燃?xì)廨啓C(jī)增壓站防喘振系統(tǒng)控制分析

田茂彬 黑龍江省火電一公司

燃?xì)廨啓C(jī)增壓站防喘振系統(tǒng)控制分析

田茂彬 黑龍江省火電一公司

本文介紹了大型燃?xì)廨啓C(jī)增壓站所配離心式壓縮機(jī)防喘振系統(tǒng)的控制分析, 通過對(duì)其控制邏輯的分析與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的配置介紹, 對(duì)預(yù)防喘振的整個(gè)過程進(jìn)行了闡述。同時(shí),通過對(duì)增壓站壓縮機(jī)性能曲線的分析,在實(shí)際中對(duì)增壓站壓縮機(jī)防喘振控制邏輯進(jìn)行了改進(jìn),改進(jìn)后的控制邏輯在增壓站壓縮機(jī)運(yùn)行中控制效果良好,在168小時(shí)試運(yùn)行中,增壓站壓縮機(jī)未出現(xiàn)過任何喘振現(xiàn)象。這對(duì)于國(guó)內(nèi)電力行業(yè)的天然氣增壓具有重要的借鑒意義。

燃?xì)鈾C(jī)；增壓站；防喘振；防喘振閥；喘振線；防喘振線

1 前言

1.1 燃?xì)廨啓C(jī)增壓站工程:本工程為孟加拉國(guó)同吉80MW燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組電廠新建工程，主要包括一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、增壓站、附屬系統(tǒng)等。燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)設(shè)備和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)備由美國(guó)GE公司設(shè)計(jì),其控制系統(tǒng)為:MARK-VSPEEDTRONIC 。

1.2 增壓站的重要作用:增壓站在燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組中起著重要的作用，它將廠外來的低壓天然氣進(jìn)行升壓，達(dá)到燃機(jī)所需要的燃?xì)鈮毫土髁康葏?shù)，以確保燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組正?？煽窟\(yùn)行。本機(jī)組增壓站主要包括：增壓泵和增壓泵進(jìn)、出口管道及相應(yīng)設(shè)備,如過濾器、冷卻器、閥門、儀表等。增壓泵設(shè)備由沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠成套供貨，增壓泵進(jìn)出口管道及相應(yīng)設(shè)備由荷蘭PETROGAS公司成套供貨。增壓泵電機(jī)為佳木斯電機(jī)廠設(shè)備，為6KV、3218KW高壓電機(jī)，電機(jī)通過對(duì)輪和齒輪箱驅(qū)動(dòng)增壓泵壓縮機(jī)，壓縮機(jī)為離心式壓縮機(jī)，型號(hào)為2MCL458，額定轉(zhuǎn)速為12474r/min。增壓泵額定參數(shù)如下：流量3600Nm3/H，入口壓力3.7868bar，入口溫度35℃，出口壓力27.1bar，出口溫度134.8℃。

2 燃?xì)廨啓C(jī)增壓站控制系統(tǒng)

2.1 控制系統(tǒng)流程圖:

圖1 增壓站控制系統(tǒng)流程圖

其中: FT01為增壓站壓縮機(jī)入口燃?xì)饬髁? TE01 為增壓站壓縮機(jī)入口燃?xì)鉁囟?

PT01為增壓站壓縮機(jī)入口燃?xì)鈮毫? TE02為增壓站壓縮機(jī)出口燃?xì)鉁囟?

PT02為增壓站壓縮機(jī)出口燃?xì)鈮毫?

TE03為增壓站出口燃?xì)鉁囟?

FT02為增壓站出口燃?xì)饬髁?

PT03為增壓站出口燃?xì)鈮毫?

A01為防喘振氣動(dòng)閥;

A02 為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥;

2.2 控制系統(tǒng)功能:本機(jī)組增壓站控制系統(tǒng)由荷蘭PETROGAS公司成套設(shè)計(jì)并供貨，采用日本YOKOGAWA PLC 控制系統(tǒng)，主要控制功能如下：增壓泵啟動(dòng)系統(tǒng)控制功能、增壓泵跳閘系統(tǒng)控制功能、潤(rùn)滑油系統(tǒng)控制功能、再循環(huán)系統(tǒng)控制功能、防喘振系統(tǒng)控制功能、過濾器系統(tǒng)控制功能、冷卻器系統(tǒng)控制功能、干氣密封系統(tǒng)控制功能、空壓機(jī)系統(tǒng)控制功能、制氮系統(tǒng)控制功能、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)控制功能、實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)控制功能。

3 增壓站壓縮機(jī)的防喘振控制系統(tǒng)

3.1 增壓站壓縮機(jī)防喘振原理:當(dāng)來自離心式壓縮機(jī)出口處的天然氣壓力管網(wǎng)的阻力增加到一定值時(shí)，排氣流量將快速下降。當(dāng)排氣流量降到某一點(diǎn)時(shí)，一個(gè)周期性的氣流波動(dòng)在壓縮機(jī)管道內(nèi)發(fā)生，排氣壓力和流量波動(dòng)很大，同時(shí)意味著異常的噪音出現(xiàn)，這種現(xiàn)象叫喘振。當(dāng)喘振發(fā)生時(shí)，很容易損害壓縮機(jī)，因此壓縮機(jī)不允許在喘振區(qū)內(nèi)工作。增壓站壓縮機(jī)防喘振的基本原理是：無論壓縮機(jī)運(yùn)行狀況如何，均應(yīng)確保入口流量大于喘振時(shí)的流量。只在這樣，才能確保壓縮機(jī)穩(wěn)定地工作。這就需要找出真實(shí)的喘振線來確保壓縮機(jī)在更穩(wěn)定的工作區(qū)域工作。

3.2 增壓站壓縮機(jī)防喘振閥的性能分析:

3.2.1 防喘振閥主要作用: 當(dāng)壓縮機(jī)即將發(fā)生喘振時(shí),迅速打開,增加入口流量。圖1中的A01為防喘振氣動(dòng)閥，其氣動(dòng)原理圖如圖2：

圖2 防喘振閥A01氣動(dòng)原理圖

3.2.2 防喘振氣動(dòng)閥各組成元件的性能:

a.氣動(dòng)閥:本防喘振閥為氣關(guān)閥,有壓力氣源時(shí)關(guān)閥,無壓力氣源時(shí)開閥。

b.定位器:向PLC反饋位置信號(hào)為4～20m A，相對(duì)應(yīng)于閥門開度0%～100%。P LC 向定位器輸出相對(duì)應(yīng)于閥門開度0%～100%的4～20m A調(diào)節(jié)信號(hào)，定位器便輸出一個(gè)與輸入開度調(diào)節(jié)信號(hào)（0%～100%）相反的壓力調(diào)節(jié)氣源（100%～0%）。

c.電磁閥:帶電時(shí)1和2通、2和R斷，失電時(shí)1和2斷、2和R通，R為排氣孔。

d.滑閥:首先有一個(gè)主氣源P作為導(dǎo)通信號(hào)，當(dāng)滑閥輸入的壓力氣源信號(hào)P1由100%向0%變化時(shí)，滑閥向防喘振閥輸出的壓力氣源信號(hào)P2也由100%向0%變化。

e.釋放閥:當(dāng)P有氣源壓力時(shí)A和R斷，當(dāng)P無氣源壓力時(shí)A和R通。

3.3 增壓站壓縮機(jī)防喘振氣動(dòng)閥工作原理:當(dāng)電磁閥帶電時(shí)，PLC向定位器輸入調(diào)節(jié)信號(hào)4～20m A（對(duì)應(yīng)于氣動(dòng)閥開度0%～100%），定位器便相應(yīng)輸出壓力調(diào)節(jié)氣源信號(hào)100%～0%（對(duì)應(yīng)于氣動(dòng)閥開度0%～100%），此信號(hào)經(jīng)電磁閥輸入至滑閥P1處，滑閥便輸出壓力氣源信號(hào)100%～0%，氣動(dòng)閥便由全關(guān)至全開調(diào)節(jié)，此時(shí)釋放閥的A和R斷；當(dāng)電磁閥失電時(shí)，滑閥因無氣源壓力調(diào)節(jié)信號(hào)P1輸入，故輸出P2為0，氣動(dòng)閥全開，此時(shí)，釋放閥的A和R通，確保氣動(dòng)閥內(nèi)的壓力氣源排出，而快速達(dá)到全開位置。

4 增壓站壓縮機(jī)防喘振控制邏輯及其改進(jìn)

4.1 增壓站壓縮機(jī)原防喘振控制邏輯:

4.1.1 原防喘振控制過程:在增壓站壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí),當(dāng)壓縮機(jī)入口壓力PT01下降到2.0bar以下,那么,此時(shí)防喘振閥將立即打到全開位置，防止增壓泵入口出現(xiàn)低負(fù)壓，防止喘振出現(xiàn)，當(dāng)入口壓力PT01升到2.2bar以上時(shí)，防喘振閥再逐漸關(guān)閉。當(dāng)壓縮機(jī)啟動(dòng)或停機(jī)時(shí)，防喘振閥全開，防止出現(xiàn)喘振現(xiàn)象而損害設(shè)備。

4.1.2 原防喘振控制邏輯的缺陷: 原防喘振控制邏輯在做防喘振線和喘振線時(shí)，僅僅考慮了壓縮機(jī)入口壓力一個(gè)因素，其他如燃?xì)夥肿用芏?、流量、入口溫度、出口溫度、出口壓力等因素的變化影響均未考慮，顯然太簡(jiǎn)單，無法反映真實(shí)的喘振線和防喘振線。因原有防喘振邏輯與實(shí)際相差較大，故不能保證壓縮機(jī)正常穩(wěn)定地工作，會(huì)給壓縮機(jī)帶來很大的損害。

4.2 改進(jìn)后的增壓站壓縮機(jī)防喘振控制邏輯:

4.2.1 壓縮機(jī)性能曲線分析: 通過對(duì)壓縮機(jī)管道內(nèi)燃?xì)夥肿用芏取⒘髁?、入口壓力、入口溫度、出口壓力、出口溫度等因素變化影響的考慮，根據(jù)壓縮機(jī)性能曲線. 做出下列算式：

式(1)(2)中, QCTRL 為防喘振線上壓縮機(jī)入口燃?xì)饬髁? 單位為Nm3/h ;

QSRG為喘振線上壓縮機(jī)入口燃?xì)饬髁? 單位為Nm3/h ;

P 為壓縮機(jī)出口燃?xì)鈮毫?單位為kpa ;

通過以上算式,做出如下坐標(biāo)圖圖3:

圖3 增壓站壓縮機(jī)入口流量和出口壓力關(guān)系坐標(biāo)圖

在圖3中能顯示出改進(jìn)后的增壓站壓縮機(jī)防喘振控制邏輯是如何工作的。圖中SL表示喘振線，CL表示防喘振線，Qs l表示喘振線上壓縮機(jī)燃?xì)馊肟诹髁?，Q c l表示防喘振線上壓縮機(jī)燃?xì)馊肟诹髁浚琍表示壓縮機(jī)出口壓力PT02，Q入表示壓縮機(jī)入口流量FT01。SL線和CL線將工作區(qū)分成三個(gè)部分，位于SL左側(cè)為喘振部分，位于SL線和CL線之間的為調(diào)整部分，位于CL線右側(cè)為安全部分。

4.2.2 防喘振控制過程: 共有1、2、3、4等4種狀況：

1區(qū)：工作點(diǎn)在喘振線上方移動(dòng)，PLC對(duì)防喘振閥的控制信號(hào)為100%，防喘振閥全開，電磁閥失電；

2區(qū)：工作點(diǎn)在防喘振線下方移動(dòng)，PLC對(duì)防喘振閥的控制信號(hào)為100%，電磁閥帶電；

3區(qū)：工作點(diǎn)由2區(qū)向3區(qū)移動(dòng)過程中，當(dāng)Q=Qc l時(shí)，PLC對(duì)防喘振閥的控制信號(hào)開始由100%逐漸遞減，速率為0.5%/S，直至防喘振閥全關(guān)為止，此過程，電磁閥始終帶電；

4區(qū)：工作點(diǎn)由3區(qū)向4區(qū)移動(dòng)過程中，當(dāng)Q=Qc l時(shí)，PLC對(duì)防喘振閥的控制信號(hào)開始由0%逐漸遞增，當(dāng)Q=Q s l時(shí)，剛好為100%，此時(shí)，電磁閥剛好斷電。

4.2.3 防喘振控制系統(tǒng): 共有三種控制方式可以設(shè)定：自動(dòng)方式、半自動(dòng)方式，手動(dòng)方式。

a.自動(dòng)方式：整個(gè)防喘振系統(tǒng)均采用自動(dòng)控制方式；

b.半自動(dòng)方式：當(dāng)工作點(diǎn)在喘振線上方時(shí)，可采用手動(dòng)控制，其他均采用自動(dòng)控制方式；

c.手動(dòng)方式：整個(gè)防喘振系統(tǒng)均采用手動(dòng)控制方式；

當(dāng)壓縮機(jī)啟動(dòng)或停機(jī)時(shí)，防喘振閥均全開，然后再逐漸關(guān)上。

5改進(jìn)后的增壓站壓縮機(jī)防喘振控制邏輯程序:

6 結(jié)束語(yǔ)

6.1 改進(jìn)后的增壓站壓縮機(jī)防喘振控制邏輯程序?qū)τ跈C(jī)組運(yùn)行的作用和意義：因原有防喘振邏輯設(shè)計(jì)有錯(cuò)誤，故在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)防喘振邏輯進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)?，F(xiàn)有防喘振邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，考慮的因素比較全面，做出的防喘振線和喘振線更接近于真實(shí)的防喘振線和喘振線，因此確保了壓縮機(jī)有更穩(wěn)定的工作區(qū)域，工作更安全，更進(jìn)一步確保燃機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

6.2 隨著西氣東輸?shù)拈_展, 越來越多的燃?xì)怆姀S和化工廠即將投入運(yùn)行, 離心式壓縮機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景, 深刻理解增壓站壓縮機(jī)防喘振控制過程和控制邏輯，對(duì)于燃?xì)庠鰤合到y(tǒng)的安全運(yùn)行有著重要的意義。

[1]郝點(diǎn)，等.壓縮機(jī)手冊(cè).北京中國(guó)石化出版社. 書號(hào) :7-80164-303

[2]王書敏, 何可禹.離心式壓縮機(jī)技術(shù)問答( 第二版 ).北京中國(guó)石化出版社.書號(hào):7-80043-545-8.2005年1月

[3]高可源.計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 中央廣播電視大學(xué)出版社.2001年2月

[4]周萬珍, 高鴻斌.PLC分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用.北京電子工業(yè)出版社.2004年1月1日

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.093

田茂彬 1991年7月至今工作于黑龍江省火電建設(shè)第一工程公司熱控分公司；畢業(yè)于牡丹江師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用專業(yè) 大專；目前：工作于黑龍江省火電一公司 魏橋創(chuàng)業(yè)集團(tuán)鄒平第三電廠施工現(xiàn)場(chǎng)，職務(wù)工程師。