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串联压缩机组负荷分配控制优化
发布日期:2016/4/12 15:25:02     来源:      点击次数:1874次


要:针对大庆石化公司化肥厂尿素装置CO2增压机和CO2压缩机控制缺陷,采用串联负荷分配控制、入口导叶与防喘振阀的解耦控制算法功能块,实现了串联压缩机组增减负荷的全自动控制。

关键词:压缩机;串联;负荷分配;操作;


概况

中国石油大庆石化公司化肥厂尿素装置CO2压缩机组(3102J)是由意大利新比隆公司制造的两缸四段式离心式压缩机,采用抽汽—注汽—凝汽式蒸汽轮机作为驱动装置,汽轮机型号为EK1100/ZUD,高低压缸型号分别为2MCL607-62BCL306/A3102J通过调节转速来调整负荷。机组原控制系统为1976年随机组配套引进的机械调速器和气动式固定极限流量防喘振系统,1997年采用PLC+CCC3+系列控制器(单回路智能型控制器)对CO2压缩机组控制系统进行了改造。2005年装置50%扩能改造,在CO2压缩机组入口新增一台电机驱动的SRL-601型单级离心式压缩机(K103),K103通过调节回流阀和入口导叶调节负荷,与CO2压缩机串联操作,机组控制系统仍为PLC+CCC3+系列,操作方式仍保留在单回路控制器面板上操作的方式,在启停车时操作不便。2013年采用北京千赢国际棋牌QY_千赢国际资讯站_千赢国际首页网站自动化千赢国际棋牌QY_千赢国际资讯站_千赢国际首页网站有限责任公司的ITCC系统对机组控制系统进行了改造,实现在操作站上实现操作和串联压缩机组的全自动控制。机组工艺流程见图(1)所示,控制原理见图(2)所示。


图(1)串联机组工艺流程图


图(2)串联机组控制原理图

存在问题

2013年控制系统改造后,由于没有足够时间在开车阶段实施控制系统的精调,在自动控制状态下存在用主性能控制器MPIC101加减负荷过慢,在低负荷下(K1033102J防喘振阀未全关的时)CO2入口流量FI101波动大,最高达2000Nm3/hK1033102J防喘振阀无法投全自动控制,操作时用主性能控制器MPIC101加减量后,还要手动开关防喘振阀,操作繁琐等现象。经分析发现主要原因是由于两台机组负荷分配控制方式不太合理,机组仅靠3102J入口压力控制器LSIC105来联接,MPIC101提负荷时,先开K103入口导叶增加CO2流量,LSIC105控制器测量PVPT105)就会上升超过给定SPLSIC105控制转速控制器SIC112提高压缩机转速来降低PT105,此时因CO2流量增加,两台机组工作点远离防喘振控制线,因此手动关小防喘振控制阀,两台机组负荷增加,减负荷时过程相反。而实际控制中,由于K103入口导叶为开式多叶片,导叶改变流量的范围有限,经常自动减负荷时导致导叶关到最小开度5%PT105压力变化太小(正常控制范围为0.205-0.235MPa),导致压缩机转速提升或降低缓慢,而开关防喘振阀时加减负荷明显,因此必须在2015年装置大修后重新对两台机组负荷控制方案进行优化。

负荷分配控制优化方案

3.1 负荷分配控制原理

(3)为负荷分配控制简图,由于串联机组的核心特征是流经两台压缩机的质量流量是相等的,因此压缩机的性能控制采用流量控制,负荷分配控制是指增压机和压缩机的协调控制,当增、减流量的时候增压机与压缩机一起调整并协同控制,使流量稳定。为了能稳定地控制流量,首先是协调控制增压机的导叶和回流阀及压缩机的转速,用压缩机入口压力做微调。

当负荷控制要求提高负荷时,两台机组要同时增加负荷,入口流量会慢慢到达设定值。串联负荷分配要控制每台机组的负荷需要增加多少,如果第一台机组增加功率多了,而第二台机组增加的功率少了,同样也可以达到入口流量控制的要求,但负荷增加到达设定值后会发现两台机组间的压力升高了,这时需要根据段间压力来实现负荷的平衡,让后一台增加做功,前一台减少做功,保证总功率不变的同时,让两台机组间的压力维持不变。

图(3)负荷分配控制简图

3.2 负荷分配使用的控制器

负荷分配使用控制器见图(4)所示,主控制器MPIC101测量值为FI101,控制输出去负荷分配控制器A/B输入,偏置控制器测量值为PI105B,控制输出去负荷分配控制器A/B偏置。负荷分配控制器A的输入信号与偏置信号及压缩机与增压机功率比等参数运算输出到增压机性能控制器输入,经过性能控制器运算控制去入口导叶(HV2326)和增加机防喘振阀(FV2327),实现增压机负荷控制。负荷分配控制器B的输入信号与偏置信号及压缩机与增压机功率比等参数运算输出到压缩机性能控制器输入,经过性能控制器运算控制输出去转速目标值控制压缩机转速。经过压缩机防喘振阀(FV111/PV111)气体为压缩机出口返回到入口,由于压差大FV111/PV111不参加性能控制,只通过压缩机转速来控制压缩机性能。

图(4)控制器图

3.3 性能控制介绍

控制框图见图(5)(6)所示:

图(5)性能控制原理图

图(6)过程控制解耦原理图

如果单纯的用CO2流量(FI101)控制与入口导叶(HV2326)做串级控制,当压缩机的工作点距离防喘振控制线很近时,降转速防喘振阀(FV111/PV111)会开大;当输送的CO2流量要求迅速降低时,只降低入口导叶(HV2326)开度无法实现快速调整,需要迅速打开FV2327来提高性能从而降低流量,待流量稳定后,在关FV2327同时关小HV2326,保证压缩机的入口流量不变。在装置低负荷时,FV111/PV111FV2327将有开度,这时就需要用FV2327来控制负荷,此时如果用入口导叶来控制负荷就有发生喘振的可能,FV2327有两个功能,一个是防喘振控制,另外一个就是用于工艺的调节。其性能控制原理和过程控制解耦原理见图(5)(6)所示。

3.4 负荷分配具体实施方案

由千赢国际棋牌QY_千赢国际资讯站_千赢国际首页网站工程部负责完善串联机组各回路之间协调控制的算法功能块并利用装置开车阶段的时间进行了精调。具体工作实施如下:

3.4.1 负荷控制操作画面

新增加了一幅负荷分配画面,见图(7)所示,当发生超驰报警值时,控制程序将自动减低负荷。操作画面上部为操作显示,表示防喘振控制和导叶控制输出、转速控制输出位置等,详细见画面上的文字说明。操作画面下部为控制器,可以在此投用或解除控制,投用后改变设定置等操作。

图(7)新增负荷分配画面


3.4.2 解耦曲线画面

图(8)增压机导叶与防喘振阀解耦曲线

见图(8)所示,左侧的纵坐标表示防喘振阀(FV2327)的开度 0-100%,右侧纵坐标表示入口导叶(HV2326)的输出 5%-30%,横坐标表示性能PID控制器的输出,右侧十字点代表FV2327开度,左侧十字点代表入口导叶的输出。中间的绿线为动态分程线,是随着性能控制器PID输出(黄色线)变化的,调节过程为:低负荷时控制,由防喘振阀FV2327来控制入口流量。性能控制PID输出增加时,防喘振阀关小,输出大于50%后导叶输出开始增加,此时性能由导叶控制。性能PID控制器输出减小时(100%-50%),关导叶;关导叶的同时,动态分程线向左移动,向左移动的速度有速率限制,当防喘振的工作点距离控制线很近时,速率为0,不允许动态分程线向左移动。导叶开度降低的速度如果超过了动态分程线向左移动的速度,那么导叶开度降低的速度同动态分程线移动的速度。当性能控制器的输出(黄色线)小于动态分程线时,性能直接控制FV2327;此时如果工作点距离防喘振控制线大于5%,待流量稳定后,FV2327关小,HV2326关小,保持性能不变。压缩机只通过改变转速来控制压缩机性能,与FV111/PV111无解耦关系。

四 结论

通过以上对机组的负荷分配控制优化,实现了串联压缩机组增减负荷的全自动控制,降低了操作人员的操作强度;机组在启动初期就能投入自动负荷分配控制,CO2流量控制稳定,为装置的平稳运行提供了强有力保障。

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