工藝空氣壓縮機控制系統(tǒng)的改進

郝小燕

（河南煤業(yè)化工集團中原大化公司，河南濮陽 457OO4）

工藝空氣壓縮機控制系統(tǒng)的改進

郝小燕

（河南煤業(yè)化工集團中原大化公司，河南濮陽 457OO4）

著重分析工藝空氣離心式壓縮機原防喘振控制系統(tǒng)在運行中存在的問題，針對存在的問題對控制系統(tǒng)進行了改進，通過本次改進解決了困擾合成氨的兩大問題，穩(wěn)定了生產(chǎn)，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。

壓縮機；防喘振控制系統(tǒng)；問題；改造

中原大化合成氨裝置工藝空氣壓縮機是由燃氣輪機驅動的離心式壓縮機。該機原來只有固定曲線防喘振控制系統(tǒng)，采用單一5段出口流量測量，調(diào)節(jié)器為日本橫河YS－8O SLCD，調(diào)節(jié)閥為德國GAULD公司的調(diào)節(jié)閥。改進為可變極限防喘振控制系統(tǒng)，并增加壓縮機性能控制系統(tǒng)，采用5段出口流量測量，增加入口壓力、出口壓力補償，引入燃氣輪機低壓軸轉速等，增加變送器PT－O2O35進行性能控制，調(diào)節(jié)器為美國壓縮機控制公司的3+系列，調(diào)節(jié)閥為美國FISHER公司的產(chǎn)品，外加一臺性能監(jiān)測計算機直接觀察工作點的參數(shù)等變化。

1 原防喘振控制系統(tǒng)運行中存在的問題

由于采用固定極限防喘振控制系統(tǒng)，也就決定了它只是以防喘振為目的，而不是根據(jù)工藝狀況調(diào)整負荷的大小，不利于節(jié)能。

空壓機與燃氣輪機可調(diào)裕量小，從而不好控制，特別是在工況波動時波動幅度很大，容易引起停車。

空氣壓縮機是從大氣吸入空氣，所以它受大氣的溫度、壓力、濕度等的影響大，而這幾個因數(shù)都是影響空壓機喘振的關鍵因素?？諌簷C的出口溫度基本上恒定于14O℃左右，壓力基本上恒定在4MPa左右，條件比較穩(wěn)定。實踐證明空壓機在同一大氣條件下，喘振時入口參數(shù)變化最靈敏，而出口參數(shù)滯后。所以原控制系統(tǒng)存在調(diào)節(jié)不及時現(xiàn)象。而且由于每次喘振周期與喘振幅度不一致，有時候防喘振系統(tǒng)動作時反而加大了上述的波動。

調(diào)節(jié)閥選型不合適，從原始開車以來一直不容易控制并多次故障，為安全運行帶來了隱患，并且多次導致被迫停車或推遲開車。

2 新系統(tǒng)的特點

采用防喘振與性能控制相結合，有以下幾個特點：!把進、出口壓力引入防喘振控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了可變極限防喘振控制。"與燃氣輪機控制系統(tǒng)結合，實現(xiàn)整個機組的性能控制。#壓力超馳特性可在工藝需要時提高放空流量，維持工藝需要的壓力。此時不以節(jié)能為目的，以穩(wěn)定工藝壓力為目的。$采用多個措施來預防喘振的發(fā)生，或是迅速弱化直至消除喘振，其過程簡述如下：控制中四條曲線最基本的曲線是喘振極限線（SLL），SLL要根據(jù)實際機組喘振實驗來確定，一旦SLL線確定，則安全狀態(tài)線（SOL）、循環(huán)釋放線（RTL）、喘振控制線（SCL）則根據(jù)相應的算法確定下來。防喘振控制系統(tǒng)根據(jù)控制算法有一個工作點。根據(jù)工作點位置判斷工藝狀態(tài)。平穩(wěn)運行時該工作點應處于SCL上或右邊。

對于我廠正常運行時，防喘振系統(tǒng)由壓力超馳（POC）或防喘振PI算法控制。壓力超馳控制是當工藝空氣壓縮機出口壓力大于設定壓力的O.15 MPa時進行控制，這時由性能控制器的PI算法控制防喘振控制閥FVO2OO1，以滿足工藝系統(tǒng)對壓力的要求。防喘振PI算法是在壓縮機出口壓力不大于設定壓力的O.15 MPa，且工作點在RTL的右邊時起作用。當工作點在SCL右邊時，是關閉FVO2OO1的趨勢；當工作點在SCL的左邊時，是打開FVO2OO1的趨勢，且離SCL越遠，動作速度越快。以上兩種控制基本上滿足了正常穩(wěn)定運行的控制要求。

有時候當系統(tǒng)波動時，工作點移至RTL上，甚至左邊，這時控制器選擇RT控制算法。當工作點在RTL上或左邊時，F(xiàn)VO2OO1的動作是一個幅度為（－25×25Dev）的階躍，增大流量使工作點迅速右移，從而不致于系統(tǒng)惡化到喘振。如果工作點繼續(xù)左移，以O.48 s的周期階躍開大FVO2OO1，阻止工作點的左移，直到工作點右移，工作點右移后FVO2OO1以指數(shù)規(guī)律衰減，以適應新的工藝狀態(tài)。即快開防喘振，慢關適應新工藝。

當工作點繼續(xù)左移至SLL時，就會發(fā)生喘振。如果喘振時工作點移至SOL，則喘振計數(shù)器計數(shù)一次，它使SCL右移5%；喘振計數(shù)器計數(shù)二次，SCL右移1O%，依次類推。主要目的是為了防止不明原因的喘振再次發(fā)生，損壞壓縮機。如果查明原因并解決問題，可以復位喘振計數(shù)器，使SCL恢復原位。

采用圖形軟件WIOS直接觀察工作點的狀況。利用WIOS圖形軟件收集各種動態(tài)信息，并可直觀地看到工作點的動態(tài)變化。有利于我們總結運行經(jīng)驗，穩(wěn)定今后的操作。

采用新的防喘振控制閥 FVO2OO1。新的FVO2OO1不管在流通能力、控制準確度及快開速度、靈敏度等比原閥都有很大的提高。當壓縮機喘振時，要求它能在2s內(nèi)全開，從而適應快速反應。

3 改進的主要工作

讓新系統(tǒng)與其它相關聯(lián)系統(tǒng)無縫連接，既改造了舊系統(tǒng)、克服了原來的缺點，又盡可能的適應了原系統(tǒng)。主要工作有：!與PLC的連接。保持原來的報警功能和保護功能，增加“調(diào)節(jié)器故障或輸出故障”和“變送器故障或過喘振”。"與DCS的連接。保持原DCS上的FTO2OO1流量指示和PTO2O25壓力指示。#與燃氣輪機控制系統(tǒng)的連接。與燃氣輪機控制系統(tǒng)連接使整個機組一體化控制，實現(xiàn)防喘振與性能控制的聯(lián)合控制。$調(diào)節(jié)閥的選型與氣路的改造。由于原調(diào)節(jié)閥的缺點，更換了調(diào)節(jié)閥。考慮到全廠聯(lián)鎖功能的實現(xiàn)，改造了調(diào)節(jié)閥的氣路。

4 運行中發(fā)現(xiàn)的問題及分析處理

改進后，系統(tǒng)運行時發(fā)現(xiàn)，新上的防喘振系統(tǒng)和燃氣輪機控制系統(tǒng)聯(lián)合控制時，空壓機五段出口的壓力一直有一個波動存在。

從理論上講，燃氣輪機控制、防喘振控制、性能控制三者進行優(yōu)化、聯(lián)合控制是可行的。但是在實際運行中存在以下幾個問題：!燃氣輪機本身已經(jīng)構成了一個復雜的控制系統(tǒng)，它本身存在著很多干擾因素，如：燃料壓力，燃料成分，負荷的變化，環(huán)境溫度、壓力、濕度的變化等。運行時控制系統(tǒng)一直在克服這些干擾，穩(wěn)定乏氣的溫度和低壓軸的轉速。"合成氨工藝系統(tǒng)也存在著一些干擾因素，比如：總碳的高低、某一環(huán)節(jié)故障、泵的切換、閥門的不好用等，這些干擾通過工藝空氣壓力、流量來影響防喘振和性能控制。#防喘振和性能控制也有諸如轉子轉速、空氣溫度、空氣壓力和濕度、工藝系統(tǒng)壓力等干擾因素。

以上三個原因綜合在一起，各個干擾的時間常數(shù)和幅度也大小不一，有些干擾因素既是原因又是結果，形成了復雜的耦合作用。如果各個控制參數(shù)調(diào)整得非常合適，可以達到穩(wěn)定運行的結果，但在實際運行中由于條件太多，全部參數(shù)準確調(diào)整是不可能的。所以，空壓機五段出口的壓力一直有一個波動。但從一段爐來的原料氣和工藝空氣進入二段爐，需要二者有一個相對的平衡，才能夠同時穩(wěn)定地、均勻地進入系統(tǒng)。如果工藝空氣一直在波動，一個強、一個弱，弱的會驟減、強的會驟增，導致合成氨的波動，甚至停車，得不償失。所以決定把他們隔離，讓他們各自作用。

另外，在投運初期，由于設定的控制裕量比較大，造成空氣放空多，而工藝不夠用的結果。經(jīng)幾次探索把裕量偏差由24調(diào)至12，滿足了工藝需要。

5 結束語

通過本次改進，解決了困擾合成氨裝置的兩大問題，一是FVO2OO1常年不好用的問題；二是在O2波動時，防喘振系統(tǒng)及時動作，平衡了燃氣輪機、工藝空氣壓縮機、合成氨系統(tǒng)的矛盾，使他們之間有一個緩沖，降低了波動幅度，減少了波動時間，穩(wěn)定了生產(chǎn)，為公司創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益。

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2O1O－O4－26

郝小燕（1979－），女，助理工程師，從事自動化儀表維護與檢修工作，電話：（O393）895215O。