張鵬

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110869）

氧氣壓縮機(jī)組的控制方案

張鵬

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110869）

論文主要介紹了氧氣壓縮機(jī)組的復(fù)雜控制方案，著重闡述了機(jī)組防喘振控制、性能調(diào)節(jié)及入口導(dǎo)葉自動(dòng)控制功能。

氧氣壓縮機(jī)組；防喘振控制；性能調(diào)節(jié)；入口導(dǎo)葉

0 引言

近兩年來，隨著壓縮機(jī)設(shè)計(jì)和自動(dòng)化控制水平的不斷提高，以產(chǎn)品技術(shù)過關(guān)為立足點(diǎn)，本著為用戶著想的思想，我廠開發(fā)了新型氧氣壓縮機(jī)組控制方案，并得到越來越廣泛的應(yīng)用。

1 控制方案闡述

壓縮機(jī)組的集成控制系統(tǒng)，用于機(jī)組參數(shù)的檢測(cè)、控制和顯示，壓縮機(jī)的防喘振控制、機(jī)組性能調(diào)節(jié)控制、機(jī)組的安全聯(lián)鎖保護(hù)。

氧氣壓縮機(jī)組機(jī)型一般為：2MCL454+3MCL406，汽輪機(jī)拖動(dòng)兩個(gè)壓縮機(jī)缸體運(yùn)行，其中低壓缸2MCL454為水平剖分結(jié)構(gòu)2段壓縮，入口帶有導(dǎo)葉配合性能調(diào)節(jié)用，高壓缸3MCL406為水平剖分3段壓縮，氧氣經(jīng)過低壓缸的兩段壓縮再經(jīng)低壓缸出口進(jìn)高壓缸一段入口，再經(jīng)過高壓缸三段壓縮經(jīng)高壓缸出口進(jìn)入用戶工藝流程。

氧氣壓縮機(jī)組的控制難點(diǎn)：①機(jī)組防喘振控制；②機(jī)組性能調(diào)節(jié)；③入口導(dǎo)葉自動(dòng)控制。

1.1防喘振控制難點(diǎn)

當(dāng)用戶管網(wǎng)阻力增大到某值時(shí)，壓縮機(jī)流量下降很快，當(dāng)下降到一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)整個(gè)壓縮機(jī)管網(wǎng)的氣流周期性的振蕩現(xiàn)象，壓力和流量發(fā)生脈動(dòng)，同時(shí)發(fā)出異常噪聲，即發(fā)生喘振，整個(gè)壓縮機(jī)組受到嚴(yán)重破壞，因此壓縮機(jī)嚴(yán)禁在喘振區(qū)運(yùn)行。為了防止喘振發(fā)生，本壓縮機(jī)組設(shè)有防喘振控制回路。防喘振控制就是：無(wú)論壓縮機(jī)的壓縮比是多少，必須保證壓縮機(jī)的吸入流量比喘振流量大，只有這樣，才能保證壓縮機(jī)穩(wěn)定地工作。本機(jī)組防喘振控制采用了壓比（Pd/Ps）～h/Ps的計(jì)算方法，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，包容了分子量、流量、進(jìn)口壓力、進(jìn)口溫度、出口壓力、出口溫度的變化影響，控制模型更加靠近喘振線，從而保證壓縮機(jī)組最大的工作區(qū)域［1］。

（1）防喘振控制：圖中SCL把壓縮機(jī)工作面積（范圍）劃分成兩部分，見圖1。第一部分位于SCL的右側(cè)，我們把它稱為“安全區(qū)”；第二部分在SLL和SCL之間，我們把它稱為“循環(huán)區(qū)”。當(dāng)壓縮機(jī)在安全區(qū)工作時(shí)，循環(huán)閥保持完全關(guān)閉，當(dāng)工作點(diǎn)達(dá)到SCL，循環(huán)閥必須打開。

圖1　喘振區(qū)域圖Fig.1 Surge area chart

注意：SLL為喘振線，SCL為防喘振線，控制器也在喘振線與防喘振線之間設(shè)置一條快開線，當(dāng)工作點(diǎn)處于快開線時(shí)，應(yīng)迅速打開防喘振閥。

（2）控制系統(tǒng)防喘振控制應(yīng)具備以下特點(diǎn)：①一旦發(fā)生喘振，將自動(dòng)校正安全區(qū)域，且此安全區(qū)域可人工干預(yù)或確認(rèn)；②當(dāng)工況點(diǎn)以大于規(guī)定的速率越過喘振控制線時(shí)，則自動(dòng)打開防喘振閥；③防喘振閥快開和慢關(guān)；④配有手操器功能，用于調(diào)節(jié)、試驗(yàn)、和排除故障；⑤輸出接點(diǎn)控制防喘振調(diào)節(jié)閥的電磁閥，在發(fā)生劇烈喘振或機(jī)組聯(lián)鎖時(shí)，直接打開防喘振閥。

1.2性能調(diào)節(jié)

機(jī)組的性能調(diào)節(jié)是指通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或入口導(dǎo)葉、入口閥門使機(jī)組參數(shù)滿足工藝流程的要求。本機(jī)組性能調(diào)節(jié)采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速及導(dǎo)葉。

開車前的準(zhǔn)備狀態(tài)（此處僅闡述各閥門及導(dǎo)葉的狀態(tài)）：①入口導(dǎo)葉處于微開狀態(tài)（為保證機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)）；②機(jī)組防喘振閥、放空閥為全開狀態(tài)。

開車時(shí)，機(jī)組整機(jī)性能調(diào)節(jié)以汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為主，入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)為輔。同時(shí)，為了便于工藝人員根據(jù)流程要求隨時(shí)調(diào)節(jié)其開度，入口導(dǎo)葉及入口閥門應(yīng)處于手動(dòng)狀態(tài)，控制系統(tǒng)執(zhí)行半自動(dòng)程序，逐漸升速，使機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。同時(shí)也要逐漸增大入口導(dǎo)葉開度，直到全開，完成開車過程［2］。

機(jī)組正常運(yùn)行后，性能調(diào)節(jié)以入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)為主，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為輔。這里，低壓缸入口導(dǎo)葉由低壓缸入口壓力信號(hào)經(jīng)PID調(diào)節(jié)后輸出的信號(hào)控制，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制由低壓缸入口壓力信號(hào)經(jīng)PID調(diào)節(jié)后輸出的信號(hào)控制轉(zhuǎn)速。

當(dāng)?shù)蛪焊兹肟趬毫Ω哂谠O(shè)定值時(shí)，入口導(dǎo)葉自動(dòng)跟蹤，當(dāng)入口導(dǎo)葉開度達(dá)到全開，氧壓機(jī)輸出壓力仍舊不能滿足設(shè)定值要求時(shí)，控制系統(tǒng)或調(diào)速器應(yīng)以無(wú)擾動(dòng)切換方式投入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，此時(shí)，應(yīng)先保證入口導(dǎo)葉處于全開狀態(tài)，轉(zhuǎn)速到氧壓機(jī)的性能要求后，在此轉(zhuǎn)速狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3入口導(dǎo)葉自動(dòng)跟蹤控制

入口導(dǎo)葉應(yīng)具備手動(dòng)、自動(dòng)控制功能，并做、入口導(dǎo)葉開啟、關(guān)閉卡位現(xiàn)象自動(dòng)跟蹤保護(hù)控制。

入口導(dǎo)葉位置反饋信號(hào)自動(dòng)跟蹤輸出信號(hào)，反饋信號(hào)與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，超過給定極限值報(bào)警，并重新進(jìn)行導(dǎo)葉調(diào)節(jié)直到一致。

1.4事故停車

當(dāng)出現(xiàn)事故停車信號(hào)時(shí)，進(jìn)行以下操作：①防喘振電磁閥失電閥門全開；②氧氣入口電磁閥失電閥門全關(guān)；③氧氣出口電磁閥失電閥門全開；④混合氣放空電磁閥失電閥門全開；⑤氧氣排出電磁閥失電閥門全關(guān)；⑥缸間回流電磁閥失電閥門全開；⑦汽輪機(jī)停機(jī)電磁閥失電閥門全關(guān)。

2 結(jié)束語(yǔ)

氧氣壓縮機(jī)組控制方案設(shè)計(jì)安全等級(jí)要求高，但在各相關(guān)部門的積極配合下，經(jīng)過反復(fù)攻關(guān)、不懈的努力，終于制定出一套完整的控制方案。從上述關(guān)于氧氣壓縮機(jī)組控制方案的論述可以看出，該控制方案解決了氧氣壓縮機(jī)組運(yùn)行過程中過程中控制復(fù)雜的技術(shù)難題，能夠滿足實(shí)際控制的要求。該方案已經(jīng)在多個(gè)項(xiàng)目中得到實(shí)際應(yīng)用。

［1］趙豐.離心壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)研究［D］.大連理工大學(xué)，2006.

［2］王傳鑫.離心壓縮機(jī)綜合控制方法研究［D］.大連理工大學(xué)，2007.

The Control Scheme of Oxygen Compressor

ZHANG Peng
（Shenyang Blower Group Co.，Ltd．，Shenyang Liaoning 110869，China）

This article mainly introduced the complex control scheme of the oxygen compressor，emphatically expounds the units anti surge control，performance tuning and inlet guide vane automatic control function.

oxygen compressor；anti-surge control；performance tuning；inlet guide vanes

TH-39

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.02.039

1002-6673（2015）02-102-02

2015-01-07

張鵬（1975-），女，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)工程師。主要從事壓縮機(jī)組及流程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。