仪表自动化应用及发展前景的培训

3、喘振的极限方程及安全操作线
(1)经验公式 将在不同 转速下的压缩机特性曲线 最高点连接起来所得的一 条曲线，称为压缩机喘振 的极限线，如图6—23所示。
对于喘振极限线，可以通过理论推导获得数 学表达式。在工程上，为了安全上的原因，在喘 振极限线右边，建立一条“安全操作线”，作为 压缩机允许工作的界限。这条安全操作线可与一 个抛物线方向近似，其经验公式为
Q12 C p1d
式(6—10)
T1
p1
式中，
C aε 2 2 zR M
将式(6—10)代入式(6—7)，得
p2 1p1d a 式(6—11) p1 m p1
式中， m1/KC
由式6-11）可得：
p1d p1
m
p2 p1
ma
式(6—12)
或 p 1 d m p 2 a 1 p 式(6—13)
式(6—12)和式(6—13)就是用差压计测量入口处气 体流量时喘振安全操作线的表达式。
这种固定极限流量法不足之处在于当压缩机低速运行 时(如图6—25中的n1，n2转速情况下)，压缩机的能 耗过大，这对压缩机负荷需经常改变的生产装置就不 够经济；但从另一方面讲，则有控制方案简单、系统 可靠性高、投资少等优点。
(2)可变极限流量法 为了减少压缩机的能量消耗， 在压缩机负荷有可能经常波动的场合，可以采用调节 转速的办法来保证压缩机的负荷满足工艺上的要求。 因为在不同转速下，其喘振极限流量是一个变数，它 随转速的下降而变小。所以最合理的防喘振控制方案 应是在整个压缩机负荷变化范围内，使它的工作点沿 着如图6—23所示的喘振安全操作线而变化，
根据这一思路设计的防喘振控制系统，就称为可变极 限流量法防喘振控制系统，它的原理如图6—27所示。
在设计防喘振控制系统时，尚需注意如下 几点：
①旁路控制阀在压缩机正常运行的整个过程中， 测量值始终大于设定值，因此必须考虑防喘振控制 器的防积分饱和问题。否则就会造成防喘振控制系 统的动作不及时而引起事故。
式(6—7)
式中，Q1为吸人口气体的体积流量；T1为吸人 口气体的绝对温度；p1、p2分别为吸入口、排出 口的绝对压力；K，a均为常数，一般由压缩机制 造厂家给出，a有等于0、大于0和小于0三种情况。
式(6—7)
由于式(6—7)中的吸入口气体的体积流量Q1、 绝对压力>p1和绝对温度T1有一定关系，而且还可 以依照不同的测量方法和仪表，将经验公式表达 成更加实用的公式。
喘振情况与管网特性 有关。管网容量越大， 喘振的振幅越大，而 频率越低；管网容量 越小，则相反。
2、引起喘振的因素
当离心式压缩机的负荷减小到一定程度时 ，会造成压缩机的喘振，这是引起喘振的最常见 因素。除此之外，被压缩气体的吸入状态，如分 子量、温度、压力等的变化，也是造成压缩机喘 振的因素。
吸入压力的变化，会影响压缩机的实际压 缩比。当吸入压力P1>l降低，所需压缩比增大， 压缩机易进入喘振区。
二、工业过程控制
1、电动 1）电动阀 2) 变频器 3）电机（数字量）
2、液动 电液转换器→各类阀门
3、气动 电气转换器→各类阀门
三、过程控制策略
1、调节器（电动和气动） 2、DCS系统 3、PLC系统过程安全
1、TRICON的SIS系统 2、黑马的SIS系统 3、DeltaV SIS系统 4、横河的SIS系统 5、ABB的SIS系统
宁夏宝丰能源集团股份有限公司
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仪表自动化应用及发展前景
自动化仪表的应用
自动化仪表广泛应用于装备、改造传统产业的 工艺流程的测量和控制，是现代化大型重点成套 装备的重要组成部分，是信息化带动工业化的重 要纽带。
目前，在我国电力、石油、冶金、化工、建材、 轻工等工业领域的企业新建和改造过程中，除工艺流 程和工艺设备外，企业更重视自动化仪表和控制系统 ，以增加产品品种，提高产品质量，降低成本，获取 更多利润。而且企业要安全地生产，达到国家对环保 的要求，需要用新的检测技术，功能更强的控制方法 来控制生产过程，对系统的可靠性、精确度、乃至操 作和维护以及节省投资方面提出了更高的要求。因此 企业用户需要了解国际上新的检测技术和控制系统的 发展状况及其新产品在应用方面的经验；而仪表制造 厂则必须研究、开发与生产适销对路的产品，并要在 改造现有企业方面提供系统集成解决方案
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自动化仪表通俗地来说就是用以检出、测量、观 察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的 器具或设备。从专业的角度来说，仪器仪表也可 具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功 能，例如用于工业生产过程自动控制中的气动调 节仪表，和电动调节仪表，以及集散型仪表控制 系统也皆属于仪器仪表。
一、工业过程检测
QB的取值应以现场压缩机能达到的最高转速所对应的 喘振极限流量为好。压缩机正常运行时，控制器的测 量值恒大于设定值，而旁路控制阀是气关阀，此时控 制器具有正向作用和PI特性，输出达最大值时使阀关 闭。当压缩机吸气量小于设定值时，旁路阀打开，压 缩机出口气体经旁路返回至压缩机人口，气量又增大 到大于QB值。这时虽然压缩机向外供气量减少了，但 防止了喘振的发生。
对于吸入气体的分子量变化，压缩机特性曲 线的改变情况如图6—21所示。
图中清楚地表明， 在同样的吸入气体 流量QA下，分子量 大，压缩机易进入 喘振区。
当吸入气体温度变 化时，它的特性曲线将 如图6—22所示。显然 ，当温度降低，压缩机 易出现喘振。
在实际生产过程中，被压缩的气体往往来自 上一工序，该工序的操作情况会影响分子量和温 度的变化，从而可能引起压缩机的喘振。鉴于目 前的防喘振控制系统一般只是为了防止负荷的减 小，且分子量的变化也无法进行在线测量，所以 ，在上述情况下，防喘振控制系统会“失灵”。 对此需要特别加以重视。
因此，对离心泵的情况，当遇到具有这种特点 的管路装置时，则应避免选用具有驼峰型特性的泵。
对离心压缩机，由于它的性能曲线大多呈驼 峰型，并且输送的介质是可压缩的气体，因此， 只要串联着的管路容积较大，就能起到贮放能量 的作用，故发生不稳定跳动的工作情况便更为容 易。连接离心式压缩机不同转速下的特性曲线的 最高点，所得曲线称喘振极限线。其左侧部分称 为喘振区，如图6—20中阴影部分。
③喘振安全操作线方程式中的压缩机出、人口处 的压力p1、p2均指绝对压力。因此，若所用的压力 变送器不是绝压变送器，则必须考虑相对压力和绝 对压力的转换问题。
④防止压缩机喘振的工况： ➢防止进气压力低、进气温度高、和气体分子量小 等。 ➢防止管网堵塞使管网特性改变。 ➢要坚持在开、停车过程中，升降速不可太快，并 且先升速后升压和先降压后降速。
以现场为代表的控制网络技术在我国已经逐步得到推广， 自上海赛科项目大规模采用现场总线以来，各种工程项 目采用现场总线的心理障碍已经基本消除。人们已经越 来越少问“是否能用”，而越来越多问“如何好用”。 由于近年我国上的大型工程项目多，我国无论在采用现 场总线仪表的项目规模还是在采用的数量方面都处于国 际领先位置。不过一些项目虽然采用了先进的现场总线 智能仪表，但应用的水平却不高，主要是未充分应用智 能仪表可以提供的信息和信息服务。
②在实际的工业设备上，有时不能在压缩机入口 处测量流量，而必须改为在出口处，但压缩机制造 厂所给的特性曲线往往是规定测量人口流量的，这 时就需要将喘振安全操作线方程进行改写。可以从 人口、出口质量流量相等这一等式出发，写出pld与 出口流量的差压值p2d之间的关系式，然后把安全操 作线方程式中p1d替换掉，再以此方程进行防喘振控 制系统的设计。
五、离心式压缩机的防喘振控制
1、 离心式压缩机的特性曲线与喘振 离心式压缩机的特性曲线通常指：出口绝对压
力p2与人口绝对压力p1之比(或称压缩比)和入口体 积流量的关系曲线；效率和流量或功率和流量之间 的关系曲线。对于控制系统的设计而言，则主要用 到压缩比和入口体积流量的特性曲线，见图6—20中 实线。
1、温度检测仪表 1）热电阻 2) 热电偶
2、压力检测仪表 表压和绝压及相互关系
3、液位测量仪表 差压式测量仪表；浮力式测量仪表；辐射式测量 仪表；
4、流量测量仪表 差压式测量仪表；容积式测量仪表；漩涡式测量 仪表；电磁式测量仪表；转子测量仪表；超声波 测量仪表；科氏力质量测量仪表。 5、过程分析测量仪表 在线色谱、PH分析仪、电导分析仪、水表、氧表。 6、特殊仪表 状态监测仪表、转速测量仪表等
(1)固定极限流量 法 采用部分循环法，始 终使压缩机流量保持大于 某一定值流量，从而避免 进入喘振区运行，这种方 法叫做固定极限流量防喘 振控制。图6—25中QB即为 固定极限流量值。
显然，压缩机不论运行在哪 一档转速下，只要满足 Q≥QB的条件，压缩机就不 会出现喘振。用固定极限法 所设计的控制方案结构简单， 如图6—26所示。图中的流 量控制器，即以QB值作为其 固定设定值的防喘振控制器。
离心式压缩机在运行过程中，有可能会出现这 样一种现象，即当负荷降低到一定程度时，气体的 排出量会出现强烈振荡，同时机身也会剧烈振动， 并发出“哮喘”或吼叫声，这种现象就叫做离心式 压缩机的“喘振”。
喘振是离心式压缩机的固有特性，而事实上少 数离心泵也可能喘振。离心泵工作中产生不稳定工 况需要两个条件：一是泵的P—Q特性曲线呈驼峰状； 二是管路系统中要有能自由升降的液位或其他能贮 存和放出能量的部分。
4、 防喘振控制系统
在通常情况下，压缩机的喘振主要是负荷减 少所致，而负荷的升降则是由工艺所决定的。为 使压缩机不出现喘振，需要确保任何转速下，通 过压缩机的实际流量都不小于喘振极限线所对应 的最小流量QB。