压缩机防喘振系统的设计Word下载.docx
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1.2如何防止喘振发生
压缩机性能曲线见图2。
曲线左边界限为喘振区域,达到这条曲线将会发生喘振,因此在操作时要保证一个最低流量限制。
目前还没有工业标准的测量仪器能评估压缩过程的参数,这就需要控制系统能够识别出在喘振界限还未达到时的临界参数,且在喘振发生前打开排放式循环阀,避免喘振发生。
2.控制原理说明
在喘振极限区域内的压缩机,整个动态性能受到调节阀和控制器的性能数据影响很大。
除去仪表因素外,控制方案的选择和实现对控制目标起决定性作用。
为了避免喘振的发生,控制器上给出的参数并非绝对恒定不变的。
入口温度和气体组成的波动对于发生喘振的各参数极限值有很大影响,但是应考虑这一极限值总能以可靠、准确的方式避免喘振,同时也考虑不要因此使得操作范围变窄。
为控制器选择有代表性的性能图,必须确保对不确定的极限值产生影响的参数尽可能少,另外需要适合的算法,该算法对影响极限值的参数进行合理的调整。
此外压缩机的动态性能在性能图上改变,反过来要求控制器的动态性能应根据性能图而变化。
用速度调整压缩机的性能图与图2基本相同。
控制性能图的坐标轴代表所选择的测量点和入口的工艺条件,这里要求X轴和入口体积流量成正比,且Y轴和压力成正比,这里不考虑压缩气体有变化的特殊情况。
X轴用压差式变送器可测得体积流量,见公式
(1):
式中ΔP:
流量计的压差信号
P:
压差变送器的压力
K:
离散系数(接近于常数)
R:
气体常数
V:
体积流量
T:
压差变送器的温度
2:
压差变送器的压缩因数
这一信号是否能准确提供入口体积流量信息取决于压差变送器的安装位置和工艺过程变量,工艺过程变量是常数,可以忽略不计。
如果出口有孔板并且入口和出口工艺条件是变化的,则通常需要考虑压缩机出入口质量流量相同:
其中下脚标代表的意义是:
e:
排出端的工艺条件
a:
吸入端的工艺条件
考虑密度ρ及温度T,并简化Re=Ra=常数和Ze=Za=常数,则有:
在很多情况下,此公式可以简化,如果考虑下面的临界条件;
压差变送器安装在入口管线上(即不对Re和Te运算校正)
——入口温度恒定
——入口压力恒定
即只有压差信号是唯一可变的,因此可不开方使用
Y轴分为两种情况:
——入口压力恒定时,Y轴为Pe
——入口压力波动时,Y轴为Pe/Pa
如果使用Pe-Pa变送器,而不是Pe变送器则使用下列模拟量:
——入口压力恒定时,Y轴为Pe-Pa
——入口压力波动时,Y轴为Pe-Pa/Pa
根据以上原理得出二氧化碳压缩机控制性能图
一段:
X轴:
ΔP/Pa
Y轴:
Pe/Pa
在性能图中,通过考虑几个极限条件给出喘振极限的变化
利用的变送器如下:
吸入温度变送器TE111-1
排出压力变送器PT115
吸入压力变送器PT112
控制器所有的信号必须以百分制处理,理论特性范围从0~100%用下列公式计算:
X轴代表控制器实际X值
控制器设定点“W”用下列函数给出
W=f(Y轴,控制线)
Y轴必须用公式计算出来,且控制线必须通过特性曲线产生,1段理论特性曲线见图3
图3一段性能图
同样道理得出:
二段:
ΔP/Pa
利用的变送器如下:
吸入温度变送器TE111-2
排出压力变送器无
吸入压力变送器PT115
根据下列公式:
其中排出压力取常规值
得出二段性能图,见图4
图4二段性能图
同理有:
三段:
得出下列公式:
得出三段理论特性曲线,见图5
图5三段性能图
四段利用的变送器如下:
压差变送器FT111
排出温度变送器TE112-7
排出压力变送器PT121
吸入压力变送器PT117
同理四段可得出下列公式:
得出四段理论特性曲线,见图6
图6四段性能图
3.控制过程的实施:
图2中的控制线:
是比喘振线稍靠前的极限曲线,控制特性图的基础是把已提前计算出来的喘振极限,控制线规定为沿着有代表性的速度性能曲线,体积流量相差5%的一条曲线,当达到这条线时,控制器打开排放回流阀。
控制过程见图7。
Y轴由当前变送器信号决定,在某一出口压力对应的最小体积流量定义为控制线,在对应的出口和压率下,当前流量值(实际值)和最小流量值控制器进行识别,如果体积流量值低于最小流量值,则打开排放返回阀。
如果(Xmax-X)<
0%则差值通过极限(5%<
信号<
100%〉PI算法,这意味着机械限定全开阀全开也是通过计算考虑,如果没有这一限定阀,相应动作将出现不希望的盲时。
图7压缩机稳定操作极限图图8控制系统原理图
控制功能的实现由几个不同部分组成,控制原理见图8。
根本部件是控制器,其循环时间必须尽可能小,为了提高防喘振的调节速度,在FV111上安装了一台体积加速器,使FV111全行程动作时间为2秒。
阀门的打开就足以保证压缩机恢复到稳定操作范围内,而克服气流阻力,阀门关闭大约10秒,这意味着缓慢调节使操作点慢慢向正常操作靠近,这是我们所期望达到的一种稳定操作。
4.控制系统的应用效果及结论
近年来在防喘振控制系统没有投自动控制时的压缩机停车事故(部分)统计见表4-1
表4-1防喘振控制系统未投自动时事故统计
停车事故统计
停车损失
2003年7月11日由于CO2压缩机连续两次喘振导致系统封塔停车。
7月11日6:
40分102JT喘振系统封塔,6;
50分停104Js、301Js,10:
12分系统投料,10:
20分出料,11:
15分102JT再次喘振系统封塔,12:
50分停压缩机
878吨尿素
2005年7月4日,3:
30分,压缩岗位人员接减量的通知开始减压缩机转速,7200r/min——7180r/min——7150r/min——7100r/min——7050r/min,4:
50分,压缩机转速降至7000r/min,四回一开度为35%,压缩机发生喘振,压缩岗位人员全开四回一后,开二段放空阀到50%时,喘振声音消除。
此时,二氧化碳没有导出系统,压缩机在恢复时,二段放空阀关了3%阀位,压缩机再次发生喘振。
由于压缩机出口单向阀不严,尿液倒窜入压缩机高压缸,压缩机三段冷却器,在压缩机恢复不了正常运行的情况下,5:
33分,尿素装置封塔停车
393.75吨尿素
2005年8月11日10:
58分压缩102J现场异常响声,压缩机组转数低于5760RPM,一段入口流量为0m3/h,抽汽压力1.0MPa。
10时58分,压缩机岗位人员突然听到异常响声,此时转速表指示由7200r/min下降至6900r/min,流量大幅度波动,首先判断是喘振发生,岗位人员立即打开四回一阀,观察转速在没有操作情况下,继续下降,然后打开二段放空阀,此时在速度面板上出现“stop”停车信号,这时中控发现压缩机出故障,立即将二氧化碳导出系统,按封塔停车程序执行,
168.75吨尿素
防喘振控制系统投自控之后的压缩机停车事故统计见表4-2:
表4-2防喘振控制系统投自控之后的压缩机停车事故统计
2006年12月28日9时57分9:
57分,由于供电车间总变二段接地,造成尿素车间104J、906J/Js、303J/Js、401J、903J、901Js、P705A、601L、601V、602V、P802A跳车,系统封塔。
因3C防喘振的作用,二氧化碳压缩机运转正常。
87.85吨尿素
2007年2月27日18时20分左右,尿素车间中控操作人员发现合成来CO2量指示(FI101)降到4000m3/h左右,及时联系压缩岗位人员。
压缩操作员发现压缩机四回一自动全开,增压机回流阀自动打开74%、增压机回流阀84%开度时,四回一阀和增压机回流阀又恢复自动全开状态。
在仪表人员调整处理过程中,FI101指示在3000-7000m3/h波动,气提塔出液温度(TI216)超标,最高达到199℃(指标为165-175℃),系统封塔,但机组运转正常。
99.03吨尿素
经过两组数据对比发现防喘振控制系统投自动控制之后,机组运行平稳,即使装置波动时,防喘振控制器也能及时打开,避免机组停车,为装置恢复正常生产赢得时间,减少损失。
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