟机入口阀控制两器差压deltaP旁通阀用于限制再生器压力气压机系统的入口压力或需在其极限内进行调整与气压机一起实行集成控制工艺装置进料将降低.2021CompressorControlsCorporation116编辑课件

工艺装置的自动停车烟机将在受控状态下切出系统.烟机入口阀将按预定速率关闭.由烟机旁通阀控制两器差压deltaP汽轮机降速至最低调速器转速.放空阀逐渐翻开2021CompressorControlsCorporation117编辑课件烟机控制要求传统的分程控制模式烟机调速器控制效果不好烟机入口阀及旁通阀(组)应被考虑作为一个多变量的集成控制元件.特殊的开路响应用于工艺装置的动态扰动和故障状态限制控制保护设备损坏2021CompressorControlsCorporation118编辑课件多变量烟机控制图HotgasExpanderOrificeChamber3rdstageSeparatorsFluegasCoolerPICDPICRegeneratorReactorStripperHSSLimitcontrolModeselectorSICJICBreakerairfromblowers2021CompressorControlsCorporation119编辑课件

CCC公司在FCC/RFCC装置烟机控制业绩传统的控制系统将FCC/RFCC装置的控制回路视做彼此独立的控制回路CCC提供一个集成的烟机控制系统用于FCC/RFCC工艺反响器-再生器多变量控制CCC与FCC-RFCC工艺专利商合作提供集成的烟机控制系统开发了FCC-RFCC工艺的仿真数学模型软件成功地应用于世界各地的FCC-RFCC装置,包括世界上目前最大的FCC-RFCC装置.用于烟机快速甩负荷的控制专利技术2021CompressorControlsCorporation120编辑课件

优点投资回收点在各种操作模式下都能提供精密的工艺控制.最大限度地回收能量在平安模式下实现工艺的自动启动和停车在各种工艺条件下保护机组烟机跳闸时保证反再系统压力稳定，防止气压机放火炬控制系统在不同负荷下均能保证工艺和机组稳定2021CompressorControlsCorporation121编辑课件

转子的动态响应转速与轴功率的关系方程:当轴上的功率平衡时,转速为恒定SteamturbineAxialBlowerHotgasExpanderGeneratorBreaker-15MW-17MW+2MW+30MW当轴上的功率不平衡时,转速与轴功率的关系方程描述了转速的动态变化122编辑课件

发电模式:发电机离网由于电气方面的原因,发电机断路器开路.SteamturbineAxialBlowerHotgasExpanderGeneratorBreaker-15MW+2MW+13MW瞬间轴上有17MW的功率将增加机组的转速传统的控制系统仅依靠PID控制来控制转速而PID控制对此扰动来说控制响应过于缓慢FCC-RFCC将由于两器差压(dP)设定而紧急停车烟机将在几秒内由于超速而停车2021CompressorControlsCorporation123编辑课件

用旁路阀准确地将额外的能量放空是一项挑战HotgasExpanderGeneratorBreaker-17MW发电机离网后需甩掉的功率为17MW0MW在离网前轴系上的能量是平衡的.30MW的能量来自与再生器1注释1:我们假设旁路法关闭+17MW30MW的能量要进入烟机+13MW在断路器开路后的控制目标为:保持机组转速稳定保持两器差压稳定断路器开路后要将17MW的能量通过旁路阀释放掉才能到达以上控制目标+30MW0MW+17MW这就需要在同时实现:关小入口阀翻开旁路阀CloseOpen2021CompressorControlsCorporation124编辑课件

CCC功率转换算法能量回收机组的控制系统对断路器开路扰动的控制方式:监视断路器的状态一旦检测到断路器开路就将控制模式转化到烟机速度控制模式.关小入口阀翻开旁路阀用PID速度控制方式控制入口阀将两器差压控制转由旁路阀控制要实现以上所有功能,需要对以下参数进行测量:p0,T0,p1,T1,p2,T2入口阀和旁路阀的阀位发电机的功率断路器的状态HotgasExpander发电机断路器状态CloseOpenp0T0p1T1p2T2JT2021CompressorControlsCorporation125编辑课件

如何计算所需的入口阀和旁路阀的阀位所需的控制步骤计算所需的阀