压缩机控制系统

压缩机控制技术概述

概述

压缩机是石油、化工、冶金等行业工艺中重要的设备，对机组运行的稳定性，安全性，连续性要求比较高，这样，就需要由高度可靠、高度集成、高度专业的控制系统作为达到以上要求的保证。

概括而言，压缩机的控制系统主要分为以下几个方面：

机组的联锁保护及逻辑功能（ESD）

过程调节功能

压缩机的防喘振

汽轮机调速控制和超速保护

功能说明

一机组的联锁保护及逻辑功能（ESD）

1.报警联锁保护

控制系统监测压缩机，汽轮机，油站等现场的温度，压力，振动，位移等信号，做出相应的高低报警及联锁停机。

2.启停车逻辑

系统能实现机组的开机启动顺序控制，包括机组启动前确认润滑油温度、润滑油压力、控制油压力、透平入口的蒸汽压力及温度达到启动值，防喘振阀全开位置，主气门全开，盘车停止等条件，全部条件满足后输出启动信号。正常停机的卸载控制。

3.油站的油泵控制（A.O.P）

两个油泵互为备用，控制系统可以实现主备油泵的选择，每个油

泵可在手动自动方式切换。如果润滑油压力或控制油压力低，可自动启动备用泵；如果润滑油压力开关动作，以三取二方式实现联锁停车逻辑。

4.汽轮机的冷凝水泵控制(C.E.P)

两个冷凝水泵互为备用，控制系统可以实现主备冷凝水泵的选择，每个冷凝水泵可在手动自动方式切换。冷凝水泵主要是用于冷凝罐的排水泵，可根据液位设定值自动或手动启动停止水泵，两个水泵可同时或单独工作。另外，系统还会做相应的保护，比如，液位如果达到最大设定值，立即强制两个水泵同时运行，如果达到液位最低设定值，立即强制两个水泵同时停止，以保证冷凝罐内的水位正常。

二过程调节功能

汽轮机驱动的压缩机控制回路主要有：

1.油站的油压调节

根据需要，有的油站设计有两个油压调节回路，分别在油泵出口和油过滤器出口，可以根据相应管路的油压要求调节阀门，保证油压的稳定。

2.汽轮机的冷凝水的排放阀和循环阀控制

根据汽轮机的冷凝水液位，调节排放阀和循环阀以控制冷凝罐内的水位，冷凝水的排放阀和循环阀控制为分层调节，分层点由现场的实际情况来定，可以由用户在操作界面上设定分层点。

3.压缩机段间气液分离器液位控制

根据气液分离器液位调节出水阀控制液位。

三压缩机的防喘振

防喘振功能

喘振现象

喘振是涡轮机组特有的现象，我们可以从下图的简单模型来解释这一特性，从图中可以看出，当容器中压力达到一定值时，压缩机运行点由 D 沿性能曲线上升，到喘振点A，流量减小压力升高，这一过程中流量减小压力升高，由 A 点开始到 B 点压缩机出现负流量即出现倒流，倒流到一定程度压缩机出口压力下降(B-C)，又恢复到正向流动(C-D),这样,气流在压缩机中来回流动就是喘振,伴随喘振而来的是压缩机振动剧烈上升,类似哮喘病人的巨大异常响声等,如果不能有效控制会给压缩机造成严重的损伤,喘振工况的发展非常快速, 一般来讲在1-2 秒内就以发生,因而需要精确的控制算法和快速的控制算法才能实现有效的控制。

动态防喘振技术：

机组投入运行后，PLC 系统将根据压缩机入口流量、入口压力、 出口压力及相应的温度，来判断是否发生喘振。如发生喘振，则由防 喘振控制器的输出值进行调节防喘振控制阀。

喘振参数

压缩机的喘振点可由压比（ Pd/Ps ）及入口差压计算的流量得出。 入口流量的测量值与 Pd, Ps, Td,及 Ts 等可用来计算孔板值 h （该 孔板可视为位于压缩机的入口），进而作出喘振预测。 防喘控制的 I/O 要求

PT

AI 入口/出口压力 TT

AI 入口/出口温度 入口流量

PV AO 防喘阀 SOV

DO 旁路/放空阀 ESD DI 联锁输出

FT

AI 通用喘振线

防喘控制功能块标准特性有：

选择 h/Ps 的算法小流量或低转速情况下的防喘振线计算如果喘振发生，喘振安全裕度可自动调整设定点浮动线功能可以在工作点向喘振线窜动时及时打开防喘阀比例调节功能可以迫使防喘阀独立于控制过程而打开灵活的起机和跳车逻辑可选择手动控制帮助设定、测试和故障排除当喘振逼近或透平跳车时，电磁阀触点输出可打开防喘阀

防喘振算法选择：

采用压比算法进行组态。

防喘振线计算：

将喘振线上的几个点的坐标输入到防喘振功能块中，自动计算出喘振线，防喘振线。

安全裕度重校：

如果系统检测到工作点越过喘振线，表示喘振已发生，喘振控制线将被自动调节到右方，而加大安全余量。

压缩机可能在以下情况下喘振: 变送器漂移带来的误差喘振阀或执行机构的粘滞喘振阀或回流管道的部分堵塞非同寻常的巨大的工艺扰动因压缩机磨损导致喘振线移位安全裕度不足过程条件突变喘振线设置错误

每当如前述喘振被检测到，安全裕度增加（控制线右移）一个校准量。输入一个裕度新值可使瞬态计数器归零，且使重校后的裕度等于输入值。系统可组态为每次增加一个固定量（如 2％），或一个累加量（如 1，2，4，8％等）。重校发生的最大次数亦可组态。系统

可显示如下量：喘振发生次数（校准次数）初始安全裕度当前重校后的安全裕度

设定点浮动线：

一般情况下，压缩机不会在喘振线上持续运行或过长时间运行。当工作点在控制线右方（安全区域），喘振控制器的设定点（线）须在当前 h 值的某一可设百分比范围内以可设值移动。当工作点越过设置点（浮动线），以小幅快速向喘振线窜动时，将发生如下情形：防喘阀迅速打开设定点浮动线将以可设值移动直至防喘阀全关新工作点建立

如果设定点浮动线与喘振控制线重合，系统将保持回流以保证在

喘振控制线上运行，此特性并非在所有条件下应用，在应用前亦需作充分评估。

适应性增益和非对称响应：

喘振控制器提供了一种适应性增益特性。当工作点在喘振控制线右方时，该特性减少了比例动作。当工作点在喘振控制线右方的操作裕度超过设定距离，则调用适应性增益特性。PI 控制将能够在发生较小和较平缓的扰动的情况下进行平稳的控制和保护。

根据比例或积分响应，防喘阀可打开，但限制了防喘阀的关闭。该特性使得防喘阀响应快。当工作点安全地移到喘振控制线的右方，防喘阀以设定速率慢关，保证将透平驱动机及工况控制器调整到新的工作条件下。