基于Tricon系統(tǒng)的柴油加氫透平壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文

1、 PAGE74 / NUMPAGES87學(xué) 位 論 文基于Tricon系統(tǒng)的柴油加氫透平壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)A Thesis inControl EngineeringDesign of Control System of Diesel Hydrogenation Turbine CompressorBased on Tricon Systemby Cui Wei qiSupervisor: Professor Guan ShoupingSenior Engineer Yu JianguoNortheastern UniversityDecember 2012獨(dú)創(chuàng)性聲明本文聲明，所呈交的學(xué)位論

2、文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包括本文為獲得其他學(xué)位而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說(shuō)明并表示意。學(xué)位論文作者簽名：日 期：學(xué)位論文使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本文同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索、交流。作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流的時(shí)間為作者獲得學(xué)位后：半年 一年 一年半 兩年學(xué)位論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：簽

3、字日期： 簽字日期：基于Tricon系統(tǒng)的柴油加氫透平壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要當(dāng)今，透平壓縮機(jī)在煉油、天然氣、煤化工等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在柴油加氫裝置中壓縮機(jī)做為核心設(shè)備，更需要安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，一旦出現(xiàn)故障，將會(huì)帶來(lái)非常嚴(yán)重的后果。所以，為核心裝置配備一個(gè)智能控制系統(tǒng)，猶如給機(jī)組配備了一個(gè)大腦。在保證著機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，最大限度的節(jié)約能源，優(yōu)化控制方案為裝置的安全運(yùn)轉(zhuǎn)保駕護(hù)航。本文以中國(guó)石油石化公司柴油加氫裝置壓縮機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)為背景，對(duì)汽輪機(jī)、壓縮機(jī)的工作原理做了詳細(xì)的介紹。控制系統(tǒng)本文采用的是TRICONEX公司生產(chǎn)的Tricon控制系統(tǒng)。三重冗余容錯(cuò)的控制器更提高了控

4、制系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。本文完成了對(duì)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案，提出了一套實(shí)用的壓縮機(jī)控制策略。針對(duì)調(diào)速控制方案進(jìn)行了串級(jí)控制。根據(jù)更改入口壓力設(shè)定值來(lái)控制機(jī)組，手動(dòng)設(shè)定轉(zhuǎn)速即為目標(biāo)轉(zhuǎn)速，目標(biāo)轉(zhuǎn)速作為SP值，實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速作為PV值，兩者通過(guò)速度PID不斷的比較，得出一個(gè)閥門開(kāi)度值CV。相對(duì)于之前的簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)，串級(jí)控制系統(tǒng)改善了控制質(zhì)量。防喘振控制本文中運(yùn)用可變極限流量法控制，以取代先前的固定式防喘振控制系統(tǒng)。其中包括多個(gè)控制回路，較好的考慮了壓縮機(jī)運(yùn)行中可能發(fā)生的因素，從而提高了防喘振的安全可靠性。同時(shí)也減少了能源的浪費(fèi)。在裝置試車期間對(duì)控制方案進(jìn)行改進(jìn)，當(dāng)系統(tǒng)壓力比較低時(shí)，打開(kāi)防喘振控制閥，當(dāng)投負(fù)

5、荷后閥門能與時(shí)關(guān)到位。無(wú)論是投負(fù)荷與空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)都確保循環(huán)機(jī)不在喘振區(qū)運(yùn)行，既縮短了開(kāi)停工時(shí)間，又減少了維修的麻煩。把之前的防喘振曲線平移的模式，改進(jìn)為防喘振線漸開(kāi)的模式，提高了機(jī)組的運(yùn)行效率，同時(shí)也更平穩(wěn)的控制機(jī)組。不僅降低了消耗，也為企業(yè)帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)效益。本文闡述的此套柴油加氫控制系統(tǒng)，已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，控制系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、控制精確、操作方便，完全滿足甚至超出了當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)的用戶要求，得到了用戶的認(rèn)可和好評(píng)。關(guān)鍵詞：透平壓縮機(jī)；調(diào)速；防喘振；TriconDesign of Control System of Diesel Hydrogenation Turbine CompressorBased

6、 on Tricon SystemAbstractNowadays,Turbine Compressor are widely applied in oil refining, natural gas, coal chemical industry and other industries. In particular, the compressor, as core equipment of a diesel hydrogenation plant, does need safe and stable operation, once a failure happens, there will

7、 be very serious consequences. Therefore, providing an intelligent control system for the core equipment is like providing a brain for the compressor unit. On the basis of guaranteeing smooth running of the compressor unit, it saves energy to the maximum, and optimizes the control scheme to ensure s

8、afe operation of the plant.In the context of development of control system of compressor of diesel hydrogenation plant of PetroChina Ningxia Petrochemical Company, this paper gives a detailed introduction of the operating principle of steam turbine and compressor. The control system in this paper ad

9、opts Triconcontrol system manufactured by TRICONEX. Triple redundantfault-tolerant controller further improves the performance and stability of control system. This paper completes the scheme for design of control systemof compressor, and gives a set of useful compressor control strategies. Aiming a

10、t the speed control scheme, cascade control is exercised. The compressor unit is controlled by changing the setting value of inlet pressure, manual settingspeed is target speed, target speedserves asSPvalue, measuredspeedserves asPVvalue, and valve opening value CV is obtained by constant comparison

11、 of speed PID of both. Compared with previous simple regulating system, cascade controlsystem improves the control quality.Anti-surge control in this paper adopts control of variable limitflow method to replace previous fixed anti-surge control system. It includes multiple control loops, and better

12、considers possible factors during the operation of compressor, thus improving safe reliability of anti-surge. Besides, it reduces energy wastage. The control scheme is improved during trial run of the plant, anti-surge control valve is opened when the system pressure is low, and the valve can be tim

13、ely closed to the designated position after full-load. It ensures the circulation machine does not operate in the surge areawhether full-load orno-load operation, which not only shortens the time of start-up and shut-down, but also saves the trouble of repair. Previous translation mode of anti-surge

14、 curve is improved to involute mode of anti-surge line, which improves the operating efficiency of the compressor unit, and realizes more stable control. It not only reduces energy consumption, but also brings great economic benefits for the enterprise.The diesel hydrogenation control system in this

15、 paper has gone into operation. Featured by smooth running, accurate control and easy operation, the control system fully meets and even goes beyond user requirements at the beginning of the design, and wins recognition and favorable comment from users.Keywords: Turbine Compressor；speed regulation；a

16、nti-surge；Tricon目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc342952486獨(dú)創(chuàng)性聲明 PAGEREF _Toc342952486 h IHYPERLINK l _Toc342952487摘要 PAGEREF _Toc342952487 h IIHYPERLINK l _Toc342952488Abstract PAGEREF _Toc342952488 h IIIHYPERLINK l _Toc342952489第1章緒論 PAGEREF _Toc342952489 h 1HYPERLINK l _Toc3429524901.1透平壓縮機(jī)組在工業(yè)

17、裝置中的作用 PAGEREF _Toc342952490 h 1HYPERLINK l _Toc3429524911.2壓縮機(jī)控制技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc342952491 h 1HYPERLINK l _Toc3429524921.3 論文研究背景 PAGEREF _Toc342952492 h 2HYPERLINK l _Toc3429524931.4 本文研究容 PAGEREF _Toc342952493 h 3HYPERLINK l _Toc342952494第2章透平壓縮機(jī)原理與構(gòu)成 PAGEREF _Toc342952494 h 5HYPERLINK l _T

18、oc3429524952.1透平系統(tǒng)的原理與應(yīng)用 PAGEREF _Toc342952495 h 5HYPERLINK l _Toc3429524962.1.1透平的原理與構(gòu)造 PAGEREF _Toc342952496 h 5HYPERLINK l _Toc3429524972.1.2透平調(diào)節(jié)系統(tǒng) PAGEREF _Toc342952497 h 7HYPERLINK l _Toc3429524982.2壓縮機(jī)系統(tǒng)原理與應(yīng)用 PAGEREF _Toc342952498 h 7HYPERLINK l _Toc3429524992.2.1壓縮機(jī)組的原理與構(gòu)造 PAGEREF _Toc3429524

19、99 h 7HYPERLINK l _Toc3429525002.2.2防喘振控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc342952500 h 10HYPERLINK l _Toc3429525012.3本章小結(jié) PAGEREF _Toc342952501 h 13HYPERLINK l _Toc342952502第3章壓縮機(jī)控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成與系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc342952502 h 15HYPERLINK l _Toc3429525033.1系統(tǒng)功能需求分析 PAGEREF _Toc342952503 h 15HYPERLINK l _Toc3429525043.2 Tricon

20、控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc342952504 h 16HYPERLINK l _Toc3429525053.2.1 Tricon控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc342952505 h 16HYPERLINK l _Toc3429525063.2.2 Tricon控制系統(tǒng)主要特點(diǎn) PAGEREF _Toc342952506 h 16HYPERLINK l _Toc3429525073.2.3 Tricon系統(tǒng)的典型應(yīng)用 PAGEREF _Toc342952507 h 17HYPERLINK l _Toc3429525083.3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與工作原理 PAGEREF _Toc3

21、42952508 h 18HYPERLINK l _Toc3429525093.3.1 系統(tǒng)硬件配置 PAGEREF _Toc342952509 h 18HYPERLINK l _Toc3429525103.3.2 CPU容錯(cuò)技術(shù) PAGEREF _Toc342952510 h 19HYPERLINK l _Toc3429525113.3.3 Tricon工作原理 PAGEREF _Toc342952511 h 21HYPERLINK l _Toc3429525123.4控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc342952512 h 22HYPERLINK l _Toc3429525133.

22、4.1壓縮機(jī)機(jī)組啟停功能設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc342952513 h 22HYPERLINK l _Toc3429525143.4.2 壓縮機(jī)防喘振方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc342952514 h 23HYPERLINK l _Toc3429525153.4.3 壓縮機(jī)調(diào)速功能設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc342952515 h 25HYPERLINK l _Toc3429525163.5本章小結(jié) PAGEREF _Toc342952516 h 28HYPERLINK l _Toc342952517第4章防喘振控制問(wèn)題的研究與改進(jìn) PAGEREF _Toc342952517 h

23、 31HYPERLINK l _Toc3429525184.1透平壓縮機(jī)防喘振問(wèn)題的研究 PAGEREF _Toc342952518 h 31HYPERLINK l _Toc3429525194.1.1防喘振控制技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc342952519 h 31HYPERLINK l _Toc3429525204.1.2壓縮機(jī)喘振產(chǎn)生的原因與危害 PAGEREF _Toc342952520 h 32HYPERLINK l _Toc3429525214.2防喘振控制機(jī)理與技術(shù)要點(diǎn) PAGEREF _Toc342952521 h 33HYPERLINK l _Toc342952

24、5224.2.1喘振控制機(jī)理與分類 PAGEREF _Toc342952522 h 33HYPERLINK l _Toc3429525234.2.2 傳統(tǒng)與動(dòng)態(tài)防喘振控制方法的研究 PAGEREF _Toc342952523 h 34HYPERLINK l _Toc3429525244.2.3 Tricon系統(tǒng)防喘振功能與應(yīng)用 PAGEREF _Toc342952524 h 38HYPERLINK l _Toc3429525254.3防喘振算法的優(yōu)化與應(yīng)用 PAGEREF _Toc342952525 h 43HYPERLINK l _Toc3429525264.3.1傳統(tǒng)喘振控制算法 PAGE

25、REF _Toc342952526 h 43HYPERLINK l _Toc3429525274.3.2防喘振控制線的確定與算法數(shù)學(xué)模型建立 PAGEREF _Toc342952527 h 45HYPERLINK l _Toc3429525284.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc342952528 h 49HYPERLINK l _Toc342952529第5章壓縮機(jī)控制系統(tǒng)組態(tài)與測(cè)試 PAGEREF _Toc342952529 h 51HYPERLINK l _Toc3429525305.1壓縮機(jī)控制系統(tǒng)配置與程序開(kāi)發(fā) PAGEREF _Toc342952530 h 51HYPERLI

26、NK l _Toc3429525315.1.1 Tricon系統(tǒng)的配置與特點(diǎn) PAGEREF _Toc342952531 h 51HYPERLINK l _Toc3429525325.1.2 Tristation 1131軟件開(kāi)發(fā)操作流程 PAGEREF _Toc342952532 h 52HYPERLINK l _Toc3429525335.2 TS3000控制系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控功能 PAGEREF _Toc342952533 h 54HYPERLINK l _Toc3429525345.2.1壓縮機(jī)啟車系統(tǒng) PAGEREF _Toc342952534 h 54HYPERLINK l _Toc3

27、429525355.2.2壓縮機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng) PAGEREF _Toc342952535 h 54HYPERLINK l _Toc3429525365.2.3壓縮機(jī)故障分析系統(tǒng) PAGEREF _Toc342952536 h 56HYPERLINK l _Toc3429525375.2.4防喘振系統(tǒng) PAGEREF _Toc342952537 h 57HYPERLINK l _Toc3429525385.2.5調(diào)速系統(tǒng) PAGEREF _Toc342952538 h 58HYPERLINK l _Toc3429525395.2.6壓縮機(jī)工藝流程系統(tǒng) PAGEREF _Toc342952539 h

28、59HYPERLINK l _Toc3429525405.2.7歷史趨勢(shì)記錄功能 PAGEREF _Toc342952540 h 61HYPERLINK l _Toc3429525415.3壓縮機(jī)控制系統(tǒng)測(cè)試工作 PAGEREF _Toc342952541 h 62HYPERLINK l _Toc3429525425.3.1系統(tǒng)測(cè)試的必要性與基本方法 PAGEREF _Toc342952542 h 62HYPERLINK l _Toc3429525435.3.2 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與FAT報(bào)告 PAGEREF _Toc342952543 h 63HYPERLINK l _Toc3429525445.

29、4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc342952544 h 63HYPERLINK l _Toc342952545第6章結(jié)論與展望 PAGEREF _Toc342952545 h 65HYPERLINK l _Toc342952546參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc342952546 h 67HYPERLINK l _Toc342952547作者在攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果 PAGEREF _Toc342952547 h 69HYPERLINK l _Toc342952548致 PAGEREF _Toc342952548 h 71第1章 緒 論1.1透平壓縮機(jī)組在工業(yè)裝置中的作用在我國(guó)，工

30、業(yè)是能源消耗的大戶，近年來(lái)原油、原煤、天然氣等能源消耗量位居世界前列，特別是石油年消耗量已超過(guò)4億噸，對(duì)外依存度超過(guò)50%，我國(guó)的煉油廠擔(dān)負(fù)著越來(lái)越重要的能源加工生產(chǎn)任務(wù)。隨著國(guó)際市場(chǎng)油價(jià)不斷上漲，更突顯了石油行業(yè)的重要，如何更合理的利用石油資源，充分地對(duì)石油副產(chǎn)品深加工，降低生產(chǎn)成本已經(jīng)成為各個(gè)石化煉油企業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題。如何利用透平壓縮機(jī)組使煉油裝置中的富余氣體重新利用，正被越來(lái)越多的廠家所廣泛采用1。眾多裝置中煉油化工裝置具有高溫、高壓、易燃、易爆的特點(diǎn),工藝復(fù)雜且連續(xù)性強(qiáng),安全要求高,為了最大限度地降低裝置惡性事故發(fā)生的概率,減少計(jì)劃外停工,避免重大人身傷害、重大設(shè)備損壞與重大經(jīng)濟(jì)

31、損失的事故發(fā)生,建立一套安全可靠、動(dòng)作與時(shí)的安全保護(hù)系統(tǒng)顯得尤為重要。壓縮機(jī)是煉油裝置的核心裝置，控制系統(tǒng)則是壓縮機(jī)組的心臟，核心設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況對(duì)生產(chǎn)起到了決定性的作用，無(wú)論從安全還是利潤(rùn)的角度考慮，一套穩(wěn)定的壓縮機(jī)組和一套可行的控制方案對(duì)保障安全生產(chǎn)和提高生產(chǎn)率都是必不可少的。1.2壓縮機(jī)控制技術(shù)在國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀透平壓縮機(jī)是廣泛應(yīng)用于冶金、石化等工業(yè)部門的大型關(guān)鍵設(shè)備，典型的透平壓縮機(jī)機(jī)組由蒸汽透平和離心式壓縮機(jī)與其它一些輔助設(shè)備構(gòu)成。從穩(wěn)定工況、保證安全角度出發(fā)，需要為其單獨(dú)配備過(guò)程控制系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)一套綜合控制系統(tǒng)，將蒸汽透平的調(diào)速控制與壓縮機(jī)的流量壓力控制、防喘振控制與機(jī)組的超速保護(hù)、緊急

32、停車等功能集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組地高效、協(xié)調(diào)控制?？刂葡到y(tǒng)其實(shí)從20世紀(jì)40年代就開(kāi)始使用了，早期的現(xiàn)場(chǎng)基地式儀表和后期的繼電器構(gòu)成了控制系統(tǒng)的前身?，F(xiàn)在所說(shuō)的控制系統(tǒng)，多指采用電腦或微處理器進(jìn)行智能控制的系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)的發(fā)展史上，稱為第三代控制系統(tǒng)，以PLC和DCS為代表，從70年代開(kāi)始應(yīng)用以來(lái)，在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業(yè)過(guò)程控制中獲得迅猛的發(fā)展2。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，與大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的3。1968年美國(guó)GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的

33、要求，第二年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable ,是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC。由于第一代PLC是為了取代繼電器的，因此，采用了梯形圖語(yǔ)言作為編程方式，形成了工廠的編程標(biāo)準(zhǔn)。這些早期的控制器滿足了最初的要求，并且打開(kāi)了新的控制技術(shù)的發(fā)展的大門。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送與處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的

34、梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算與處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為PLC（Programmable Logic Controller）。 上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30-40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加

35、適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展4。 PLC的技術(shù)從誕生之日起，就不停地發(fā)展。這些發(fā)展不僅改進(jìn)了PLC的設(shè)計(jì)，也改變了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。隨著PLC的功能越來(lái)越強(qiáng)大，PLC也開(kāi)始進(jìn)入過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域。 當(dāng)今的壓縮機(jī)控制也采用了PLC控制系統(tǒng)，具有代表性的有，西門子系列、Tricon系列、GE系列、AB系列等等。1.3 論文研究背景目前國(guó)眾多大型化工煉油項(xiàng)目中使用PLC控制系統(tǒng)，在這些項(xiàng)目中融入了很多先進(jìn)的理念，越來(lái)越多的現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目要求對(duì)調(diào)速控制和壓縮機(jī)控制整合在一起，方便調(diào)節(jié)，提高效率；針對(duì)部分現(xiàn)場(chǎng)壓縮機(jī)喘振閥無(wú)法關(guān)

36、閉到位，浪費(fèi)能源的現(xiàn)象；對(duì)機(jī)組操控性要求人機(jī)界面好、系統(tǒng)功能全、操作方便、安全級(jí)別高等要求。這些項(xiàng)目研發(fā)與調(diào)試與現(xiàn)場(chǎng)的試車也豐富了自動(dòng)化工程師的經(jīng)驗(yàn)同時(shí)也對(duì)工程師提出了更高的要求。鼓一直肩負(fù)著國(guó)外各種大、中型的壓縮機(jī)組和控制系統(tǒng)的研發(fā)工作，幾乎所有種類的PLC系統(tǒng)都應(yīng)用在大型的離心機(jī)組上。針對(duì)地域與裝置的不同特性，需要工程師研究一套完整、實(shí)用、高效的控制系統(tǒng)為壓縮機(jī)組順利、平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)保駕護(hù)航。本文從實(shí)際出發(fā)，以中國(guó)石油石化分公司200萬(wàn)噸/年柴油加氫透平壓縮機(jī)機(jī)組控制系統(tǒng)項(xiàng)目為研究背景，在保持工藝過(guò)程平穩(wěn)進(jìn)行的同時(shí)滿足工廠節(jié)能減排、提高效益的需求，根據(jù)裝置的特性和參數(shù)，對(duì)防喘振控制、調(diào)速控制進(jìn)

37、行了集成和優(yōu)化，有效的降低了在傳統(tǒng)防喘振中的巨大能源消耗和工藝過(guò)程中的劇烈波動(dòng)。在設(shè)計(jì)中將蒸汽透平的調(diào)速控制與壓縮機(jī)的流量壓力控制、防喘振控制與機(jī)組的超速保護(hù)、緊急停車等功能集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的高效、協(xié)調(diào)控制，大幅提高了機(jī)組的控制效率與控制品質(zhì)。1.4本文研究容本文對(duì)透平壓縮機(jī)組的自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。在工藝達(dá)到要求的基礎(chǔ)上，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行分析進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的硬件軟件進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)劃分為防喘振、超速保護(hù)、緊急停車、密封油、潤(rùn)滑油、軸承溫度和振動(dòng)監(jiān)控等輔助控制系統(tǒng)。保證壓縮機(jī)安全運(yùn)行在穩(wěn)定工況區(qū)域，最終達(dá)到在機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，為企業(yè)創(chuàng)造最大的效益。主要研究容有:（1）介紹了透平

38、壓縮機(jī)機(jī)組構(gòu)成和工作原理的基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)組相關(guān)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行介紹并對(duì)核心防喘振控制進(jìn)行了比較完整系統(tǒng)地闡述。（2）對(duì)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成做了詳細(xì)的功能介紹，通過(guò)分析功能需求和技術(shù)指標(biāo)明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，來(lái)進(jìn)行硬件的選型。針對(duì)裝置的特性，在防喘振功能與汽輪機(jī)調(diào)速功能上進(jìn)行系統(tǒng)分析，對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，并制定完整的、可行的設(shè)計(jì)方案。（3）特別是針對(duì)防喘振控制的算法進(jìn)行了優(yōu)化，從之前的平移喘振線轉(zhuǎn)變成為漸開(kāi)喘振線，使喘振閥能與時(shí)開(kāi)關(guān)到位，并通過(guò)編譯功能塊實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的無(wú)擾動(dòng)調(diào)節(jié)，避免了能源的浪費(fèi)，是機(jī)組更穩(wěn)定的運(yùn)行。（4）針對(duì)上位與下位的組態(tài)過(guò)程，介紹了Tricon系統(tǒng)和Wonderware I

39、ntouch軟件對(duì)人機(jī)交互界面的實(shí)現(xiàn)，并介紹了各種畫面的功能與操作。同時(shí)針對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試與維護(hù)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。第2章 透平壓縮機(jī)原理與構(gòu)成透平壓縮機(jī)的基本控制要在保證安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下充分利用壓縮機(jī)允許的工作區(qū)，讓機(jī)組工作在工藝要求的壓力和流量變化圍，工況穩(wěn)定可靠，操作方便，自動(dòng)化程度高；壓縮機(jī)的工作狀態(tài)盡可能地對(duì)操作人員透明，便于分析和操作，有較長(zhǎng)的歷史趨勢(shì)可查；發(fā)生停車時(shí)，知道真正的原因是什么。伴隨微電子和信息技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外有關(guān)廠家和學(xué)者已將電子器件的信息處理和控制功能揉和到機(jī)械裝置中，使產(chǎn)品一般具有自動(dòng)控制、自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)校驗(yàn)、自選量程、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自診斷、自恢復(fù)等各種功能5。2.1透

40、平系統(tǒng)的原理與應(yīng)用2.1.1透平的原理與構(gòu)造透平是將流體工質(zhì)中蘊(yùn)有的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械功的機(jī)器，又稱渦輪或渦輪機(jī)。透平是英文turbine的音譯,源于拉丁文turbo一詞,意為旋轉(zhuǎn)物體。透平的工作條件和所用工質(zhì)不同，所以它的結(jié)構(gòu)型式多種多樣，但基本工作原理相似。透平的最主要的部件是一個(gè)旋轉(zhuǎn)元件,即轉(zhuǎn)子,或稱葉輪，它安裝在透平軸上，具有沿圓周均勻排列的葉片。流體所具有的能量在流動(dòng)中，經(jīng)過(guò)噴管時(shí)轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，流過(guò)葉輪時(shí)流體沖擊葉片，推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)透平軸旋轉(zhuǎn)。透平軸直接或經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)其他機(jī)械，輸出機(jī)械功。透平機(jī)械的工質(zhì)可以是氣體，如蒸汽、燃?xì)狻⒖諝夂推渌麣怏w或混合氣體，也可以是液體，如水、油或其

41、他液體。蒸汽透平（或稱汽輪機(jī)）是用蒸汽做功的旋轉(zhuǎn)式原動(dòng)機(jī)，它將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成透平轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，這一轉(zhuǎn)變過(guò)程需要經(jīng)過(guò)兩次能量轉(zhuǎn)換，即蒸汽通過(guò)透平噴嘴（靜葉片）時(shí)，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成蒸汽高速流動(dòng)的動(dòng)能，然后高速氣流通過(guò)工作葉片時(shí)，將蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成透平轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。 蒸汽透平按工作原理分為兩類：沖動(dòng)式和反動(dòng)式，沖動(dòng)式透平的蒸汽熱能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能的過(guò)程，僅在噴嘴中進(jìn)行，而工作葉片只是把蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，即蒸汽在噴嘴中膨脹，速度增大，溫度壓力降低，而在葉片中僅將其動(dòng)能部分轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能（汽體流速降低），而由于葉片沿流動(dòng)方向的間槽道截面不變，因而蒸汽不再膨脹，壓力也不再降低；而在反動(dòng)式透平中，

42、蒸汽在靜葉片中膨脹，壓力溫度均下降，流速增大，然后進(jìn)入動(dòng)葉片（工作葉片），由于動(dòng)葉片沿流動(dòng)方向的間槽道截面形狀與靜葉片間槽道截面變化一樣，所以蒸汽在動(dòng)葉片中繼續(xù)膨脹，壓力也要降低，由于汽流沿著動(dòng)葉片弧流動(dòng)時(shí)方向是改變的，因此，葉片既受到?jīng)_擊力的作用，同時(shí)又受到蒸汽在動(dòng)葉片中膨脹，高速噴離動(dòng)葉片產(chǎn)生反動(dòng)力的作用，沖動(dòng)力和反動(dòng)力的合力就是動(dòng)葉片所承受的力，這就是說(shuō)，在反動(dòng)式透平中，蒸汽熱能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能的過(guò)程，不僅在靜葉片中進(jìn)行，也在動(dòng)葉片中進(jìn)行。 按熱力過(guò)程分，透平可分為背壓式、凝汽式和抽汽凝汽式三類：背壓式透平在透平中工作后的蒸汽，在較高壓力（大于0.1MPa）下排出，供作它用；KT2501、KT

43、1503等屬于凝汽式透平蒸汽在透平中作功后全部排入凝汽器中冷凝；KT1501B屬于抽汽凝汽式透平將在透平高壓缸作過(guò)功的蒸汽抽出一部分供作它用，而另一部分蒸汽在透平低壓缸繼續(xù)作功后全部排入凝汽器中冷凝。 只有一個(gè)葉輪的蒸汽透平稱為單級(jí)透平，這種透平功率小、轉(zhuǎn)速高、效率低，一般用于驅(qū)動(dòng)小型油泵或水泵；為了提高能量轉(zhuǎn)換的效率，透平往往不是僅有一只葉輪，而是讓蒸汽依次通過(guò)幾個(gè)葉輪（一個(gè)葉輪為一級(jí)），逐級(jí)降低其壓力、溫度，蒸汽每經(jīng)過(guò)一次熱能動(dòng)能機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，稱為工作的一個(gè)級(jí)，級(jí)與級(jí)之間用隔板隔開(kāi)，第一級(jí)出來(lái)的蒸汽進(jìn)入第二級(jí)，第一級(jí)的噴嘴裝在汽缸的隔板上，蒸汽經(jīng)過(guò)第二級(jí)噴嘴，再次降壓、降溫、升速，然后去推

44、動(dòng)第二個(gè)葉輪，依次類推，這種透平稱為多級(jí)透平，多級(jí)透平的噴嘴和動(dòng)葉片是相間排列的，大功率透平將幾級(jí)葉輪裝在一個(gè)汽缸，根據(jù)蒸汽工作壓力分為高、中、低壓缸，有時(shí)一個(gè)缸還可分成幾段，每段都有幾個(gè)葉輪6。汽輪機(jī)是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的蝸輪式機(jī)械。在汽輪機(jī)中，蒸汽在噴嘴中發(fā)生膨脹，壓力降低，速度增加，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。如圖2.1所示：高速汽流流經(jīng)動(dòng)葉片時(shí)，由于汽流方向改變，產(chǎn)生了對(duì)葉片的沖動(dòng)力，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)做功，將蒸汽的動(dòng)能變成軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。透平結(jié)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)動(dòng)部分、靜止部分、控制部分組成。 轉(zhuǎn)動(dòng)部分：主要有主軸、葉輪（或轉(zhuǎn)鼓）、動(dòng)葉片、止推盤、危急保安器、聯(lián)軸節(jié)等。其中轉(zhuǎn)子的作用是將蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

45、機(jī)械能，傳遞作用在葉片上的蒸汽圓周分力所產(chǎn)生的扭矩，向外輸出機(jī)械功。靜止部分有汽缸、隔板、噴嘴、靜葉片、汽封軸承等。控制部分有調(diào)節(jié)裝置、保護(hù)裝置。 調(diào)節(jié)裝置作用：在穩(wěn)定工況時(shí)保證轉(zhuǎn)速不變且規(guī)定值，在負(fù)荷變化時(shí)，由調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速變化的偏差不超過(guò)規(guī)定圍；保護(hù)裝置：在汽輪機(jī)發(fā)生不正常的工況時(shí)，能自動(dòng)保證設(shè)備的安全不致引起嚴(yán)重事故。圖2.1沖動(dòng)式汽輪機(jī)工作原理圖Fig. 2.1 Impulse turbine working principle diagram2.1.2透平調(diào)節(jié)系統(tǒng)為了調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速，每臺(tái)汽輪機(jī)有一套由調(diào)節(jié)裝置組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。另外，汽輪機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，它的轉(zhuǎn)子和定子間隙很

46、小，是既龐大又精密的設(shè)備。為保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行，配有一套自動(dòng)保護(hù)裝置，以便在異常情況下發(fā)出警報(bào)，在危急情況下自動(dòng)關(guān)閉主汽閥，使之停運(yùn)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護(hù)裝置常用壓力油來(lái)傳遞信號(hào)和操縱有關(guān)部件。汽輪機(jī)的各個(gè)軸承也需要油潤(rùn)滑和冷卻，因而每臺(tái)汽輪機(jī)都配有一套潤(rùn)滑油系統(tǒng)7。 總之，汽輪機(jī)設(shè)備是以汽輪機(jī)為核心，包括凝汽設(shè)備、回?zé)峒訜嵩O(shè)備、調(diào)節(jié)和保護(hù)裝置與供油系統(tǒng)等附屬設(shè)備在的一系列動(dòng)力設(shè)備組合。正是靠它們協(xié)調(diào)有序地工作，才得以完成能量轉(zhuǎn)換的任務(wù)。2.2壓縮機(jī)系統(tǒng)原理與應(yīng)用2.2.1壓縮機(jī)組的原理與構(gòu)造壓縮機(jī)原動(dòng)機(jī)為汽輪機(jī)，機(jī)組系統(tǒng)簡(jiǎn)易流程如圖2.2所示，箭頭所示方向?yàn)闅怏w流動(dòng)方向。離心式壓縮機(jī)按照壓縮機(jī)氣體

47、的方式不同，壓縮機(jī)通常分為兩類，一類是容積式壓縮機(jī)（包括活塞式壓縮機(jī)、回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)等）；另一類是透平式壓縮機(jī)。從能量觀點(diǎn)來(lái)看，壓縮機(jī)是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量的一種機(jī)械。容積式壓縮機(jī)是利用氣體容積的縮小來(lái)達(dá)到氣體壓力提高的。透平式壓縮機(jī)是一種葉片旋轉(zhuǎn)式機(jī)械。在透平式壓縮機(jī)中，氣體壓力的提高是利用葉片和氣體的相互作用來(lái)達(dá)到的。壓縮機(jī) 汽輪機(jī) 壓縮機(jī)入口壓縮機(jī)出口壓縮機(jī)出口圖2.2 壓縮機(jī)流程圖Fig.2.2 Flowchart of compressor透平壓縮機(jī)對(duì)氣體做功是通過(guò)裝在轉(zhuǎn)子上的葉輪來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其工作原理與輸送液體的離心泵類似。氣體從中心流入葉輪，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪葉片的作用下，隨

48、葉輪作高速旋轉(zhuǎn)并沿半徑方向甩出來(lái)，由于受旋轉(zhuǎn)離心力的作用，氣體的壓力得到了提高，同時(shí)氣流速度也加快了，這就是說(shuō)葉輪的機(jī)械能變成了氣體的壓力能和動(dòng)能。接著氣體又流過(guò)固定不動(dòng)的擴(kuò)壓器和蝸殼等通道而流出機(jī)外，由于面積不斷增大，速度降低，氣體壓力又得到進(jìn)一步提高，這一部分動(dòng)能也變成了壓力能。 一個(gè)葉輪和與它相配合的固定元件構(gòu)成壓縮機(jī)的一個(gè)級(jí)。氣體流過(guò)一級(jí)之后，壓力的提高是有限的。在要求升壓較高的情況需要由若干個(gè)級(jí)組成，安裝在一個(gè)機(jī)殼叫做缸；一個(gè)缸最多只能裝10級(jí)左右，更多的級(jí)需要用多缸。 氣體經(jīng)壓縮后溫度要升高，當(dāng)要求壓比較高時(shí)，常常將氣體壓縮到一定壓力后從缸引出，在外設(shè)的冷卻器降溫，分離液滴，以便保

49、護(hù)設(shè)備，減小功耗，然后再導(dǎo)入缸進(jìn)入下一級(jí)繼續(xù)壓縮，這樣依次冷卻，次數(shù)的多少將壓縮機(jī)分成幾個(gè)段，一個(gè)段可以是一個(gè)級(jí)，也可以包括幾個(gè)級(jí)，一個(gè)缸可分為一段或幾段8。 圖2.3中為套裝轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的活塞式壓縮機(jī)相比，透平壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行安全可靠，長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)；透平壓縮機(jī)壓縮氣體不與油接觸，避免對(duì)壓縮氣體造成油污染；透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速高，供氣均勻，生產(chǎn)能力大9。透平壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)與主要零部件如下：轉(zhuǎn)子：由主軸、葉輪、平衡盤、推力盤、聯(lián)軸節(jié)等組成；圖2.3 套裝轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)Fig.2.3 Suit rotor structure主軸：安裝所有的旋轉(zhuǎn)零件，傳遞扭矩。 葉輪：即工作輪，氣體在葉輪葉片的作用下跟著葉輪

50、作高速的旋轉(zhuǎn)，而氣體由于受旋轉(zhuǎn)離心力的作用以與在葉輪里的擴(kuò)壓流動(dòng)，使氣體通過(guò)葉輪后的壓力得到了提高；此外，氣體的速度能也同樣在葉輪里得到了提高。故葉輪是使氣體提高能量的唯一途徑。 平衡盤：是利用它的兩邊氣體壓差來(lái)平衡軸向力的零件。它位于高壓端，它的一側(cè)壓力可以認(rèn)為是末級(jí)葉輪輪盤側(cè)的間隙中的氣體壓力（高壓）；另一側(cè)通向大氣或進(jìn)氣管，它的壓力是大氣壓進(jìn)氣壓力（低壓）；軸向力的70%被平衡。 推力盤：由于平衡盤只平衡部分軸向力，其余軸向力通過(guò)推力盤傳給止推軸承上的推力塊，實(shí)現(xiàn)力的平衡。30%軸向推力被平衡。 聯(lián)軸節(jié)：是軸與軸相互連接的一種部件，可以傳遞扭矩。 通流部分：由吸氣室、擴(kuò)壓器、彎道、回流器

51、、蝸殼、密封等組成。吸氣室：汽缸的一部分，它的作用是把氣體均勻地吸入葉輪。擴(kuò)壓器：氣體從葉輪流出時(shí)具有較高的流速，為充分利用這部分速度能，在葉輪后面設(shè)置了流通面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器，用以把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能以提高壓力。無(wú)葉擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，變工況的效率高，穩(wěn)定圍寬。葉片擴(kuò)壓器，由于葉片、導(dǎo)葉作用，氣體流出擴(kuò)壓器的路程短，設(shè)計(jì)工況效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定工作圍窄10。 彎道：是由汽缸（機(jī)殼）和隔板構(gòu)成的彎環(huán)形空間，改變氣流方向，使氣體由離心方向改變成向心方向。 回流器：使氣流按所需的方向均勻地進(jìn)入下一級(jí)；由隔板和導(dǎo)流葉片組成。 蝸殼：把擴(kuò)壓器后面或葉輪后面的氣體匯集起來(lái)，把氣體引到壓縮機(jī)出口的 輸送

52、管道；此外，在匯集氣體的過(guò)程中，在大多數(shù)情況下，由于蝸殼外徑的逐漸增大和通流截面的漸擴(kuò)，使氣流起到一定的降速擴(kuò)壓作用。 密封：防止氣體在級(jí)間倒流與向外泄漏。隔板密封和輪蓋密封統(tǒng)稱為密封，軸端密封為外密封。 2.2.2防喘振控制系統(tǒng)喘振是使透平壓縮機(jī)性能反常的一種不穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。喘振時(shí)壓力和流量周期性大幅度變化，進(jìn)一步可能會(huì)產(chǎn)生流量的反向，由此引起過(guò)大的軸振動(dòng)、軸位移和發(fā)熱，造成軸承、密封、葉輪和轉(zhuǎn)子的損壞。即使沒(méi)有明顯的危險(xiǎn)發(fā)生，機(jī)組工作壽命和效率也已降低。如果壓縮機(jī)進(jìn)入喘振狀態(tài)，由于氣流的劇烈振蕩性質(zhì)，使機(jī)器處于極度危險(xiǎn)中，因此喘振不論對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)還是民用工業(yè)，不論是軸流壓縮機(jī)還是透平壓縮

53、機(jī)都是嚴(yán)格禁止的。長(zhǎng)期以來(lái)人們一直致力于喘振這類復(fù)雜物理現(xiàn)象的理論和實(shí)驗(yàn)研究，取得了許多顯著成果。根據(jù)已有的研究成果，目前可以通過(guò)采用喘振主動(dòng)控制模式和被動(dòng)喘振控制模式進(jìn)行壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。喘振主動(dòng)控制模式直接著眼于失穩(wěn)現(xiàn)象本身，抑制引發(fā)喘振的氣流不穩(wěn)定過(guò)程，如對(duì)流場(chǎng)反饋預(yù)擾動(dòng)，改善壓縮機(jī)系統(tǒng)的性能，阻止喘振發(fā)生。從圖2.4所示的一例壓縮機(jī)特性曲線圖能夠看出，喘振主動(dòng)控制實(shí)施后運(yùn)行點(diǎn)落在原喘振線左側(cè)，明顯拓寬了安全工藝流量圍，降低了喘振發(fā)生的機(jī)率11。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，目前常規(guī)的控制方法主要是被動(dòng)控制方法。它是在系統(tǒng)工作的最小流量點(diǎn)與喘振點(diǎn)之間留有足夠大的穩(wěn)定區(qū)域，阻止工作點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)

54、。在正常運(yùn)行情況下，壓縮機(jī)運(yùn)行在工作點(diǎn)處，工作點(diǎn)的位置決定于流量、壓力、差壓等因素，當(dāng)入口流量減少、出口壓力增加時(shí)將使壓縮機(jī)工作點(diǎn)更靠近喘振線，壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況隨時(shí)發(fā)生變化，如停機(jī)、入口或出口流量閥可能關(guān)小或關(guān)閉，即通過(guò)流量改變影響壓縮機(jī)運(yùn)行，使之可能出現(xiàn)喘振。為避免透平壓縮機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)域，對(duì)于空氣壓縮機(jī)，可通過(guò)打開(kāi)放空空閥；對(duì)于其他成分壓縮機(jī)，可打開(kāi)連接壓縮機(jī)出口與入口的防喘振回流閥，維持壓縮機(jī)在最小流量下運(yùn)行。選擇一個(gè)適于裝置特性的喘振控制系統(tǒng)，取決于許多因素，它包括：壓縮機(jī)的種類、負(fù)荷的變化、測(cè)量元件的父敏度、可靠性和喘振控制系統(tǒng)所要求的精確度等。傳統(tǒng)防喘振的控制方法有，固定極限流量(或

55、稱最小流量)法和可變極限流量法和變頻控制法。管網(wǎng)特性線 主動(dòng)控制后的喘振線 喘振線 壓縮機(jī)特性線 圖2.4壓縮機(jī)性能曲線Fig. 2.4 Compressor performance curve如圖2.5所示，讓壓縮機(jī)通過(guò)的流量總是大于某一定值流量Qp，為保證在各種轉(zhuǎn)速下壓縮機(jī)均不會(huì)發(fā)生喘振，選取最大轉(zhuǎn)速下的喘振極限流量值為Qp的值，當(dāng)不能滿足工藝負(fù)荷需要時(shí)，采取部分回流，從而防止進(jìn)入喘振區(qū)。（1）固定極限流量法圖2.5 固定極限流量Fig.2.5 Constant limit flow固定極限流量法通常用于恒速運(yùn)行的離心機(jī)且Q的取值應(yīng)以壓縮機(jī)高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的流量大于額定喘振點(diǎn)流量的710為比較適

56、合的狀態(tài)，為使壓縮機(jī)安全有效和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在低負(fù)荷下操作時(shí)，其氣量應(yīng)始終保持在喘振區(qū)右邊并留有一定的安全裕量，一般欲度在5一10之間。只要保證壓縮機(jī)吸人流量大于臨界吸入量Q。系統(tǒng)就會(huì)工作在穩(wěn)定區(qū)，不會(huì)發(fā)生喘振。如果生產(chǎn)降負(fù)荷時(shí)，須將部分出口氣體放空，保證系統(tǒng)作在穩(wěn)定區(qū)。固定極限流量法的控制是很簡(jiǎn)單方便，但其缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，控制參數(shù)過(guò)于簡(jiǎn)單，不能很好的反映喘振曲線的形態(tài)和特點(diǎn)，當(dāng)工作條件變化時(shí)，特別是工作溫度有所變化時(shí)，性能曲線會(huì)發(fā)生很大變化。不能充分使壓縮機(jī)工作在其工況區(qū)，浪費(fèi)了能源，降低了經(jīng)濟(jì)效益。參數(shù)控制過(guò)于簡(jiǎn)單對(duì)工作點(diǎn)和喘振線的變化不能與時(shí)修正，不能較好的實(shí)施控制。（2）可變極限流量法

57、?？勺儤O限流量是防喘振控制在整個(gè)壓縮機(jī)負(fù)荷變化圍，設(shè)置極限流量跟隨著轉(zhuǎn)速而變的一種防喘振控制，如圖2.6所示。實(shí)現(xiàn)可變極限防喘振，關(guān)鍵是確定壓縮機(jī)的喘振方案。圖2.6 可變極限流量Fig.2.6 Variable limit flow本文項(xiàng)目中采用的是可變極限流量法設(shè)計(jì)的防喘振系統(tǒng)，主要在根據(jù)流量，轉(zhuǎn)速變化的時(shí)候如何判斷工作點(diǎn)與喘振線的位置進(jìn)而去控制喘振閥的開(kāi)度。防喘振保護(hù)控制也不能過(guò)早地動(dòng)作，否則將引起能量的損耗。因此在喘振線右側(cè)設(shè)定一條控制線，其形狀與喘振線一致，但與喘振線相距5%-10%的流量量程值。該距離越小，打開(kāi)閥的機(jī)會(huì)就越小，能量損失越少，但對(duì)控制系統(tǒng)、閥門的響應(yīng)時(shí)間要求越高。該距

58、離越大，打開(kāi)閥的機(jī)會(huì)就越大12 。下文中還會(huì)具體提到如何實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)PID控制，手自動(dòng)高選與快開(kāi)慢關(guān)等相關(guān)的功能。2.3本章小結(jié)蒸汽透平（汽輪機(jī)）是用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組運(yùn)行，針對(duì)不同項(xiàng)目裝置的特點(diǎn)進(jìn)行分析，如何避開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)，最大的利用能源。因此需要將蒸氣透平的調(diào)速控制與壓縮機(jī)的壓力控制、防喘振控制、各個(gè)工況工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)與機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、超速保護(hù)、緊急停車等功能集成一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的安全、有效、平穩(wěn)、節(jié)能的控制。第3章 壓縮機(jī)控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成與系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)根據(jù)工藝裝置特性與用戶需求，本章首先對(duì)控制系統(tǒng)的硬件特點(diǎn)進(jìn)行闡述，從安全性、多功能性與可行性上作出分析，分析討論選取Tricon系統(tǒng)編程與監(jiān)控的原因，

59、針對(duì)Tricon系統(tǒng)的本身特點(diǎn)展開(kāi)論述，特別對(duì)調(diào)速功能和防喘振無(wú)擾動(dòng)切換等功能的設(shè)計(jì)方案上進(jìn)行系統(tǒng)性的論證。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行、合理性的改進(jìn)和完善。3.1系統(tǒng)功能需求分析作為煉油、冶金、石化、等工業(yè)部門的關(guān)鍵設(shè)備，透平壓縮機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。許多大型的透平壓縮機(jī)機(jī)組由蒸氣透平和透平壓縮機(jī)構(gòu)成，從穩(wěn)定工況、安全生產(chǎn)角度出發(fā)，都為其配備控制系統(tǒng)。隨著許多生產(chǎn)裝置規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程控制的要求從過(guò)去調(diào)節(jié)單工況參數(shù)發(fā)展到需要調(diào)節(jié)多參數(shù)來(lái)穩(wěn)定生產(chǎn)，這樣對(duì)控制系統(tǒng)的要求也越加的嚴(yán)格，因此在設(shè)計(jì)控制方案時(shí)主要有以下幾方面需要重點(diǎn)分析：（1）設(shè)備的穩(wěn)定性。對(duì)于工業(yè)應(yīng)用的控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)，設(shè)計(jì)中首先考慮到的是效率

60、和網(wǎng)絡(luò)安全。針對(duì)上述問(wèn)題，本項(xiàng)目用到的Tricon控制系統(tǒng)CPU采用的三重冗余功能，光纖冗余通訊等。同時(shí)計(jì)算機(jī)也采用自動(dòng)鏡像硬盤，更有效的防御了病毒的入侵，防止了信息的泄漏和更改，確保了系統(tǒng)自身的安全。（2）系統(tǒng)的功能性。隨著科技的發(fā)展與工藝上更高的需求，控制系統(tǒng)功能需要實(shí)時(shí)、精確、無(wú)擾動(dòng)的控制。如：潤(rùn)滑油壓的調(diào)節(jié)、防喘振調(diào)節(jié)、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速與串級(jí)的調(diào)節(jié)等，都要求掃描周期短，運(yùn)算速度快，系統(tǒng)功能塊搭建簡(jiǎn)單等要求。其中防喘振控制方案的合理設(shè)計(jì)，直接能提高裝置的利用率，減少不必要的能源浪費(fèi)。控制系統(tǒng)功能的增強(qiáng)不但減輕了人工手動(dòng)控制的不便，同時(shí)也增加了系統(tǒng)控制的安全性。（3）設(shè)計(jì)的可行性。是指從軟、硬件