儀表聯(lián)鎖一體化控制單元（ITCC）在壓縮機防喘振控制上的應用

王德帥 楊明 孫麒豐

摘 要：在現(xiàn)代化工生產(chǎn)中，需要采用加壓的方式來使得相關物料的物理狀態(tài)進行改變，以便更好的儲存和運送。在這一過程中，壓縮機是非常核心的一項生產(chǎn)設備。喘振是壓縮機常見的一種問題，壓縮機一旦發(fā)生喘振，就會影響實際的生產(chǎn)流程，嚴重時還會引發(fā)生產(chǎn)安全事故。有鑒于此，本文對儀表聯(lián)鎖一體化控制單元（ITCC）在壓縮機防喘振控制上的應用進行了探討，旨在進一步保證化工生產(chǎn)的安全、順利進行。

關鍵詞：ITCC；壓縮機；防喘振；控制系統(tǒng)

建立健全檢測和保護系統(tǒng)可以及時了解壓縮機運行情況，以便發(fā)現(xiàn)機組中的問題，然后進行處理，必要時可下達停車的命令，對設備進行保護。ITCC 屬于綜合控制的系統(tǒng)，可以完成上述的控制，并且與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，這種系統(tǒng)有著可靠性高、系統(tǒng)組態(tài)與功能強大等優(yōu)勢。

一、ITCC 系統(tǒng)的構成

PLC 控制系統(tǒng)，是一種可編程邏輯控制器，也是數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，而ITCC 系統(tǒng)，就是以WOODWARD MicroNetTMR 為中央處理器的PLC 監(jiān)控操作系統(tǒng)，其系統(tǒng)結構組成，其中HMI 表示人機接口顯示單元、Protech203 表示超速聯(lián)鎖系統(tǒng)、DCS 表示現(xiàn)場總線系統(tǒng)、SIS 表示安全儀表系統(tǒng)、MCC表示低壓電控系統(tǒng)、LCP 表示現(xiàn)場控制面板。

二、防喘振控制分析

ITCC 具有3 個防喘振控制回路，分別是閉環(huán)喘振控制線（SCL）控制、閉環(huán)速率控制、開環(huán)階躍控制。同時喘振控制線控制，以及速率控制，是最初始的防喘振控制線，合理的控制可有效的避免喘振情況的發(fā)生。

離心壓縮機在工作時，喘振是伴隨的特有屬性。壓縮機負荷的大小直接影響排氣量的大小，排氣量的大小和震蕩的幅度有直接的聯(lián)系。這種排氣震動等周期性的變化，就是我們說的壓縮機喘振。若想避免發(fā)生壓縮機喘振的情況，需要相關人員全面認識壓縮機特性的曲線，在每一種轉速下，其壓縮比值均會有個高點，把全部轉速下高點連為一條線，就可以獲得喘振線。由于每一臺壓縮機特性曲線存在差異，不僅會因為轉速和壓縮比值受到影響，而且會因為分子量、吸入壓力與溫度等受到影響。加之，管網(wǎng)的特性和喘振有著相關性，這就需要針對壓縮機實際情況制定防喘振的措施，對喘振情況進行控制。

三、在壓縮機中應用ITCC 系統(tǒng)防喘振控制系統(tǒng)的情況

（1）DCS 流量的控制

可以在第1、2 段出口設置一個測量裝置，即FT103A/B，主要用來測量防喘振的控制流量；第3、4段出口設置FT121A/B 裝置，同樣用來測量防喘振的控制流量，將FT121A/B 與FT103A/B 流量測量的變送器置于ITCC 與DCS 的系統(tǒng)中，于DCS 系統(tǒng)中設置了防喘振的控制器，經(jīng)PID 的運算以后，將MV 數(shù)值輸?shù)絀TCC 的系統(tǒng)中。同時DCS 操作人員能對防喘振的控制閥進行調(diào)節(jié)，置于選取ITCC 的控制系統(tǒng)或是DCS 的控制系統(tǒng)，主要由ITCC 選擇開關來決定。此外，于ITCC 中進行防喘振的控制，主要是采取流量變送器的測量流量值，在控制器中實施壓力與溫度補償，再對實際流量數(shù)值進行計算，并與防喘振的控制線流量進行對比，明確要不要將防喘振的控制閥打開。

（2）確定防喘振的控制線（SCL）

在計算壓縮機的喘振點入口流量時，使用多變壓頭和平方比值，在一些特殊情況下，會因為流量測量準確性的問題不能驗證喘振線，所以在喘振點測量時，最好方式就是現(xiàn)場測量。將防喘振的控制裕量調(diào)整為喘振發(fā)生時的流量5%-15%，同時在ITCC 的控制器中把上述裕量設置成防喘振的控制線/SCL。

防喘振的控制點等于（QS+Margin）2/HP。在公式中Margin 代表防喘振的控制裕量值，需要在各種轉速情況計算出防喘振的控制點數(shù)值，根據(jù)閥門大小與控制系統(tǒng)的狀況，把防喘振的控制閥響應時間設置成2-5 秒，而對10%甚至于更少安全的裕量，需要按照移動的速率確定響應時間。

四、在壓縮機中運用ITCC 系統(tǒng)防喘振控制系統(tǒng)的方法

（1）防喘振的操作

在壓縮機運行的過程中，需要按照實際數(shù)據(jù)對多變壓頭進行計算，對工況點進行確定，計算工況點和喘振線/SL、防喘振的控制線/SCL 間的距離。

若系統(tǒng)處于穩(wěn)定值，要手動復位以后才可以將防喘振閥門關小，在關小時，不可以出現(xiàn)擾動波動情況。防喘振的系統(tǒng)為避免防喘振閥門輸出發(fā)生變化，需要伴隨信號情況不斷的開關，這在很大程度上會縮短閥門壽命。如果輸出信號在2%以內(nèi)，閥門就不會有動作，僅有輸出的偏差超過2%，閥門才會有動作。

（2）防喘振的控制功能

通常情況下，壓縮機防喘振的控制主要是當壓縮機速度到達額定的轉速時，通過操作工來投用。操作方式主要包含三種，即自動、手動與手動后備，其中，手動方式可以控制防喘振的控制全部功能，能夠對防喘振閥進行直接控制；手動后備的方式則是在工作點與喘振控制線距離較遠時投用，相關操作工可以對防喘振閥進行控制，如果壓縮機的工作點與喘振控制線距離較近，那么防喘振的控制高選擇線/HSS 就會發(fā)揮作用，將防喘振閥強制打開；自動控制方式屬于ITCC 控制，經(jīng)計算流量過程參數(shù)，可以對防喘振閥進行控制，這種模式比較嚴格，操作者不能關閉與開啟防喘振的閥門。

總之，和模擬儀表的組成控制系統(tǒng)比起來，ITCC 防喘振的控制系統(tǒng)主要通過組態(tài)方式組成相應的控制回路，主要優(yōu)勢是修改變更比較方便與組建靈活。而模擬儀表的控制方案修改需要經(jīng)過增減自控設備與變更接線等才可以完成。但是需要注意的是，雖然ITCC 的應用，有效的提高了壓縮機防喘振控制系統(tǒng)的效率和可靠性，但是在使用和維護壓機防喘振儀表時，還是要注意壓縮機事項，實時的關注壓機進口流量、壓力，以及裝置流量等參數(shù)的變化，根據(jù)實際的壓縮機工況，采用合理防喘振控制模式，從而更好的使壓縮機遠離喘振區(qū)，避免事故的發(fā)生。

參考文獻

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