CN110469533B - 电驱离心天然气管线压缩机全自动加载控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电驱离心天然气管线压缩机全自动加载控制方法：步骤1，控制防喘阀慢关；判断防喘阀的开度，全关则执行步骤5，否则执行步骤2；步骤2，继续关阀，当工作点移动至COL时控制防喘阀停止关闭，进入步骤3；否则执行步骤1；步骤3，防喘阀开度不变，控制压缩机组转速升高；步骤4，持续判断工作点是否达到COH，到达则控制压缩机组停止升速，执行步骤1；否则执行步骤3；步骤5，转速控制器SC控制压缩机组升速，持续判断压缩机是否运行至排气压力达到设定点，当达到设定点时加载过程结束。本发明通过设置工作点的控制边界实现自动加载，提高了压缩机控制的自动化程度，避免了人为误操作的可能性，且加载过程运行时间短，加载平滑。
Description
技术领域
本发明属于大型旋转设备自动控制技术领域，应用于电驱离心天然气管线压缩机组，具体涉及一种电驱离心天然气管线压缩机全自动加载控制方法。
背景技术
如图1所示，电驱离心管线压缩机组典型系统组成主要设备包括离心压缩机1、电机3、变频器4、润滑油站5、干气密封系统6、压缩机控制系统UCP7、马达控制中心MCC8、阀门(如入口切断阀13、加载阀14、防喘振阀15、紧急放空阀16、出口切断阀17等)等，其工作原理为：电机3通过变频器4控制离心压缩机1的转速，使天然气压力被加压到所需压力。
在压缩机的启动阶段，电机3在变频器4的控制下，压缩机1的转速达到最小工作转速(一般为压缩机额定转速的65％)，标志着启动过程结束，压缩机可执行加载操作。以往的加载一般是通过手动慢关防喘振阀15和手动提升压缩机转速的方法实现，但该手动加载过程通常存在以下问题：1)对操作人员的操作水平要求较高；2)操作不当容易引起压缩机的喘振，喘振为离心压缩机的特性，一般出现在机组的启动过程和停机过程，喘振对机组的危害非常大，因此控制程序应尽量避免压缩机1进入喘振工况；3)加载过程耗时较长，需要不断手动切换控制对象；4)自动化程度低，不能满足用户对智能化控制的要求。
发明内容
针对上述电驱离心天然气管线压缩机加载过程中，需人工手动关防喘阀和手动提升缩机组转速来加载的劣势，本发明的目的在于，提供一种电驱离心管线压缩机组全自动加载方法，旨在现实压缩机能够自动从最小工作转速加载至目标负荷，在保证机组安全运行的基础上，也实现了压缩机的自动化控制。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：
一种电驱离心天然气管线压缩机全自动加载控制方法，包括如下步骤：
步骤1，防喘阀控制器ASC控制防喘阀慢关；在防喘阀关闭过程中，持续判断防喘阀的开度，若阀门全关，则执行步骤5，若未全关，则执行步骤2；
步骤2，继续关阀，当压缩机工作点移动至低流量控制边界线COL时，防喘阀控制器ASC控制防喘阀停止继续关闭，防喘阀关闭控制结束；进入步骤3；否则执行步骤1；
步骤3，防喘阀开度保持不变，转速控制器SC输出控制转速给变频器，在变频器的控制下压缩机组转速升高；
步骤4，在步骤3的压缩机组转速升高过程中，持续判断压缩机工作点是否达到高流量控制边界线COH，如果到达，则转速控制器SC控制压缩机组停止升速，升速控制结束，执行步骤1；否则，执行步骤3；
步骤5，转速控制器SC投入，控制压缩机组升速，在该升速过程中，持续判断压缩机是否运行至排气压力达到设定点，当工作点达到设定点时加载过程结束。
进一步的，所述步骤1中，所述防喘阀慢关是指以0.3-0.5％/S的速率关闭防喘阀。
进一步的，所述步骤1中，所述防喘阀慢关是指以0.5％/S的速率关闭防喘阀。
与现有的加载方法相比，本发明的方法具有如下优点：
1、本发明的方法在压缩机组的自动加载过程中，通过设定防喘振控制器ASC和转速控制器SC的控制边界，协调两个控制器交替作用，最终在升速、关防喘阀的交替过程中，压缩机达到设定负荷。本发明通过设置工作点的控制边界实现自动加载，提高了压缩机控制的自动化程度，避免了人为误操作的可能性；
2、程序控制自动加载，过程耗时短；
3、加载过程平滑，对天然气管网及站内其他机组影响小。
附图说明
图1是电驱离心天然气管线压缩机组的系统结构图；
图2是并联运行管线压缩机的控制流程图；
图3是离心天然气管线压缩机的性能曲线图；
图4是工作点---防喘振串级控制系统框图；
图5是工作点---转速串级控制系统框图。
图6为本发明的方法的流程图。
以下结合附图好具体实施方式对本发明进一步解释说明。
具体实施方式
本发明的思路是：通过研究离心压缩机的工作特性，通过设定控制边界，使得防喘阀控制器和转速控制器交替作用，直至压缩机组加载至设定负荷(如排气压力达到设定值Ps)。
具体实施过程介绍如下：
图2为简化后的两台并联运行压缩机工艺流程图(为了方便说明，后续介绍以图2为例)，流程图中设备及控制器介绍如下：
(1)ASC：防喘振控制器，用于控制防喘阀ASV15的开度，在尽量关小防喘阀ASV15开度的情况下，保证压缩机1工作点不进入喘振区；
(2)SC：转速控制器(负荷控制器)，通过输出设定转速给变频器4，以控制压缩机组的转速；
(3)FE100：流量计，用于检测压缩机1的入口流量；
(4)PT101：压力变送器，用于检测压缩机1的出口压力。
(5)ASV：防喘阀15，在压缩机启动阶段，通过打开此阀，为压缩机1入口补气以避免压缩机喘振，压缩机1正常运行时，该阀门处于关闭状态，加载过程需要关闭此阀。
图3为压缩机机组性能曲线图，坐标系中横坐标表示压缩机入口流量(由图2中流量计FE100测量得到)，纵坐标表示压缩机排气压力(由图2中压力变送器PT101测量得到)，关于坐标系中曲线定义如下：
(1)SL(Surge Line)：喘振线。喘振线的左上方区域为压缩机的喘振区，不允许压缩机的工作点进入该区域。
(2)SCL(Surge Control Line)：防喘振控制线。通过将喘振线SL下移8％～10％，能得到防喘振控制线。防喘振控制器ASC的作用是保证压缩机的工作点处于喘振控制线SCL的右下方(也即不进入喘振区)。
(3)COL(Control Line Of Low Flow)：低流量控制边界线，通过将SCL右移3％能得到；
(4)COH(Control Line Of High Flow)：高流量控制边界线，通过将SCL右移6％能得到。
(5)5条平行弧线表示压缩机在65％、75％、85％、95％、105％额定转速下的性能曲线图，从曲线中可以看出，在一定转速下，压缩机排气压力与入口流量成反比(近似)关系，这由压缩机特性决定。
(6)Ps：压缩机排气压力设定值，在机组启动前或启动至最小工作转速后，可按照管线压缩机下游对于压力的要求手动设定，加载过程的最终目标也是达到该设定值。
图3中的曲线表示压缩机1的工作点轨迹，从O至A表示压缩机1的启动过程，此过程压缩机1的入口流量FE100、排气压力PT101同时升高，转速达到最小工作转速。启动过程结束后，开始进入加载过程，所谓加载即压缩机1通过升速和关闭防喘振阀ASV来提高其输出负载(即提高排气压力)，单纯升速，压缩机1的工作点会向右上方移动，单纯关防喘阀ASV，压缩机1的工作点会沿着该转速下的性能曲线向左上方移动，此过程中压缩机有可能会进入喘振区(尤其当站内有一台压缩机组已运行，第二台压缩机组启动过程中由于背压过高时更容易进入喘振，如图2所示为两台并联运行的管线压缩机)，从分析过程可以看出，在加载过程中转速控制和防喘阀15控制之间存在耦合关系，为了解决加载过程中转速控制和防喘阀控制之间的耦合，提出自动加载控制方法。
在上述压缩机组启动过程结束时，转速会达到最小工作转速，工作点如图3中A点，变频器4输出该信号至压缩机控制系统UCP7，执行如下的本发明的加载控制方法：
步骤1，防喘阀控制器ASC控制防喘阀15慢关(优选以0.3-0.5％/S的速率关闭，其中以0.5％/S最优)，使得压缩机工作点沿着性能曲线向左上方移动；在防喘阀15关闭过程中，持续判断防喘阀15的开度，若阀门全关，则执行步骤5，若未全关，则执行步骤2；
步骤2，继续关阀，当压缩机工作点移动至低流量控制边界线COL时(比如此时工作点为B点)，防喘阀控制器ASC控制防喘阀15停止继续关闭，防喘阀关闭控制结束；进入步骤3；否则执行步骤1；
上述防喘阀关闭控制的过程如图4所示。
步骤3，防喘阀ASV15开度保持不变，转速控制器SC输出控制转速给变频器4，在变频器4的控制下压缩机组转速升高，使得压缩机工作点向右上方移动；
步骤4，在步骤3的压缩机组转速升高过程中，持续判断压缩机工作点是否达到高流量控制边界线COH(比如此时工作点为C点)，如果到达，则转速控制器SC控制压缩机组停止升速，升速控制结束，执行步骤1；否则，执行步骤3；
上述升速控制的过程如图5所示。
步骤5，转速控制器SC投入，控制压缩机组升速，在该升速过程中，持续判断压缩机1是否运行至排气压力PT100达到设定点Ps，当工作点达到Ps时加载过程结束。
在上述步骤1-步骤4的循环过程中，压缩机的工作点在COL和COH线之间交替上升(如图3中折线所示)，直至防喘振阀15全关，然后再进入步骤5执行升速(负荷)控制，直至压缩机1运行至排气压力PT100达到设定点Ps，加载过程结束。
综上，本发明的方法是在压缩机组的自动加载过程中，通过设定防喘振控制器ASC和转速控制器SC的控制边界，在此基础上，协调两个串级控制器(即转速控制器AC和防喘振控制器ASC)交替作用，最终在升速、关防喘阀的交替过程中，压缩机1达到设定负荷(即排气压力达到设定值)。
本发明解决了离心管线压缩机在启动完成后自动加载的问题，该方法已应用于中石油西气东输中卫站、醴陵站管线压缩机项目，从应用结果来看，该加载方法具有很高的可靠性，缩短了加载过程的耗时，如之前手动加载需要大约10min，投入自动加载后仅需5min左右，同时加载过程中管网压力波动较小(±1％)。全自动加载过程省去了人工手动加载的繁琐过程，由程序代替人脑，提高了机组的运行效率、可靠性。总的来说提高了管线压缩机的智能化控制水平，为未来实现天然气压缩机站厂无人化值守提供了支持。
Claims (1)
1.一种电驱离心天然气管线压缩机全自动加载控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，防喘阀控制器ASC控制防喘阀慢关；在防喘阀关闭过程中，持续判断防喘阀的开度，若阀门全关，则执行步骤5，若未全关，则执行步骤2；
步骤2，继续关阀，当压缩机工作点移动至低流量控制边界线COL时，防喘阀控制器ASC控制防喘阀停止继续关闭，防喘阀关闭控制结束；进入步骤3；否则执行步骤1；
步骤3，防喘阀开度保持不变，转速控制器SC输出控制转速给变频器，在变频器的控制下压缩机组转速升高；
步骤4，在步骤3的压缩机组转速升高过程中，持续判断压缩机工作点是否达到高流量控制边界线COH，如果到达，则转速控制器SC控制压缩机组停止升速，升速控制结束，执行步骤1；否则，执行步骤3；
步骤5，转速控制器SC投入，控制压缩机组升速，在该升速过程中，持续判断压缩机是否运行至排气压力达到设定点，当工作点达到设定点时加载过程结束；
所述步骤1中，所述防喘阀慢关是指以0.5％/S的速率关闭防喘阀。
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