CN114278602B - 一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压缩机技术领域，具体涉及一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统，包括电动调节模块、气动调节模块、出口压力检测模块、管网压力检测模块、进口温度检测模块和控制模块；电动调节模块控制压缩机进气口与出气口的连通与断开；气动调节模块用于控制压缩机进气口与出气口的连通与断开；出口压力检测模块用于检测压缩机出气口的出口压力值；管网压力检测模块用于检测管网的管网压力值；进口温度检测模块用于检测压缩机进气口的进气口温度值；控制模块用于根据出口压力值、管网压力值和进气口温度值对电动调节模块和气动调节模块进行控制，能够在压缩机的进口温度不足以及发生喘振时进行协调控制，防止压缩机损坏。

Description

一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统。

背景技术

蒸汽压缩机是MVR系统的核心器件，为保护压缩机的正常运行，保证压缩机在正常条件下运行是十分重要的；压缩机组一般与一定的管网系统联合工作，主要是指装在压缩机后面的管网，当压缩机压缩后的气体通过管网系统时，要克服一系列阻力或热量扩散而产生压力与温度损失，这些损失主要是沿管道长度的沿程损失和局部阻力损失，导致气体压力与温度降低；在工业实际运用中，压缩机在起机运行与增加物料阶段，进口蒸汽温度常常不能达到压缩机设计进口温度，进口温度不足易造成蒸发物料冷凝后粘附在压缩机叶轮上，由于MVR系统物料常常带有腐蚀性，物料粘附在压缩机内，易造成叶轮腐蚀，造成转子的动平衡改变，影响压缩机旋转特性，减短压缩机使用寿命，因此对压缩机进气口温度的调节至关重要；与此同时，由于压缩机工作的工况是动态的，压缩机会因工况突然的改变造成进口流量不足而发生喘振现象，压缩机喘振易造成转子和静子断裂，现有的压缩机控制系统无法在压缩机的进口温度不足以及发生喘振时进行协调控制，从而容易导致压缩机损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统，能够在压缩机的进口温度不足以及发生喘振时进行协调控制，防止压缩机损坏。

为实现上述目的，本发明提供了一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统，

其中，包括电动调节模块、气动调节模块、出口压力检测模块、管网压力检测模块、进口温度检测模块和控制模块；所述控制模块分别与所述电动调节模块、所述气动调节模块、所述出口压力检测模块、所述管网压力检测模块和所述进口温度检测模块连接；

所述电动调节模块用于控制压缩机进气口与出气口的连通与断开；

所述气动调节模块用于控制压缩机进气口与出气口的连通与断开；

所述出口压力检测模块用于检测压缩机出气口的出口压力值；

所述管网压力检测模块用于检测管网的管网压力值；

所述进口温度检测模块用于检测压缩机进气口的进气口温度值；

所述控制模块用于根据所述出口压力值、所述管网压力值和所述进气口温度值对所述电动调节模块和所述气动调节模块进行控制。

其中，所述蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统还包括第一监控单元；所述第一监控单元和所述气动调节模块连接；

所述第一监控单元用于监控所述气动调节模块运行状态，并在故障时发出警报。

其中，所述控制模块包括喘振协调子模块和温度协调子模块；所述喘振协调子模块和所述温度协调子模块连接；

所述喘振协调子模块用于根据所述出口压力值和所述管网压力值，对所述电动调节模块和所述气动调节模块进行控制；

所述温度协调子模块用于根据所述进气口温度值，对所述电动调节模块和所述气动调节模块进行控制。

其中，所述喘振协调子模块包括电动阀控制单元和气动阀控制单元；所述电动阀控制单元和所述气动阀控制单元连接；

所述气动阀控制单元用于当所述出口压力值小于所述管网压力值时，控制所述气动调节模块将压缩机进气口和出气口连通；

所述电动阀控制单元用于当所述电动调节模块将压缩机进气口和出气口连通时间到达阈值后，所述出口压力值依然小于所述管网压力值时，控制所述电动调节模块将压缩机进气口和出气口连通。

其中，所述喘振协调子模块还包括故障报警模块；所述故障报警模块和所述气动阀控制单元连接；

所述故障报警模块用于当所述电动调节模块将压缩机进气口和出气口连通时间达到阈值后，所述出口压力值依然小于所述管网压力值时，发出报警信号。

其中，所述温度协调子模块包括温度控制单元和温度报警单元；所述温度控制单元和所述温度报警单元连接；

所述温度控制单元用于当所述进气口温度值小于预设温度阈值时，采用模糊控制的方法控制所述电动调节模块将压缩机进气口和出气口连通；

所述温度报警单元用于当所述温度控制单元控制所述电动调节模块将压缩机进气口和出气口连通时间到达阈值后，所述进气口温度值依然小于预设温度阈值时，发出报警信号。

本发明的一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统，所述进口温度检测模块采用温度传感器，安装在压缩机进气口管路上，用于检测压缩机进气口的进气口温度值；所述电动调节模块采用电动调节阀，设置在连接压缩机进气口和出气口的管道上，以此控制压缩机进气口与出气口的连通与断开；所述气动调节模块采用气动快开阀，设置在连接压缩机进气口和出气口的另一管道上，以此控制压缩机进气口与出气口的连通与断开，所述电动调节模块和所述气动调节模块分别设置在不同的管道上；所述出口压力检测模块采用压力传感器，安装在压缩机出气口附近，检测压缩机出气口的出口压力值；利用所述控制模块根据所述出口压力值、所述管网压力值和所述进气口温度值对所述电动调节模块和所述气动调节模块进行控制，具体为：压缩机正常运行时，所述出口压力值大于所述管网压力值，当压缩机进气口流量变小发生喘振时，由于管网中存在压力损失，此时所述出口压力值会小于所述管网压力值，因此当所述出口压力值小于所述管网压力值时，所述控制模块会控制所述气动调节模块开启，将压缩机进气口和出气口连通，将压缩机出口气体回流到压缩机进口，使得管网中的压力恢复正常，若喘振现象仍然存在，并到达预设的时间阈值时，所述控制模块逐渐打开所述电动调节模块，使得所述出口压力值大于所述管网压力值，喘振结束；通过快开阀快速打开，使出口气体回流，避免了喘振造成压缩机结构损坏，同时逐渐打开所述电动调节模块，保证在紧急情况依然可以保护压缩机组；当所述进气口温度值小于预设温度阈值时，其中预设温度阈值为压缩机进口设计温度或防止物料结晶的最低温度，所述控制模块控制所述电动调节模块将压缩机进气口和出气口连通，调节进口温度，使得所述进气口温度值大于预设温度阈值，防止压缩机进气口温度过低；通过上述方式，能够在压缩机的进口温度不足以及发生喘振时进行协调控制，防止压缩机损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统的结构示意图。

图2是本发明的喘振协调子模块的结构示意图。

图3是本发明的温度协调子模块的结构示意图。

图4是本发明的E与EC的隶属度函数曲线图。

图5是本发明的控制量U的隶属度函数曲线图。

图6是本发明的控制量U的模糊规则表。

图7是本发明的控制量U的模糊查询表。

1-电动调节模块、2-气动调节模块、3-出口压力检测模块、4-管网压力检测模块、5-进口温度检测模块、6-控制模块、7-第一监控单元、8-第二监控单元、61-喘振协调子模块、62-温度协调子模块、611-电动阀控制单元、612-气动阀控制单元、613-故障报警模块、621-温度控制单元、622-温度报警单元。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1～图7，本发明提供一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统：包括电动调节模块1、气动调节模块2、出口压力检测模块3、管网压力检测模块4、进口温度检测模块5和控制模块6；所述控制模块6分别与所述电动调节模块1、所述气动调节模块2、所述出口压力检测模块3、所述管网压力检测模块4和所述进口温度检测模块5连接；

所述电动调节模块1用于控制压缩机进气口与出气口的连通与断开；

所述气动调节模块2用于控制压缩机进气口与出气口的连通与断开；

所述出口压力检测模块3用于检测压缩机出气口的出口压力值；

所述管网压力检测模块4用于检测管网的管网压力值；

所述进口温度检测模块5用于检测压缩机进气口的进气口温度值；

所述控制模块6用于根据所述出口压力值、所述管网压力值和所述进气口温度值对所述电动调节模块1和所述气动调节模块2进行控制。

在本实施方式中，所述进口温度检测模块5采用温度传感器，安装在压缩机进气口管路上，用于检测压缩机进气口的进气口温度值；所述电动调节模块1采用电动调节阀，设置在连接压缩机进气口和出气口的管道上，以此控制压缩机进气口与出气口的连通与断开；所述气动调节模块2采用气动快开阀，设置在连接压缩机进气口和出气口的另一管道上，以此控制压缩机进气口与出气口的连通与断开，所述电动调节模块1和所述气动调节模块2分别设置在不同的管道上；所述出口压力检测模块3采用压力传感器，安装在压缩机出气口附近，检测压缩机出气口的出口压力值；所述管网压力检测模块4采用压力传感器，安装在管网处，检测管网的管网压力值；在安装所述出口压力检测模块3和所述管网压力检测模块4时，依据下述气体管网中沿程压力损失公式：

以P_f>2A求得最小L，确定压力传感器的最小安装距离，上述公式中各符号的值分别为：P_f：管网中沿程压力损失、λ：管道的沿程阻力系数、L：管道长度、d：管道内径、ρ：流体密度、V：管道流速、A：传感器误差值；利用所述控制模块6根据所述出口压力值、所述管网压力值和所述进气口温度值对所述电动调节模块1和所述气动调节模块2进行控制，具体为：压缩机正常运行时，所述出口压力值大于所述管网压力值，当压缩机进气口流量变小发生喘振时，由于管网中存在压力损失，此时所述出口压力值会小于所述管网压力值，因此当所述出口压力值小于所述管网压力值时，所述控制模块6会控制所述气动调节模块2开启，将压缩机进气口和出气口连通，将压缩机出口气体回流到压缩机进口，使得管网中的压力恢复正常，若喘振现象仍然存在，并到达预设的时间阈值时，所述控制模块6逐渐打开所述电动调节模块1，使得所述出口压力值大于所述管网压力值，喘振结束；通过快开阀快速打开，使出口气体回流，避免了喘振造成压缩机结构损坏，同时逐渐打开所述电动调节模块1，保证在紧急情况依然可以保护压缩机组；当所述进气口温度值小于预设温度阈值时，其中预设温度阈值为压缩机进口设计温度或防止物料结晶的最低温度，所述控制模块6控制所述电动调节模块1将压缩机进气口和出气口连通，调节进口温度，使得所述进气口温度值大于预设温度阈值，防止压缩机进气口温度过低；通过上述方式，能够在压缩机的进口温度不足以及发生喘振时进行协调控制，防止压缩机损坏。

进一步的，喘振协调子模块61还包括第一监控单元7；所述第一监控单元7和所述气动调节模块2连接；

所述第一监控单元7用于监控所述气动调节模块2运行状态，并在故障时发出警报。

在本实施方式中，利用所述第一监控单元7监控所述气动调节模块2运行状态，即气动快开阀的运行状态，当所述控制模块6发出开启的控制指令后，所述第一监控单元7检测气动快开阀是否开到位，若未开到位则发出报警信号进行提示。

进一步的，所述蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统还包括第二监控单元8；所述第二监控单元8和所述电动调节模块1连接；

所述第二监控单元8用于监控所述电动调节模块1运行状态，并在故障时发出警报。

在本实施方式中，利用所述第二监控单元8监控所述电动调节模块1运行状态，即电动调节阀的运行状态，当所述控制模块6发出开启的控制指令后，所述第二监控单元8检测电动调节阀是否开到位，若未开到位则发出报警信号进行提示。

进一步的，所述控制模块6包括喘振协调子模块61和温度协调子模块62；所述喘振协调子模块61和所述温度协调子模块62连接；

所述喘振协调子模块61用于根据所述出口压力值和所述管网压力值，对所述电动调节模块1和所述气动调节模块2进行控制；

所述温度协调子模块62用于根据所述进气口温度值，对所述电动调节模块1和所述气动调节模块2进行控制。

在本实施方式中，利用所述喘振协调子模块61根据所述出口压力值和所述管网压力值，对所述电动调节模块1和所述气动调节模块2进行控制，具体为：当所述出口压力值小于所述管网压力值时，所述喘振协调子模块61会控制所述气动调节模块2开启，将压缩机进气口和出气口连通，将压缩机出口气体回流到压缩机进口，使得管网中的压力恢复正常，若喘振现象仍然存在，并到达预设的时间阈值时，所述喘振协调子模块61逐渐打开所述电动调节模块1，使得所述出口压力值大于所述管网压力值，喘振结束；利用所述温度协调子模块62根据所述进气口温度值，对所述电动调节模块1和所述气动调节模块2进行控制，具体为：当所述进气口温度值小于预设温度阈值时，其中预设温度阈值为压缩机进口设计温度或防止物料结晶的最低温度，所述温度协调子模块62控制所述电动调节模块1将压缩机进气口和出气口连通，调节进口温度，使得所述进气口温度值大于预设温度阈值，防止压缩机进气口温度过低。

进一步的，所述喘振协调子模块61包括电动阀控制单元611和气动阀控制单元612；所述电动阀控制单元611和所述气动阀控制单元612连接；

所述气动阀控制单元612用于当所述出口压力值小于所述管网压力值时，控制所述气动调节模块2将压缩机进气口和出气口连通；

所述电动阀控制单元611用于当所述电动调节模块1将压缩机进气口和出气口连通时间到达阈值后，所述出口压力值依然小于所述管网压力值时，控制所述电动调节模块1将压缩机进气口和出气口连通。

在本实施方式中，当所述出口压力值小于所述管网压力值时，所述气动阀控制单元612会控制所述气动调节模块2开启，将压缩机进气口和出气口连通，将压缩机出口气体回流到压缩机进口，使得管网中的压力恢复正常，若喘振现象仍然存在，并到达预设的时间阈值时，所述电动阀控制单元611逐渐打开所述电动调节模块1，使得所述出口压力值大于所述管网压力值，喘振结束。

进一步的，所述喘振协调子模块61还包括故障报警模块613；所述故障报警模块613和所述气动阀控制单元612连接；

所述故障报警模块613用于当所述电动调节模块1将压缩机进气口和出气口连通时间达到阈值后，所述出口压力值依然小于所述管网压力值时，发出报警信号。

在本实施方式中，当所述电动调节模块1将压缩机进气口和出气口连通时间达到阈值后，所述出口压力值依然小于所述管网压力值时，压缩机仍然存在喘振现象，代表系统存在故障，此时会发出报警信号进行提示。

进一步的，所述温度协调子模块62包括温度控制单元621和温度报警单元622；所述温度控制单元621和所述温度报警单元622连接；

所述温度控制单元621用于当所述进气口温度值小于预设温度阈值时，采用模糊控制的方法控制所述电动调节模块1将压缩机进气口和出气口连通；

所述温度报警单元622用于当所述温度控制单元621控制所述电动调节模块1将压缩机进气口和出气口连通时间到达阈值后，所述进气口温度值依然小于预设温度阈值时，发出报警信号。

在本实施方式中，当所述进气口温度值小于预设温度阈值时，其中预设温度阈值为压缩机进口设计温度或防止物料结晶的最低温度，所述温度控制单元621采用模糊控制的方法控制所述电动调节模块1的开度，即电动调节阀的开度大小，将压缩机进气口和出气口连通，调节进口温度，使得所述进气口温度值大于预设温度阈值，防止压缩机进气口温度过低；当所述温度控制单元621控制所述电动调节模块1将压缩机进气口和出气口连通时间到达阈值后，所述进气口温度值依然小于预设温度阈值时，此时则代表超出可调节的温度范围，会发出报警信号进行提示；其中模糊控制的方法具体为：下列式中各符号的含义分别为T₁：所述进气口温度值；T₂:预设温度阈值；e：所述进气口温度值与预设温度阈值的差值；e_c：温度偏差变化率；e和e_c算式 计算得到；将T₁、e与e_c作为所述温度控制单元621输入量，按一定比例量化后使用模糊控制的方法输出控制量u控制所述电动调节模块1的开度，调节压缩机进口温度；可调温度偏差范围为(-6，6)，取比例因子Ke为1，取量化级数为13，将e与e_c的离散论域设置为(-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6)；取所述电动调节阀开度的增量为控制量u，根据采样动作周期设置控制量u的变化范围，取控制量u的范围为(0，100)，取比例因子Kec为0.08，量化级数为5，故控制量U的离散论域(0，1，2，3，4)；使用糊集表示为：E(负大NB，负中NM，负小NS，零ZO，正小PS，正中PM，正大PB)，EC(负大NB，负中NM，负小NS，零ZO，正小PS，正中PM，正大PB)，U(零ZO，正小PS，正中PM，正大PB，最大Z)，上述中的“NB”、“NM”、“NS”、“ZO”、“PS”、“PM”、“PB”、“ZO”、“Z”为模糊量词汇，根据模糊子集，确定各变量的隶属度函数；E与EC的隶属度函数为：

U的隶属度函数为：

使用模糊推理建立模糊规则，采用“if Aand B then C”形式表达模糊规则，例如：如果E负大，并且EC负大，则U正大；包含49条控制规则，形成如图6所示的模糊规则表；通过模糊推理方法得到输出控制量U的模糊值，具体如下：根据输入量与规则库中的输入输出关系R_a＝(E_i×EC_j)×C_ij，各符号的含义分别为R_a：一条模糊关系，a＝1，2，…，49；E_i：E的模糊量，i＝1，2，…，7；EC_j：EC的模糊量，j＝1，2，…，7；C_ij：模糊规则表对应模糊量，i＝1，2，…，7；j＝1，2，…，7；其中“X”表示集合的直积；通过对所有模糊关系子矩阵取并集得到模糊关系矩阵R，则整个规则库蕴含的关系为：

根据模糊关系矩阵，输出控制量U＝(E×EC)o R，其中o表示输出为误差向量和模糊关系的合成；根据上式计算出输入量E和EC论域中全部子集对应的输出控制量U，对输出控制量U进行去模糊化，本控制采用最大隶属度方法，并进行四舍五入保留一位小数，得到精确的输出控制量U^*，将所有输出控制量U^*汇总可得到如图7所示的模糊查询表，经过比例因子Ku将U^*转化为实际作用于控制对象的控制量。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统，其特征在于，

包括电动调节模块、气动调节模块、出口压力检测模块、管网压力检测模块、进口温度检测模块和控制模块；所述控制模块分别与所述电动调节模块、所述气动调节模块、所述出口压力检测模块、所述管网压力检测模块和所述进口温度检测模块连接；

所述电动调节模块用于控制压缩机进气口与出气口的连通与断开；

所述气动调节模块用于控制压缩机进气口与出气口的连通与断开；

所述出口压力检测模块用于检测压缩机出气口的出口压力值；

所述管网压力检测模块用于检测管网的管网压力值；

所述进口温度检测模块用于检测压缩机进气口的进气口温度值；

所述控制模块包括喘振协调子模块和温度协调子模块；所述喘振协调子模块和所述温度协调子模块连接；所述喘振协调子模块用于根据所述出口压力值和所述管网压力值对所述电动调节模块和所述气动调节模块进行控制；所述温度协调子模块用于根据所述进气口温度值对所述电动调节模块和所述气动调节模块进行控制；

所述控制模块用于根据所述出口压力值、所述管网压力值和所述进气口温度值对所述电动调节模块和所述气动调节模块进行控制。

2.如权利要求1所述的一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统，其特征在于，

所述蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统还包括第一监控单元；所述第一监控单元和所述气动调节模块连接；

所述第一监控单元用于监控所述气动调节模块运行状态，并在故障时发出警报。

3.如权利要求1所述的一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统，其特征在于，

所述喘振协调子模块包括电动阀控制单元和气动阀控制单元；所述电动阀控制单元和所述气动阀控制单元连接；

所述气动阀控制单元用于当所述出口压力值小于所述管网压力值时，控制所述气动调节模块将压缩机进气口和出气口连通；

所述电动阀控制单元用于当所述电动调节模块将压缩机进气口和出气口连通时间到达阈值后，所述出口压力值依然小于所述管网压力值时，控制所述电动调节模块将压缩机进气口和出气口连通。

4.如权利要求3所述的一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统，其特征在于，

所述喘振协调子模块还包括故障报警模块；所述故障报警模块和所述气动阀控制单元连接；

所述故障报警模块用于当所述电动调节模块将压缩机进气口和出气口连通时间达到阈值后，所述出口压力值依然小于所述管网压力值时，发出报警信号。

5.如权利要求1所述的一种蒸汽压缩机喘振与温度协调控制系统，其特征在于，

所述温度协调子模块包括温度控制单元和温度报警单元；所述温度控制单元和所述温度报警单元连接；

所述温度控制单元用于当所述进气口温度值小于预设温度阈值时，采用模糊控制的方法控制所述电动调节模块将压缩机进气口和出气口连通；

所述温度报警单元用于当所述温度控制单元控制所述电动调节模块将压缩机进气口和出气口连通时间到达阈值后，所述进气口温度值依然小于预设温度阈值时，发出报警信号。