工艺空气压缩机控制系统的改进

2010-08-15郝小燕

河南化工 2010年17期

关键词：空气压缩机燃气轮机空压机

郝小燕

（河南煤业化工集团中原大化公司，河南濮阳 457OO4）

工艺空气压缩机控制系统的改进

郝小燕

（河南煤业化工集团中原大化公司，河南濮阳 457OO4）

着重分析工艺空气离心式压缩机原防喘振控制系统在运行中存在的问题，针对存在的问题对控制系统进行了改进，通过本次改进解决了困扰合成氨的两大问题，稳定了生产，创造了巨大的经济效益。

压缩机；防喘振控制系统；问题；改造

中原大化合成氨装置工艺空气压缩机是由燃气轮机驱动的离心式压缩机。该机原来只有固定曲线防喘振控制系统，采用单一5段出口流量测量，调节器为日本横河YS－8O SLCD，调节阀为德国GAULD公司的调节阀。改进为可变极限防喘振控制系统，并增加压缩机性能控制系统，采用5段出口流量测量，增加入口压力、出口压力补偿，引入燃气轮机低压轴转速等，增加变送器PT－O2O35进行性能控制，调节器为美国压缩机控制公司的3+系列，调节阀为美国FISHER公司的产品，外加一台性能监测计算机直接观察工作点的参数等变化。

1 原防喘振控制系统运行中存在的问题

由于采用固定极限防喘振控制系统，也就决定了它只是以防喘振为目的，而不是根据工艺状况调整负荷的大小，不利于节能。

空压机与燃气轮机可调裕量小，从而不好控制，特别是在工况波动时波动幅度很大，容易引起停车。

空气压缩机是从大气吸入空气，所以它受大气的温度、压力、湿度等的影响大，而这几个因数都是影响空压机喘振的关键因素。空压机的出口温度基本上恒定于14O℃左右，压力基本上恒定在4MPa左右，条件比较稳定。实践证明空压机在同一大气条件下，喘振时入口参数变化最灵敏，而出口参数滞后。所以原控制系统存在调节不及时现象。而且由于每次喘振周期与喘振幅度不一致，有时候防喘振系统动作时反而加大了上述的波动。

调节阀选型不合适，从原始开车以来一直不容易控制并多次故障，为安全运行带来了隐患，并且多次导致被迫停车或推迟开车。

2 新系统的特点

采用防喘振与性能控制相结合，有以下几个特点：!把进、出口压力引入防喘振控制系统，实现了可变极限防喘振控制。"与燃气轮机控制系统结合，实现整个机组的性能控制。#压力超驰特性可在工艺需要时提高放空流量，维持工艺需要的压力。此时不以节能为目的，以稳定工艺压力为目的。$采用多个措施来预防喘振的发生，或是迅速弱化直至消除喘振，其过程简述如下：控制中四条曲线最基本的曲线是喘振极限线（SLL），SLL要根据实际机组喘振实验来确定，一旦SLL线确定，则安全状态线（SOL）、循环释放线（RTL）、喘振控制线（SCL）则根据相应的算法确定下来。防喘振控制系统根据控制算法有一个工作点。根据工作点位置判断工艺状态。平稳运行时该工作点应处于SCL上或右边。

对于我厂正常运行时，防喘振系统由压力超驰（POC）或防喘振PI算法控制。压力超驰控制是当工艺空气压缩机出口压力大于设定压力的O.15 MPa时进行控制，这时由性能控制器的PI算法控制防喘振控制阀FVO2OO1，以满足工艺系统对压力的要求。防喘振PI算法是在压缩机出口压力不大于设定压力的O.15 MPa，且工作点在RTL的右边时起作用。当工作点在SCL右边时，是关闭FVO2OO1的趋势；当工作点在SCL的左边时，是打开FVO2OO1的趋势，且离SCL越远，动作速度越快。以上两种控制基本上满足了正常稳定运行的控制要求。

有时候当系统波动时，工作点移至RTL上，甚至左边，这时控制器选择RT控制算法。当工作点在RTL上或左边时，FVO2OO1的动作是一个幅度为（－25×25Dev）的阶跃，增大流量使工作点迅速右移，从而不致于系统恶化到喘振。如果工作点继续左移，以O.48 s的周期阶跃开大FVO2OO1，阻止工作点的左移，直到工作点右移，工作点右移后FVO2OO1以指数规律衰减，以适应新的工艺状态。即快开防喘振，慢关适应新工艺。

当工作点继续左移至SLL时，就会发生喘振。如果喘振时工作点移至SOL，则喘振计数器计数一次，它使SCL右移5%；喘振计数器计数二次，SCL右移1O%，依次类推。主要目的是为了防止不明原因的喘振再次发生，损坏压缩机。如果查明原因并解决问题，可以复位喘振计数器，使SCL恢复原位。

采用图形软件WIOS直接观察工作点的状况。利用WIOS图形软件收集各种动态信息，并可直观地看到工作点的动态变化。有利于我们总结运行经验，稳定今后的操作。

采用新的防喘振控制阀 FVO2OO1。新的FVO2OO1不管在流通能力、控制准确度及快开速度、灵敏度等比原阀都有很大的提高。当压缩机喘振时，要求它能在2s内全开，从而适应快速反应。

3 改进的主要工作

让新系统与其它相关联系统无缝连接，既改造了旧系统、克服了原来的缺点，又尽可能的适应了原系统。主要工作有：!与PLC的连接。保持原来的报警功能和保护功能，增加“调节器故障或输出故障”和“变送器故障或过喘振”。"与DCS的连接。保持原DCS上的FTO2OO1流量指示和PTO2O25压力指示。#与燃气轮机控制系统的连接。与燃气轮机控制系统连接使整个机组一体化控制，实现防喘振与性能控制的联合控制。$调节阀的选型与气路的改造。由于原调节阀的缺点，更换了调节阀。考虑到全厂联锁功能的实现，改造了调节阀的气路。

4 运行中发现的问题及分析处理

改进后，系统运行时发现，新上的防喘振系统和燃气轮机控制系统联合控制时，空压机五段出口的压力一直有一个波动存在。

从理论上讲，燃气轮机控制、防喘振控制、性能控制三者进行优化、联合控制是可行的。但是在实际运行中存在以下几个问题：!燃气轮机本身已经构成了一个复杂的控制系统，它本身存在着很多干扰因素，如：燃料压力，燃料成分，负荷的变化，环境温度、压力、湿度的变化等。运行时控制系统一直在克服这些干扰，稳定乏气的温度和低压轴的转速。"合成氨工艺系统也存在着一些干扰因素，比如：总碳的高低、某一环节故障、泵的切换、阀门的不好用等，这些干扰通过工艺空气压力、流量来影响防喘振和性能控制。#防喘振和性能控制也有诸如转子转速、空气温度、空气压力和湿度、工艺系统压力等干扰因素。

以上三个原因综合在一起，各个干扰的时间常数和幅度也大小不一，有些干扰因素既是原因又是结果，形成了复杂的耦合作用。如果各个控制参数调整得非常合适，可以达到稳定运行的结果，但在实际运行中由于条件太多，全部参数准确调整是不可能的。所以，空压机五段出口的压力一直有一个波动。但从一段炉来的原料气和工艺空气进入二段炉，需要二者有一个相对的平衡，才能够同时稳定地、均匀地进入系统。如果工艺空气一直在波动，一个强、一个弱，弱的会骤减、强的会骤增，导致合成氨的波动，甚至停车，得不偿失。所以决定把他们隔离，让他们各自作用。

另外，在投运初期，由于设定的控制裕量比较大，造成空气放空多，而工艺不够用的结果。经几次探索把裕量偏差由24调至12，满足了工艺需要。