基于Tricon系统的柴油加氢透平压缩机控制系统的设计学位866032

基于Tricon系统的柴油加氢透平压缩机控制系统的设计学位866032学位论文基于Tricon系统的柴油加氢透平压缩机控制系统的设计A Thesis in Control EngineeringDesign of Control System of Diesel Hydrogenation Turbine Compressor Basedon Tricon Systemby Cui Wei qiSupervisor: Professor Guan ShoupingSenior Engineer Yu JianguoNortheastern UniversityDecember 2012独创性声明本文声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。

论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本文为获得其他学位而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。

本文同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。

作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年□一年□一年半□两年□学位论文作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：东北大学硕士学位论文摘要基于Tricon系统的柴油加氢透平压缩机控制系统的设计摘要当今，透平压缩机在炼油、天然气、煤化工等行业中得到了广泛的应用。

特别是在柴油加氢装置中压缩机做为核心设备，更需要安全、稳定的运行，一旦出现故障，将会带来非常严重的后果。

所以，为核心装置配备一个智能控制系统，犹如给机组配备了一个大脑。

在保证着机组平稳运行的基础上，最大限度的节约能源，优化控制方案为装置的安全运转保驾护航。

本文以中国石油宁夏石化公司柴油加氢装置压缩机控制系统开发为背景，对汽轮机、压缩机的工作原理做了详细的介绍。

控制系统本文采用的是TRICONEX 公司生产的Tricon控制系统。

三重冗余容错的控制器更提高了控制系统的性能和稳定性。

本文完成了对压缩机控制系统设计的方案，提出了一套实用的压缩机控制策略。

针对调速控制方案进行了串级控制。

根据更改入口压力设定值来控制机组，手动设定转速即为目标转速，目标转速作为SP值，实测转速作为PV值，两者通过速度PID不断的比较，得出一个阀门开度值CV。

相对于之前的简单调节系统，串级控制系统改善了控制质量。

防喘振控制本文中运用可变极限流量法控制，以取代先前的固定式防喘振控制系统。

其中包括多个控制回路，较好的考虑了压缩机运行中可能发生的因素，从而提高了防喘振的安全可靠性。

同时也减少了能源的浪费。

在装置试车期间对控制方案进行改进，当系统压力比较低时，打开防喘振控制阀，当投负荷后阀门能及时关到位。

无论是投负荷与空负荷运转都确保循环机不在喘振区运行，既缩短了开停工时间，又减少了维修的麻烦。

把之前的防喘振曲线平移的模式，改进为防喘振线渐开的模式，提高了机组的运行效率，同时也更平稳的控制机组。

不仅降低了消耗，也为企业带来了较大的经济效益。

本文阐述的此套柴油加氢控制系统，已经投产运营，控制系统运行平稳、控制精确、操作方便，完全满足甚至超出了当初设计时的用户要求，得到了用户的认可和好评。

关键词：透平压缩机；调速；防喘振；Tricon东北大学硕士学位论文 AbstractDesign of Control System of Diesel Hydrogenation Turbine Compressor Basedon Tricon SystemAbstractNowadays, Turbine Compressor are widely applied in oil refining, natural gas, coal chemical industry and other industries. In particular, the compressor, as core equipment of a diesel hydrogenation plant, does need safe and stable operation, once a failure happens, there will be very serious consequences. Therefore, providing an intelligent control system for the core equipment is like providing a brain for the compressor unit. On the basis of guaranteeing smooth running of the compressor unit, it saves energy to the maximum, and optimizes the control scheme to ensure safe operation of the plant.In the context of development of control system of compressor of diesel hydrogenation plant of PetroChina Ningxia Petrochemical Company, this paper gives a detailed introduction of the operating principle of steam turbine and compressor. The control system in this paper adopts Tricon control system manufactured by TRICONEX. Triple redundant fault-tolerant controller further improves the performance and stability of control system. This paper completes the scheme for design of control system of compressor, and gives a set of useful compressor control strategies. Aiming at the speed control scheme, cascade control is exercised. The compressor unit is controlled by changing the setting value of inlet pressure, manual setting speed is target speed, target speed serves as SP value, measured speed serves as PV value, and valve opening value CV is obtained by constant comparison of speed PID of both. Compared with previous simple regulating system, cascade control system improves the control quality.Anti-surge control in this paper adopts control of variable limit flow method to replace previous fixed anti-surge control system. It includes multiple control loops, and better considers possible factors during the operation of compressor, thus improving safe reliability of anti-surge. Besides, it reduces energy wastage. The control scheme is improved during trial run of the plant, anti-surge control valve is opened when the system pressure is low, and the valve can be timely closed to the designated position after full-load. It ensures the circulation machine does not operate in the surge area whether full-load or no-load operation, which notonly shortens the time of start-up and shut-down, but also saves the trouble of repair. Previous translation mode of anti-surge curve is improved to involute mode of anti-surge line, which improves the operating efficiency of the compressor unit, and realizes more stable control. It not only reduces energy consumption, but also brings great economic benefits for the enterprise.The diesel hydrogenation control system in this paper has gone into operation. Featured by smooth running, accurate control and easy operation, the control system fully meets and even goes beyond user requirements at the beginning of the design, and wins recognition and favorable comment from users.Key words: Turbine Compressor；speed regulation；anti-surge；Tricon目录独创性声明 (I)摘要 ....................................................................................................................................... I I ABSTRACT (III)第1章绪论 (1)1.1透平压缩机组在工业装置中的作用 (1)1.2压缩机控制技术在国内外的发展现状 (1)1.3 论文研究背景 (2)1.4 本文研究内容 (3)第2章透平压缩机原理及构成 (4)2.1透平系统的原理及应用 (4)2.1.1透平的原理及构造 (4)2.1.2透平调节系统 (6)2.2压缩机系统原理与应用 (7)2.2.1压缩机组的原理及构造 (7)2.2.2防喘振控制系统 (9)2.3本章小结 (12)第3章压缩机控制系统硬件构成及系统功能设计 (14)3.1系统功能需求分析 (14)3.2 Tricon控制系统 (15)3.2.1 Tricon控制系统简介 (15)3.2.2 Tricon控制系统主要特点 (15)3.2.3 Tricon系统的典型应用 (16)3.3 控制系统硬件设计与工作原理 (17)3.3.1 系统硬件配置 (17)3.3.2 CPU容错技术 (19)3.3.3 Tricon工作原理 (20)3.4控制系统功能设计 (21)3.4.1压缩机机组启停功能设计 (21)3.4.2 压缩机防喘振方案设计 (22)3.4.3 压缩机调速功能设计 (25)3.5本章小结 (28)第4章防喘振控制问题的研究与改进 (31)4.1透平压缩机防喘振问题的研究 (31)4.1.1防喘振控制技术的发展与现状 (31)4.1.2压缩机喘振产生的原因及危害 (32)4.2防喘振控制机理及技术要点 (33)4.2.1喘振控制机理及分类 (33)4.2.2 传统与动态防喘振控制方法的研究 (34)4.2.3 Tricon系统防喘振功能及应用 (38)4.3防喘振算法的优化及应用 (44)4.3.1传统喘振控制算法 (45)4.3.2防喘振控制线的确定及算法数学模型建立 (47)4.4 本章小结 (51)第5章压缩机控制系统组态与测试 (53)5.1压缩机控制系统配置及程序开发 (53)5.1.1 Tricon系统的配置及特点 (53)5.1.2 Tristation 1131软件开发操作流程 (54)5.2 TS3000控制系统上位机监控功能 (56)5.2.1压缩机启车系统 (57)5.2.2压缩机联锁系统 (57)5.2.3压缩机故障分析系统 (59)5.2.4防喘振系统 (60)5.2.5调速系统 (62)5.2.6压缩机工艺流程系统 (62)5.2.7历史趋势记录功能 (65)5.3压缩机控制系统测试工作 (66)5.3.1系统测试的必要性及基本方法 (66)5.3.2 系统测试结果及FAT报告 (67)5.4 本章小结 (67)第6章结论与展望 (69)参考文献 (71)作者在攻读硕士学位期间的研究成果 (73)致谢 (75)第1章绪论1.1透平压缩机组在工业装置中的作用在我国，工业是能源消耗的大户，近年来原油、原煤、天然气等能源消耗量位居世界前列，特别是石油年消耗量已超过4亿吨，对外依存度超过50%，我国的炼油厂担负着越来越重要的能源加工生产任务。