CN114857063A - 一种透平压缩机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透平压缩机控制方法，利用了透平压缩机运行的相关数据状态辨识法，进行了数据的拟合及多维比对，辨识控制目标和非稳态运行实时状态，使得透平压缩机对异常及紊乱状态下进行主动的协调控制，达到回避异常，平缓冲击，主动控制稳定运行工况的目的。本发明利用小偏差技术、信号波形识别技术、轨迹识别技术，克服了工艺原因及设备自身原因引起的性能特征误差大，控制失效的问题。另外，本发明对基准运行参数情况进行工作域拟合，可以对压缩机性能进行设备运行特征监控，当内漏、叶轮异常等对机组的影响都会在运行数据上进行反应。

Description

一种透平压缩机控制方法

技术领域

本发明涉及透平压缩机控制技术领域，具体涉及一种透平压缩机控制方法。

背景技术

目前大型透平压缩机在工业上被广泛应用，几乎涵盖了所有的石油化工领域、钢铁行业等。透平压缩机是装置工艺循环的重要动力源，当然也是耗能比重最高的设备之一，它的运行稳定性、效率及工作状况直接影响着整个装置的产能指标。针对压缩机的性能特征、机械特性，怎样判断它合理的工作区、运行设备状态往往是管理及生产的重点。

通常地，透平压缩机在运行了数年后，内部性能会因内漏及叶片发生变化，包括级内损失变化以及外部管网的阻尼变化，从而使压缩机性能发生较大变化。在石化领域中，很多透平压缩机处在多组份运行情况，包括压缩因子、粘度、工况变化、多变指数，相似工况要求偏差大，都会使得实际压缩机组的运行性能偏离原设计或实际测试的性能，致使喘振保护弱化及性能控制的失效，使生产及控制的在非稳态状态下。

另外，有些压差较高的高压压缩机，如二氧化碳压缩机及增压机等出口压力达到10Mpa以上，喘振实测的危险性很大，而机组厂商的预测性能曲线往往存在误差，加上运行介质和开车介质的区别，往往需要进行在线不停车性能测试技术，通过适当的非喘振测试验识别技术得到相对准确的性能参数。

还有在工艺过程生产中，相似工况一旦在喘振测试停车后，再恢复相似工艺条件需要很大的代价及周期，如天然气制冷透平压缩机、乙烯裂解气压缩机等，停车后恢复生产甚至能达到千万元级的损失。

透平压缩机的主动性能控制技术在控制应用领域一直未得以实现。对于性能(防喘振)主动控制特征，性能曲线作为界限控制的防喘振控制，它补充了对界限外异常的控制，而常规的控制算法没有进行预防控制，仅仅通过增加界限裕度进行限制级的被动控制，使得操作控制一直处在一个被动状态，如在流体有紊乱征兆时进行反向控制，往往会加大紊流的紊乱程度，或未主动控制引起的非必要的大波幅控制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种透平压缩机控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种透平压缩机控制方法，具体过程如下：

A、对多变量进行小偏差处理，根据多变量的线性化对应关系，比对偏离度，识别感知征兆；其中，所述多变量包括出入口压力、压比、出入口温度、出入口流量、防喘阀开度、入口导叶或入口阀门开度、转速；上述各变量如果偏差超常预示流体连续常态破坏，喘流出现；

B、对出入口压力、流量和轴系信号的数据连续计算录入比对，并进行波形识别，得到变化离散度、变化趋向度，然后比对预报喘振，为主动控制提供数据依据；

C、数据波能及趋势检测：采集相对周期内的相应数据，对数据的趋势进行线性回归拟合；拟合出正常的工作波动带，并通过运行的超限报警对运行情况进行跟踪控制及偏离特征识别，据此进行喘振性能主动控制，消除喘振前期紊流迹象，保持机组运行稳定；

D、根据透平压缩机运行参数的相对变化比对，对透平压缩机的入口压力、流量、温度、转速、入口阀位进行监控，及时发现内漏、叶轮异常、阀门异常的现象；

E、根据工艺特征，包括透平压缩机的能效参数、运行饱和度参数，识别性能曲线的变化特征及曲线本身特征，从而识别准确的压缩机性能曲线及偏差，据此将透平压缩机控制到更精准高能效区和最佳能带运行,以降低透平压缩机的能耗指标；

F、通过不同工况位置，对相似工况进行阻尼线识别，以便获取不同工况点喘振特征，进行不同区域的工作点稳定控制，提高运行的稳定性；

G、通过透平压缩机组运行数据的变化率特征辨识和周期性特征辨识进行喘振前的提前控制。

进一步地，步骤B的具体过程为：

识别运行参数波形特征，进行数据量及识别周期的确定，对于周期T，实施采集T*1000/50的采样，计算最大方差和平均方差，记录次数；采集设定个数的周期；计算最大方差分散度，记录波动前三次最大值max1、max2、max3，并进行拟合曲线，识别喘振阶段。

本发明的有益效果在于：本发明方法，利用了透平压缩机运行的相关数据状态辨识法，进行了数据的拟合及多维比对，辨识控制目标和非稳态运行实时状态，使得透平压缩机对异常及紊乱状态下进行主动的协调控制，达到回避异常，平缓冲击，主动控制稳定运行工况的目的。进一步地，本发明利用小偏差技术、信号波形识别技术、轨迹识别技术，克服了工艺原因及设备自身原因引起的性能特征误差大，控制失效的问题。另外，本发明对基准运行参数情况进行工作域拟合，可以对压缩机性能进行设备运行特征监控，当内漏、叶轮异常等对机组的影响都会在运行数据上进行反应。

具体实施方式

以下将对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

本实施例提供一种透平压缩机控制方法，利用透平压缩机组的原有控制系统为平台，通过小偏差线性技术、信号分析技术和相关信号轨迹的软测量技术，结合压缩机组性能特征，在压缩机运行过程中，根据在线数据处理判断，识别压缩机内部喘流的特征迹象，最终根据多维数据比对拟合出准确的压缩机性能曲线，拟合的喘振线可与实际喘振线重合。完全弥补了喘振实测及性能曲线误差对机械和控制的影响。

需要说明的是，喘振的诱因主要包括入口流量的不连续续突变、入口压力过低、入口冲角影响、出口压力的过大、流动的阻止直到逆流、出口流量失速造成连续性破坏等。

因此，喘振前的特征识别包括：

1)流量波动变化。体现在波宽、波峰、趋向的线性关联。

2)压力波动变化。体现在波宽、波峰、趋向的线性关联。

3)小偏差多变量变化。包括压比、流量、效率、紊乱度、多维异常变化的辨识。

4)机组轴系变化。因流体喘流后，转子支撑气流流动紊乱，平衡破坏后产生轴向力及径向力平衡破坏，体现趋向及发散性线性关联。

5)机组运行性能指标变化。包括相对效率加速降低、流体紊乱度增加、热功比变化。

本实施例的透平压缩机控制方法，具体过程如下：

现有的透平压缩机组的原有控制系统处理扫描周期已达到50ms以内，为软测量技术提供了良好的采集取样平台。在线喘振实测功能通过以下主功能进行实现。

1、对多变量进行小偏差处理，根据多变量的线性化对应关系，比对偏离度，识别感知征兆。其中，所述多变量包括出入口压力、压比、出入口温度、出入口流量、防喘阀开度、入口导叶或入口阀门开度、转速；上述各变量如果偏差超常预示流体连续常态破坏，喘流出现。

应用小偏差技术对透平压缩机组实时工况和基准工况偏差进行辨识，优点主要体现在以下两点：其一，识别工况相似条件变化规律，识别性能曲线的变化及分子组份的变化趋向，以便及时纠偏控制，减少控制失效，尤其适用于周期性组份变化的工艺特征的透平压缩机中；其二，小偏差各个运行数据经过微分处理，比对后可以判断机组运行过程中的流体紊乱或关联关系异常，并对基准运行工况进行工作域拟合，帮助预判机组压缩性能特征的相对偏离误差，准确的把压缩机工况点控制在较稳定、较节能区域运行。根本解决控制失效问题。

2、方差循迹法可以增大喘振特征表象，对细小变化进行及时识别。处理变量包括出入口压力、流量和轴系信号。利用方差循迹法对所述处理变量的数据连续计算录入比对，并进行波形识别，得到变化离散度、变化趋向度，然后比对预报喘振，为主动控制提供数据依据。具体过程为：

识别运行参数波形特征，进行数据量及识别周期的确定，例如，对于周期T＝10秒，实施采集10s*1000/50＝200次采样，计算最大方差和平均方差，记录次数。一般机组取样周期3-7秒。采集30个周期。计算最大方差分散度，记录波动前三次最大值max1、max2、max3，并进行拟合曲线，识别喘振阶段(加减载线性区、拐点平衡区、失效紊乱区)。

通过方差循迹法，可以发现机组运行的离散度，并根据其趋势波形特征进行透平压缩机工况波动前兆识别，并结合波形特征趋势进行的主动控制，进行紊乱喘流情况的及时抑制。

3、数据波能及趋势检测。通过采集数据的线性回归得到数据波动趋势，目标数据包括工作流量、压比。需要说明的是，对于工艺参数，需掌握透平压缩机工作过程的压力以及流量传递时效特性，根据压缩性能阻尼模型进行喘流及紊乱识别，直到层流破坏识别。在本实施例中，采用数据波能及趋势征兆法实现识别压力以及流量传递时效特性。具体地，采集相对周期内的相应数据，对数据的趋势进行线性回归拟合；拟合出正常的工作波动带，并通过运行的超限报警对运行情况进行跟踪控制及偏离特征识别，据此进行喘振性能主动控制，消除喘振前期紊流迹象，保持机组运行稳定。

4、根据透平压缩机运行参数的相对变化比对，对透平压缩机的入口压力、流量、温度、转速、入口阀位进行监控，及时发现内漏、叶轮异常、阀门异常等现象。

5、根据工艺特征，包括透平压缩机的能效参数、运行饱和度参数，识别性能曲线的变化特征及曲线本身特征，从而识别准确的压缩机性能曲线及偏差，据此将透平压缩机控制到更精准高能效区和最佳能带运行,以降低透平压缩机的能耗指标。

6、通过不同工况位置，对相似工况进行阻尼线识别，以便获取不同工况点喘振特征，进行不同区域的工作点稳定控制，提高运行的稳定性。

7、通过透平压缩机组运行数据的变化率特征辨识，周期性特征辨识进行喘振前的提前控制，及时精准的进行喘振保护控制，减少了喘振保护的周期，及有效性，提高了透平压缩机组的稳定性及减少了对工艺装置的影响。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种透平压缩机控制方法，其特征在于，具体过程如下：

A、对多变量进行小偏差处理，根据多变量的线性化对应关系，比对偏离度，识别感知征兆；其中，所述多变量包括出入口压力、压比、出入口温度、出入口流量、防喘阀开度、入口导叶或入口阀门开度、转速；上述各变量如果偏差超常预示流体连续常态破坏，喘流出现；

B、对出入口压力、流量和轴系信号的数据连续计算录入比对，并进行波形识别，得到变化离散度、变化趋向度，然后比对预报喘振，为主动控制提供数据依据；

C、数据波能及趋势检测：采集相对周期内的相应数据，对数据的趋势进行线性回归拟合；拟合出正常的工作波动带，并通过运行的超限报警对运行情况进行跟踪控制及偏离特征识别，据此进行喘振性能主动控制，消除喘振前期紊流迹象，保持机组运行稳定；

D、根据透平压缩机运行参数的相对变化比对，对透平压缩机的入口压力、流量、温度、转速、入口阀位进行监控，及时发现内漏、叶轮异常、阀门异常的现象；

E、根据工艺特征，包括透平压缩机的能效参数、运行饱和度参数，识别性能曲线的变化特征及曲线本身特征，从而识别准确的压缩机性能曲线及偏差，据此将透平压缩机控制到更精准高能效区和最佳能带运行,以降低透平压缩机的能耗指标；

F、通过不同工况位置，对相似工况进行阻尼线识别，以便获取不同工况点喘振特征，进行不同区域的工作点稳定控制，提高运行的稳定性；

G、通过透平压缩机组运行数据的变化率特征辨识和周期性特征辨识进行喘振前的提前控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B的具体过程为：

识别运行参数波形特征，进行数据量及识别周期的确定，对于周期T，实施采集T*1000/50的采样，计算最大方差和平均方差，记录次数；采集设定个数的周期；计算最大方差分散度，记录波动前三次最大值max1、max2、max3，并进行拟合曲线，识别喘振阶段。