CN111536069B - 单级高速离心压缩机的防喘振控制方法 - Google Patents

单级高速离心压缩机的防喘振控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单级高速离心压缩机的防喘振控制方法，包括设定压缩机进口流量HC为X轴，进出口压比PD/PS为Y轴，根据单级高速离心压缩机的性能参数绘制性能曲线图；步骤2：运行单级高速离心压缩机，并将当前运行工况点与性能曲线比较，工况点位于喘振边界线左侧，速开调节阀并触发机组保护措施；工况点位于喘振边界线与防喘振线之间，控制系统根据出口脉动压力变化幅度控制调节阀；工况点位于防喘振线与喘振报警线之间，控制系统根据出口脉动压力变化幅度控制调节阀；工况点位于喘振报警线右侧，单级高速离心压缩机运行正常。本发明的控制更准确、更可靠、更快速，解决了现有单级高速离心压缩机防喘振控制中存在的问题。

Description

单级高速离心压缩机的防喘振控制方法
技术领域
本发明涉及一种叶轮机械的控制方法，尤其涉及一种单级高速离心压缩机的防喘振控制方法。
背景技术
单级高速离心压缩机作为一种叶轮机械，被广泛应用于各工业领域，担负着维持流程、提供能量的重要任务，是工业流程的“心脏”设备。由于生产流程中气体压力和流量等工艺参数的瞬间变化而导致气体阻塞，从而引起压缩机进出口工艺参数剧烈变动，压缩机本体振动轴温等参数也会大幅变化，这就是压缩机的喘振现象。
喘振所造成的危害是非常严重的，可能造成压缩机转子和静止件经受交变应力而断裂、仪表损坏、密封损坏等重大事故。因此合理的防喘振控制方法保护机组远离喘振显得尤为重要。
目前，单级高速离心压缩机的防喘振控制主要基于进出口压力、流量、进出口温度的常规五参数法，其中，流量的测量有多种方法，在压缩机性能试验的标准中规定采用测压差的方式测得，由于流量的数据为间接测得，需通过二次表或者控制系统进行计算，并且要结合温度压力进行补偿，因此其数据实时性较差，从而造成防喘振控制的实时性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单级高速离心压缩机的防喘振控制方法，提出结合脉动压力及常规五参数法，控制更准确、更可靠、更快速，解决了现有单级高速离心压缩机防喘振控制中存在的问题。
本发明是这样实现的：
一种单级高速离心压缩机的防喘振控制方法，在单级高速离心压缩机的入口处安装入口温度传感器和入口压力传感器，在单级高速离心压缩机的出口处安装出口温度传感器、出口压力传感器和辅助出口压力传感器，调节阀连接在单级高速离心压缩机的出入口之间，调节阀与单级高速离心压缩机的入口之间安装流量计，入口温度传感器、入口压力传感器、出口温度传感器、出口压力传感器、辅助出口压力传感器和流量计将检测数据发送到控制系统，调节阀连接到控制系统；
所述的防喘振控制方法包括以下步骤：
步骤1：设定压缩机进口流量HC为X轴，进出口压比PD/PS为Y轴，根据单级高速离心压缩机的性能参数绘制性能曲线图；性能曲线图包括左向右分布的喘振边界线、防喘振线和喘振报警线；
步骤2：运行单级高速离心压缩机，通过流量、压比判断当前运行工况点所处的区域并将当前运行工况点与性能曲线比较，并结合出口脉动压力的测量进行防喘振保护测量的判断，通过控制系统控制调节阀：
A、当当前运行工况点位于喘振边界线左侧区域时，单级高速离心压缩机已经喘振，此时辅助出口压力传感器检测到出口脉动压力大幅变化，通过控制系统速开调节阀，并触发相应的机组保护措施；
B、当当前运行工况点位于喘振边界线与防喘振线之间区域时，单级高速离心压缩机尚未喘振但已处于危险状态，控制系统根据辅助出口压力传感器检测到的出口脉动压力的变化幅度控制调节阀；
C、当当前运行工况点位于防喘振线与喘振报警线之间区域时，单级高速离心压缩机尚未喘振，但运行工况点接近危险状态，控制系统根据辅助出口压力传感器检测到的出口脉动压力的变化幅度控制调节阀；
D、当当前运行工况点位于喘振报警线的右侧区域时，单级高速离心压缩机运行正常。
所述的喘振边界线左侧区域包含喘振边界线。
所述的喘振边界线与防喘振线之间区域包含防喘振线。
在所述的步骤2的B工况中，若此时辅助出口压力传感器检测到出口脉动压力大幅变化，即出口脉动压力的变化量超过20%，则单级高速离心压缩机有进一步喘振的趋势，通过控制系统速开调节阀，并触发相应的机组保护措施；
若此时辅助出口压力传感器检测到出口脉动压力变化幅度不大，即出口脉动压力的变化量不超过20%，控制系统调节调节阀的开度，直至压缩机脱喘，再实时判断单级高速离心压缩机的运行工况。
所述的防喘振线与喘振报警线之间区域包含喘振报警线。
在所述的步骤2的C工况中，若此时辅助出口压力传感器检测到出口脉动压力大幅变化，即出口脉动压力的变化量超过20%，则单级高速离心压缩机有进一步喘振的趋势，控制系统调节调节阀的开度，直至压缩机脱喘，并实时判断单级高速离心压缩机的运行工况；
若此时辅助出口压力传感器检测到出口脉动压力变化幅度不大，即出口脉动压力的变化量不超过20%，根据工艺运行需要进行保护动作，或者发出报警指示但暂不动作。
在所述的步骤2的D工况中，若如此时辅助出口压力传感器检测到出口脉动压力大幅变化，即出口脉动压力的变化量超过20%，则单级高速离心压缩机有靠近喘振的趋势，根据工艺运行需要进行保护动作，或者发出报警指示但暂不动作，并实时判断单级高速离心压缩机工况；
若此时辅助出口压力传感器检测到出口脉动压力变化幅度不大，即出口脉动压力的变化量不超过20%，则机组运行安全平稳，无需进行防喘振保护。
以所述的防喘振线为基准，实时判断当前运行工况点离防喘振线的裕度，并将此裕度定义为安全裕度。
本发明通过单级高速离心压缩机进出口压力、温度、进口流量、出口脉动压力的测量，实时反映压缩机目前的运行工况点，判断单级高速离心压缩机是否进入喘振状态或有喘振的趋势，并通过控制系统控制压缩机进出口之间的调节阀来实现防喘振保护。
附图说明
图1是本发明单级高速离心压缩机的防喘振控制方法的控制结构图；
图2是本发明单级高速离心压缩机的防喘振控制方法的控制原理图。
图中，1单级高速离心压缩机，2入口温度传感器，3入口压力传感器，4出口温度传感器，5出口压力传感器，6辅助出口压力传感器，7流量计，8调节阀，a喘振边界线，b防喘振线，c喘振报警线，d当前运行工况点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
请参见附图1，一种单级高速离心压缩机的防喘振控制方法，在单级高速离心压缩机1的入口处安装入口温度传感器2和入口压力传感器3，在单级高速离心压缩机1的出口处安装出口温度传感器4、出口压力传感器5和辅助出口压力传感器6，调节阀8连接在单级高速离心压缩机1的出入口之间，调节阀8与单级高速离心压缩机1的入口之间安装流量计7，入口温度传感器2、入口压力传感器3、出口温度传感器4、出口压力传感器5、辅助出口压力传感器6和流量计7将检测数据发送到控制系统（可选择现有成熟技术的PLC控制器），调节阀8连接到控制系统。入口温度传感器2测量单级高速离心压缩机的入口温度，入口压力传感器3测量单级高速离心压缩机的入口压力PD，出口温度传感器4测量单级高速离心压缩机的出口温度，出口压力传感器5测量单级高速离心压缩机的出口压力PS，辅助出口压力传感器6测量单级高速离心压缩机的出口脉动压力，流量计7测量单级高速离心压缩机的实时流量，结合进出口温度、压力进行补偿计算后得到压缩机的进口流量HC。图1中所列仪表仅为测量数据的表达，在工程中可根据实际情况采用三取二、二取二等仪表冗余设计。
所述的单级高速离心压缩机的防喘振控制方法包括以下步骤：
请参见附图2，步骤1：设定压缩机进口流量HC为X轴，进出口压比PD/PS为Y轴，根据单级高速离心压缩机的性能参数绘制性能曲线图。性能曲线图包括喘振边界线a、防喘振线b和喘振报警线c，喘振边界线a是一台离心压缩机组设计完成后的固有特性，喘振边界线a由机组气动设计（具备条件的话结合边界测定试验）给出。在确定了喘振边界线a后，依次向右偏移5-10%的流量值，分别确定防喘振线b和喘振报警线c。喘振边界线a、防喘振线b和喘振报警线c按照图示方向的从左向右分布。
步骤2：运行单级高速离心压缩机，通过流量、压比判断当前运行工况点所处的区域并将当前运行工况点与性能曲线比较，并结合出口脉动压力的测量进行防喘振保护测量的判断：
当当前运行工况点d位于喘振边界线a左侧区域（包含喘振边界线a）时，单级高速离心压缩机已经喘振，此时辅助出口压力传感器6检测到出口脉动压力大幅变化，通过控制系统速开（即以最快的速度全部打开）调节阀8，并触发相应的机组保护措施，如停机等。
当当前运行工况点d位于喘振边界线a与防喘振线b之间区域（包含防喘振线b）时，单级高速离心压缩机尚未喘振但已处于危险状态，控制系统根据辅助出口压力传感器6检测到的出口脉动压力的变化幅度控制调节阀8。
若此时辅助出口压力传感器6检测到出口脉动压力大幅变化，优选的，出口脉动压力大幅变化为变化量超过20%，说明单级高速离心压缩机有进一步喘振的趋势，通过控制系统速开调节阀8，并触发相应的机组保护措施，如停机等。
若此时辅助出口压力传感器6检测到出口脉动压力变化幅度不大，优选的，出口脉动压力变化幅度不大为变化量不超过20%，控制系统通过PID控制策略调节调节阀8的开度，直至压缩机脱喘，再实时判断单级高速离心压缩机的运行工况。
当当前运行工况点d位于防喘振线b与喘振报警线c之间区域（包含喘振报警线c）时，单级高速离心压缩机尚未喘振，但运行工况点d接近危险状态，控制系统根据辅助出口压力传感器6检测到的出口脉动压力的变化幅度控制调节阀8。
若此时辅助出口压力传感器6检测到出口脉动压力大幅变化，优选的，出口脉动压力大幅变化为变化量超过20%，说明单级高速离心压缩机有进一步喘振的趋势，控制系统通过PID控制策略调节调节阀8的开度，直至压缩机脱喘，并实时判断单级高速离心压缩机的运行工况。
若此时辅助出口压力传感器6检测到出口脉动压力变化幅度不大，优选的，出口脉动压力变化幅度不大为变化量不超过20%，可根据工艺运行需要进行进一步保护动作，如将调节阀8打开10-25%开度，或者发出报警指示但暂不动作。
当当前运行工况点d位于喘振报警线c的右侧区域时，单级高速离心压缩机运行正常。
若如此时辅助出口压力传感器6检测到出口脉动压力大幅变化，优选的，出口脉动压力大幅变化为变化量超过20%，说明单级高速离心压缩机有靠近喘振的趋势，可根据工艺运行需要进行进一步保护动作，如将进出口调节阀打开5-10%开度，或者发出报警指示但暂不动作，并实时判断单级高速离心压缩机工况。
若此时辅助出口压力传感器6检测到出口脉动压力变化幅度不大，优选的，出口脉动压力变化幅度不大为变化量不超过20%，可说明机组运行安全平稳，无需进行防喘振保护。
为了判断机组目前的工况点与喘振危险区间的距离，以所述的防喘振线为基准，实时判断当前运行工况点离防喘振线的裕度，设定安全裕度作为状态判断的缓冲区域，即当前运行工况点d的实际流量值位于防喘振线b相应位置的右侧且安全裕度为20%以内时，开始进行机组防喘振状态判断。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种单级高速离心压缩机的防喘振控制方法，其特征是：在单级高速离心压缩机（1）的入口处安装入口温度传感器（2）和入口压力传感器（3），在单级高速离心压缩机（1）的出口处安装出口温度传感器（4）、出口压力传感器（5）和辅助出口压力传感器（6），调节阀（8）连接在单级高速离心压缩机（1）的出入口之间，调节阀（8）与单级高速离心压缩机（1）的入口之间安装流量计（7），入口温度传感器（2）、入口压力传感器（3）、出口温度传感器（4）、出口压力传感器（5）、辅助出口压力传感器（6）和流量计（7）将检测数据发送到控制系统，调节阀（8）连接到控制系统；
所述的防喘振控制方法包括以下步骤：
步骤1：设定压缩机进口流量HC为X轴，进出口压比PD/PS为Y轴，根据单级高速离心压缩机的性能参数绘制性能曲线图；性能曲线图包括从左向右分布的喘振边界线、防喘振线和喘振报警线；
步骤2：运行单级高速离心压缩机，通过流量、压比判断当前运行工况点所处的区域并将当前运行工况点与性能曲线比较，并结合出口脉动压力的测量进行防喘振保护测量的判断，通过控制系统控制调节阀（8）：
A、当当前运行工况点位于喘振边界线左侧区域时，单级高速离心压缩机已经喘振，此时辅助出口压力传感器（6）检测到出口脉动压力大幅变化，通过控制系统速开调节阀（8），并触发相应的机组保护措施；
B、当当前运行工况点位于喘振边界线与防喘振线之间区域时，单级高速离心压缩机尚未喘振但已处于危险状态，控制系统根据辅助出口压力传感器（6）检测到的出口脉动压力的变化幅度控制调节阀（8）；
C、当当前运行工况点位于防喘振线与喘振报警线之间区域时，单级高速离心压缩机尚未喘振，但运行工况点接近危险状态，控制系统根据辅助出口压力传感器（6）检测到的出口脉动压力的变化幅度控制调节阀（8）；
D、当当前运行工况点位于喘振报警线的右侧区域时，单级高速离心压缩机运行正常。
2.根据权利要求1所述的单级高速离心压缩机的防喘振控制方法，其特征是：所述的喘振边界线左侧区域包含喘振边界线。
3.根据权利要求1所述的单级高速离心压缩机的防喘振控制方法，其特征是：所述的喘振边界线与防喘振线之间区域包含防喘振线。
4.根据权利要求1或3所述的单级高速离心压缩机的防喘振控制方法，其特征是：在所述的步骤2的B工况中，若此时辅助出口压力传感器（6）检测到出口脉动压力大幅变化，即出口脉动压力的变化量超过20%，则单级高速离心压缩机有进一步喘振的趋势，通过控制系统速开调节阀（8），并触发相应的机组保护措施；
若此时辅助出口压力传感器（6）检测到出口脉动压力变化幅度不大，即出口脉动压力的变化量不超过20%，控制系统调节调节阀（8）的开度，直至压缩机脱喘，再实时判断单级高速离心压缩机的运行工况。
5.根据权利要求1所述的单级高速离心压缩机的防喘振控制方法，其特征是：所述的防喘振线与喘振报警线之间区域包含喘振报警线。
6.根据权利要求1或5所述的单级高速离心压缩机的防喘振控制方法，其特征是：在所述的步骤2的C工况中，若此时辅助出口压力传感器（6）检测到出口脉动压力大幅变化，即出口脉动压力的变化量超过20%，则单级高速离心压缩机有进一步喘振的趋势，控制系统调节调节阀（8）的开度，直至压缩机脱喘，并实时判断单级高速离心压缩机的运行工况；
若此时辅助出口压力传感器（6）检测到出口脉动压力变化幅度不大，即出口脉动压力的变化量不超过20%，发出报警指示但暂不动作。
7.根据权利要求1所述的单级高速离心压缩机的防喘振控制方法，其特征是：在所述的步骤2的D工况中，若如此时辅助出口压力传感器（6）检测到出口脉动压力大幅变化，即出口脉动压力的变化量超过20%，则单级高速离心压缩机有靠近喘振的趋势，发出报警指示但暂不动作，并实时判断单级高速离心压缩机工况；
若此时辅助出口压力传感器（6）检测到出口脉动压力变化幅度不大，即出口脉动压力的变化量不超过20%，则机组运行安全平稳，无需进行防喘振保护。
8.根据权利要求1所述的单级高速离心压缩机的防喘振控制方法，其特征是：以所述的防喘振线为基准，实时判断当前运行工况点离防喘振线的裕度，并将此裕度定义为安全裕度。
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