空压站控制的应用实践

空压站控制的应用实践

The P r acti c al App li c ati o n o f the Contr o l for A ir Comp ressi o n Stati o n

樊建华

(中国铝业山西分公司计控室,河津043300)

摘要:根据实际情况,分析了空压站现有运行状况,介绍了喘振的产生原因及克服方法。由此,确定了补充、完善数据检测及增加设备监测与故障诊断系统方案。实践证明,此方案具有数据采集及实时保护、在线监测预报、信号分析、故障诊断、记录等功能,为系统的检测维修提供了一定的依据。

关键词:空压站喘振检测故障

中图分类号:T M31文献标识码:A

Abstract:In accordance w it h t he practi cal si tuati ons,current operati ng status o f a i r compressi on stati ons are ana l yzed.The causes o f t he oc-currence of s urge and t he counter meas ures are i ntroduced.Thus the s yste m strategy for supple menti ng comprehensive data de t ecti on and addi ng equi p m ent superv i sion and f ault di agnosis is deter m i ned.In practice,t he syst em prov i ded t he f uncti ons of data acquisi ti on and real tm i e protec-tion,onli ne predicti ve supervisory,si gnal anal y sis,f ault diagnosi s and dat a record,etc.T hese are t he f unda m ental criteri a f o r detecti on and ma i ntenance o f t he s yste m.

K ey words:A i r compressi on stati on Surge D etection F ault

0引言

中国铝业山西分公司空压站担负着全厂高低压风

的供风任务,以及CO

2气体的压缩输送,是A l

2

O

3

生产

线的/心脏0。空压站设备数量多、运行时间长,按照设备运行的客观规律,已进入故障高发期。空压设备出现故障,对公司的正常运行影响极大,甚至会造成巨大的经济损失。因此对大型转动设备安装在线监测系统,实现机组的状态监测与故障诊断计算机网络化管理十分必要。

中铝山西分公司空压站车间共有压缩机14台,其中高压机6台、低压机3台、CO

2

机5台,分布在3个厂房内。压缩机组自动化和管理水平较低,主要表现在以下几个方面:

①设备运行数据的监控、记录与管理还是采用传统的手工记录和巡检模式。

②运行自动化水平低。仪表种类繁多,故障率较高,对机组保护的可靠度不高,且仪表维护人员工作量大。

③所有空压机均无防喘振保护装置,若发生喘振,将会引发较大的设备事故。

④空压机分布在多个厂房内,信息沟通困难。缺少机组设备的状态监测与故障诊断系统。目前主要依靠技术人员的经验与直觉对机组状况进行分析。

根据以上情况分析可知,空压站控制过程的改进主要是消除喘振的发生、增加机组设备的状态监测与故障诊断系统。

1喘振

1.1喘振及产生的原因

离心式压缩机的特性曲线是指压缩机的出口压力(P

2

)和入口压力(P

1

)之比(称压缩比)同进口体积流量(Q)之间的关系曲线。如图1所示。

图1离心式压缩机特性

F ig.1Charac teristi c o f centrifuga l com pressor

当压缩机在负荷不稳定的状态下工作时,其转子受到交变负荷作用,机身会发生振动,发出一种周期性的/喘气0般的噪声,这种现象称作压缩机的飞动,习惯上称为喘振。喘振是一种危险现象,发生喘振时,会损坏压缩机各部件、轴承和密封,严重时造成轴向窜动,甚至打碎叶轮,烧坏轴瓦使压缩机遭受破坏。

图2是某一固定转速下喘振现象特性曲线。Q

B

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《

自动化仪表》第27卷第8期2006年8月

PROCESS AUTOM AT I ON I NSTRUMENTATI ON V o.l 27N o .8A ugust 2006

是对应于最大压缩比(p 2/p 1)情况下的体积流量,它是压缩机本身能否正常工作、稳定运行的分界点。先从压缩机正常运行工作点A 谈起,当由于某种原因减低负荷时,即Q B Q A ,超过了要求负荷量,系统压力被逼高,如压缩机工作点不能在A 点稳定下来,就会不断地重复上述循环,使工作点由A →B →C →D →A 反复迅速地突变,好像工作点在/飞动0,习惯上称它为喘振。喘振现象的发生是离心压缩机固有的一种特性,每一台压缩机都有它一定的喘振区,故只能采取相应的调节方案以防喘振的发生。

图2 离心式压缩机特性(n 为定值)F i g .2 Characteristi c o f centrifuga l co m pressor

(fi xed v al ue o f n )

1.2 喘振的克服

从图1可知,由于不同转速下压缩机的喘振极限流量是不同的,所以若按喘振极限曲线来控制压缩机,就可以使压缩机在任何转速条件下不会发生喘振。因此,对于防喘振调节我们采用增加旁路管,并且在旁路管上增加调节阀,该调节阀由智能控制器来调节的方法来防止喘振的发生。具体调节过程为:设Q B 是压缩机本身能否正常工作、稳定运行的分界点;A 为空压机正常运行时允许的最小进口流量值,我们将Q A 作为智能控制器的设定值,当空压机正常运行时,进口流量Q 大于给定值Q A ,旁路电动阀处于关闭状态;当Q 小于Q A 时,调节器输出开始反向,而将旁路阀打开,使空压机的一部分气体打循环,从而使Q 增加直到等于或大于给定值Q A ,这时旁路阀关闭,系统处于正常运行状态。其中旁路阀的开启大小与Q 小于Q A 的量值成正比,即Q 小于Q A 越多旁路阀开启越大,这样就可防止喘振的发生。这里应注意Q A 的取值不可大于

Q B 过少,必须保证调节系统在任何调节过程中Q 都要大于Q B ,而且Q A 的取值亦不可大于Q B 过多,防止频繁打循环。从以上过程可以看出,该方案控制较为复杂。

根据实际情况及操作经验,对于空气等放空要求不高的生产现场,采用简单控制系统即可满足现场生产需要。机组的防喘振系统可考虑设计为在每台空压机放风管道上安装电动手动两用切断阀,通过空压机的出口压力和出口流量来控制阀门,当压力、流量信号超过高限设定值时,阀门自动开启;压力、流量信号低于低限设定值时,阀门自动关闭;有设备停车信号时,阀门连锁开启。该阀门要求反应快速、准确、可靠、运转周期长、防腐蚀、便于维护。通过以上方法,解决空压机的喘振问题。

2 设备监测与故障诊断系统

目前我厂空压机常规检测基本齐全,但缺少位移、振动等状态监测与故障诊断参数,所以需要进一步完善机组设备的状态监测并建立故障诊断系统,以提高生产效率和可靠性。2.1 完善检测参数

根据实际情况,增加位移、振动等状态的监测,具体配置如表1所示。其中轴向位移和键相测速采用双探头布置,确保监测结果的准确和可靠。

表1 增加的检测参数

Tab .1 Additi ona l detecting para m eters

类型数量应用描述

轴振动

4

压缩机高低压瓦各两个 轴位移

2用于测试压缩机转子轴位移数据 瓦振

2齿轮箱输入轴和输出轴水平方向各一个电动机轴振2电动机前后轴瓦各一个 键相/转速

2

用于测量转速或者键相

2.2 增加设备状态监测及故障诊断系统

采用PLC 系统,通过数采站将空压机常规监测信号温度、压力、流量及状态监测信号振动、位移、键向送入PLC 实现设备的状态监测和保护,三个空压站每站配备一套PLC 系统,并通过计算机网络实现联网,完成系统连锁控制、记录、保护等功能,并且空压机组的喘振保护程序也在PLC 系统中完成。

在完成设备的状态监测的基础上,数采站同时将空压机状态监测信号振动、位移、键向及必要的常规监测信号温度、压力、流量送入故障诊断服务器,建立故障诊断硬件基础。该故障诊断服务器,充分提取机器振动的特征信息,为准确地掌握机器的运行状态、诊

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