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离心式压缩机防喘振控制技术的应用

2018-10-20刘树娟

关键词:安全线控制线离心机

刘树娟

【摘 要】简要介绍了离心机的特点,举例介绍了离心机防喘振控制性能曲线、参数设定和控制方案,简要描述了离心机正常工况和异常工况的调控作用过程。

【Abstract】The characteristics of centrifuge are briefly introduced, and an example is given to introduce the performance curve, parameter setting and control scheme of anti-surge control of centrifuge. And the control process of centrifuge under normal and abnormal conditions is briefly described.

【关键词】离心机;安全线;控制线;旁路阀;入口导叶;防喘振

【Keywords】centrifugal compressor; safety line; control line; by pass valve; inlet guide vane; anti-surge control

【中图分类号】TH452 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069(2018)07-0133-02

1 离心机的特点

离心式压缩机是具有处理气量大、体积小、结构简单、运转平稳、维修方便等特点,应用范围广。但由于离心机本身结构所限,仍然存在短板,在压力高、流量小的场合会发生喘振,且不能从设计上予以消除。下面结合生产实际,介绍防喘振控制技术在某化工装置离心式压缩机上的应用情况。

2 离心式压缩机防喘振控制性能曲线

防喘振控制曲线见图1,纵坐标为出口气体压力,横坐标为出口气体流量。各控制线实现功能如下所述:

2.1 喘振线

喘振线是压缩机在不同工况下各对应喘振点的连线,它把性能曲线分成稳定区和不稳定区。

2.2 防喘振控制线FIC(BV)

机组正常运行时, 控制系统控制运行点在稳定区运行,为防止运行点接近喘振线,在喘振线的右侧平行地设置了一条防喘振控制线FIC(BV)。

喘振控制线是防喘振控制系统的基准线, 一般设定在喘振线右侧5%~15%处。它将压缩机喘振线右侧的区域划分为左右两部分, 即控制区域和安全区域。当压缩机运行在安全区域时, 出口流量大于防喘振控制线设定值, 控制器会自动关闭旁路阀BV。如果压缩机工况波动,工作点进入控制区域, 控制器的输出将使旁路阀BV开大,增大压缩机回流量, 将工作点拉回控制线上。

2.3 流量下限安全线(FAL)

为确保在极端工况、防喘振控制系统或阀门定位器等故障情况下也能保护机组, 在喘振线与控制线之间设置了一条流量下限安全线(FAL),当运行点到达安全线(FAL)时,旁路阀快速打开,提高入口流量,同时DCS上将旁路阀阀开度锁定在100%上,入口导流叶片阀开度锁定在0%上,压缩机卸载。

2.4 压力上限安全线(PAH)

为保护机组不超压,防喘振控制系统设置了一条出口压力上限安全线(PAH),当压力到达安全线(PAH)时,旁路阀快速打开,限制出口压力,同时DCS上将旁路阀阀开度锁定在100%上,入口导流叶片阀开度锁定在0%上,压缩机卸载。

2.5 负荷控制PIC(IGV)

操作人员通过PID调节器打开入口导叶,控制流量,调整负荷。

2.6 主电机电流控制(AIC)

设置PID调节器(AIC)控制主电机电流,同时与负荷控制PIC(IGV)调节器构成超弛控制,防止过载。

3 离心机防喘振控制方案

防喘振控制系统主要包括入口导叶开度调节回路、旁路阀调节回路、逻辑控制三部分,其控制方案如图2所示。

3.1 入口导叶开度调节

入口导叶开度用来调节压缩机进出口压力和循环气流量,满足工艺生产的需要,同时保证压缩机工作在稳定的工作区内。为防止过载,该控制采用出口压力与主电机电流超弛控制,低选后控制入口导叶。

3.2 旁路阀开度调节

通过旁路阀的打开,保证压缩机的实际负荷流量大于喘振边界线所对应的最小流量,防止喘振的发生。为防止出口流量波动对后系统造成影响,采用压缩机出口流量与循环气控制量超弛控制,高选后控制回流阀。其控制特点如下:

①建立REGPV点FTT1,对出口流量温压补偿后,作为防喘振调节器FIC1的测量值。

②根据出口压力计算得出防喘振控制線控制设定点建立REGPV点FY1,作为防喘振调节器FIC1的给定值。FY1计算公式:

FIC1.SP=QMAX*(1.09*PT1.PV+0.028) m3/h

③当压缩机运转时,防喘振调节器FIC1的控制模式通过逻辑点强制设定为CAS,且不可由操作人员操作,避免误操作导致压缩机防喘振控制系统失效。

3.3 联锁逻辑控制

设置两条安全线FAL、PAH,如果压缩机出口流量急剧变化,工作点越过喘振控制线,并继续向喘振线移动, 到达流量下限安全线(FAL)或者压力上限安全线(PAH)时,必须启动联锁系统,旁路阀全开。同时DCS上将旁路阀阀开度锁定在100%上,入口导流叶片阀开度锁定在0%上,压缩机卸载。

其中:FAL=QMAX*(1.09*PT.PV-0.028) m3/h

PAH=529kPa

防喘振保护逻辑图如图3所示。

4 作用过程描述

防喘振控制由防喘振调节器FIC1控制旁路阀FCV1(BV)实现,气体流量由FIC2控制旁路阀FCV1(BV)调节,压缩机负荷调整由出口压力调节器PIC1控制入口导叶开度PCV1(IGV)实现,压缩机过载控制由电机电流调节器AIC1控制入口导叶开度PCV1(IGV)实现。

当由于某种原因导致上述调节器动作仍不能降低出

口压力或者仍不能提高出口流量,以至于出口压力大于安

全线PAH时或者出口流量低于安全线FAL时,为防止喘振,联锁动作,旁路阀快速打开,同时DCS上将旁路阀阀开度锁定在100%上,入口导流叶片阀开度锁定在0%上,压缩机卸载。

5 结语

防喘振控制技术在齐鲁石化某生产装置上运行有效,曾在2018年因离心机出口压力过高成功卸载,避免了一次喘振故障。本文既可以作为生产装置员工深化培训的资料,也可以为其他同类型号的离心机制定防喘振控制技术方案提供借鉴。

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