压缩机控制技术介绍

压缩机组先进控制算法
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工业压缩机组应用
控制系统 旋转设备
防喘振控制 性能控制 速度控制 抽汽控制 负荷分配与平衡 急冷控制
旋转机械 控制
过程工程
炼油 烯烃 PTA 合成氨 合成甲醇 空分
离心压缩机 轴流压缩机 蒸汽透平 燃气透平 高温膨胀机 低温膨胀机 能量回收机组
油气田气体工厂 LNG GTL CTL 海上平台 气体输送
操作员站 工程师站
控制室
监视信号
机柜
防喘振信号
调速信号
保护信号
现场
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T880系统特点
安控分离--保护与控制相互独立 SIL3级认证--保护部分获得TÜV莱茵SIL3级安全认证 快速响应--控制部分输入输出执行周期<40mS 三重冗余容错--整个系统无单点故障 可用率高--安全部分3-2-0降级 控制部分3-2-1-0降级
只与压缩机组内部构造有关,采用5条线的控制与保护方法。
hr RC
ESL SLL FOL SCL TSL
SLL:喘振极限线 SCL:喘振控制线
FOL:阀门快开线
ESL:紧急喘振线
转速N
TSL:阀门紧关线
qr2
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先进防喘振控制技术
Hp
100
hr
0.04
80
0.03
60
WM=28
0.02Hale Waihona Puke WM=28 WM=12.2
HP Q s2
其中：
Rcσ 1 hr σ
qr
2
ΔPo,s Ps
与分子量MW无关，与入口工况(Ps,Ts,ks,Zs)无关
与变送器量程和单位无关 只与同类型信号的比值有关，且比值无量纲
需要5个测点信号：ΔPo,s, Ps, Pd, Ts, Td
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先进防喘振控制技术
无关坐标系算法：压缩机的喘振极限线SLL与分子量MW、入口压 力Ps、入口温度Ts、入口比热比ks和入口气体压缩因子Zs无关，
（假设Zavg=Zs）
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先进防喘振控制技术
Pd 1 P s logTd Ts R cσ 1 logPd Ps hr σ 2 2 Δ P Δ P 2 2 o o A q r A A Ps Ps
logTd Ts logPd Ps
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先进防喘振控制技术
Rc
工艺低负荷运行时 压缩机出口过程阻尼线 完全由防喘振阀门决定 压缩机出口过程阻尼线
SCL
SLL
最大可调转速线
P_lim P
超压保护线 操作压力线
压缩机“骑线” 运行示意
最小可调转速线
qr2
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先进防喘振控制技术
多回路协调控制：
1. 速度控制器：用于汽轮机的启停机控制，正常生产期间 的速度调节、控制手段，串级控制中的外环（副回路）；一 键启停机控制、串级控制中的速度自动调节 2. 性能控制器：正常生产期间用于工艺主参数，例如压力 或流量的控制，始终为串级控制中的内环（主回路）。在速 度控制器的就地控制模式中，始终处于跟踪状态；在速度控 制器的远程控制模式中，提供工艺主参数的自动调节控制手 段，包括配合自动工艺减负荷过程
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先进防喘振控制技术
入口工况条件： Ps=0.08/MPaa Ts=-38/degC 入口工况条件： Ps=0.149/MPaa Ts=-38/degC
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先进防喘振控制技术
入口工况条件： Ps=0.149/MPaa Ts=-38/degC 入口工况条件： Ps=0.149/MPaa Ts=30/degC
防喘振控制算法本身内嵌有出口压力高限极，即使运行点离喘振控制线还 很远(安全区)，但只要压力高于一定水平(在安全阀起跳值之下)，防喘振 阀门自动打开，使压力下降，防止安全阀起跳，保证工艺操作的可靠性！
内置的变送器故障退守策略——输出冻结算法，避免因变送器或接线故障 导致工艺停车，最大限度地保证工艺的可靠性和连续性！ 快速——T880三重化机组控制系统快速回路执行周期<40ms
喘振接近度采用反函数计算，增强控制与保护的强度
hr hr,测
SLL
Ss
快开慢关
qr,标2
qr,测2
qr2
qr,标2
qr,测2
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先进防喘振控制技术
入口压力低极限控制 出口压力高极限控制
防喘振控制器与性能控制器之间的解耦
防喘振控制器与防喘振控制器之间的解耦 多段压缩机防喘振控制器的防喘振阀门共用技术 侧流压缩机防喘振控制应用 并联运行压缩机组防喘振控制应用
EN
50130-4: 1995+A1:1998+A2:2003 EN 54-2:1997+AC:1999+A1:2006 NFPA 72: 2010 NFPA 85: 2011 NFPA 86: 2011 EN 61000-6-2:2005 EN 61000-6-4:2007
IEC 61508, Parts1 - 7:2010 IEC 61511: Parts1 - 3:2004 EN 50156-1: 2004 EN 298: 2003 EN 230: 2005 IEC 61131-2: 2007 IEC 61326-3-1: 2008
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先进防喘振控制技术
入口压力低极限控制
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先进防喘振控制技术
入口压力低极限控制
当压缩机上游有分馏塔一类的装置时，塔压的操作不能低于 一定水平，如果低于一定水平，就会造成气液两相传热、传
质的分馏装置内部产生振荡，进而造成塔压的振荡。当用于
调节塔压的主性能控制器的调节手段达到极限状态时，防喘 振控制器内嵌的极限控制回路可以组态为入口压力低极限，

压力控制 流量控制 极限控制 负荷分配控制 负荷平衡控制 解耦控制

透平轴封压力 润滑油压力 润滑油温度 复水器液位 密封气差压 凝液罐液位

启动逻辑 停车连锁 首出报警 SOE记录
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国内首套SIL3认证的安全仪表系统
国内首套完全自主知识产权的安全仪表系统 2012年7月12日获得TÜV莱茵的SIL3认证
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T880压缩机组控制系统
概述：
T880系统是和利时专为压缩机组控制系统
CCS(Compressor Control System)开发的3重冗
余容错控制系统，本着安控分离的原则进行工
程设计。T880具有安全、可靠、配置方便、控
制周期短等特点，集成了世界领先的压缩机组
控制算法。
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T880压缩机组控制系统
并在判断到极限条件触发时，自动调节使得防喘振阀门开大，
从而使得塔压维持在一个可接受的范围内，保证生产的平稳 进行。
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先进防喘振控制技术
出口压力高极限控制
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先进防喘振控制技术
出口压力高极限控制
工艺流程的安全设计原则，通常在压缩机出口安装有安全阀， 用以防止压缩机出口的后部流程因为流阻突然迅速上升、造
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机组控制核心－防喘振
防喘振控制与保护的主要目的： (1) 避免压缩机因发生喘振造成严重的设备损坏与停工
(2) 避免压缩机因发生喘振对工艺操作造成巨大的扰动
防喘振控制的挑战： (1) 运行工况的改变：入口压力Ps，入口温度Ts，分子量MW (2) 防喘振控制要求及时、快速、准确、可靠
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机组控制核心－防喘振
压缩机控制技术介绍
中国·
2013.
杭和装备
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杭和装备介绍
过程动设备—— 控制技术与产品、解决方案提供商，专业 从事透平机械控制业务，已完成透平机械控制项目超过2000套， 专业工程技术人员近百人。
杭州和利时－装备自动化行业部
汽轮机 控制 压缩机 控制
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杭和装备介绍
工业压缩机
T880压缩机组控制系统
传统ITCC的缺点：
(1) 不能有效补偿入口压力Ps、入口温度Ts、分子量MW变化对喘振极限线 SLL、喘振控制线SCL和运行点造成的影响； (2) 在开工阶段以及正常生产阶段，无论入口压力Ps、入口温度Ts、分子 量MW怎样变化，喘振极限线SLL和喘振控制线SCL的形状和位置始终固定不 变； (3) 一旦发生喘振，需要改为手动操作，否则在自动模式中振荡发散； (4) 很多现场阀门长期回流/放空，造成巨大的能源浪费；
HiaGuard
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T880安全系统样柜
样柜图T880系统
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T880安全系统机架
保护部分 --SIS
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T880控制系统机架
控制部分 --CCS
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T880逻辑结构
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T880安全部分原理结构
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T880控制部分原理结构
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汽拖压缩机组控制内容
汽拖压缩机组
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电拖压缩机组控制内容
电拖压缩机组
成过程容器、管线超压而导致破坏甚至爆炸。安全阀的起跳
可以迅速卸压，但通常造成装置停工。防喘振控制器内嵌的 极限控制回路可以组态为出口压力高极限控制；通过工程化
组态，当出口压力高于一定数值时，即使当运行点离喘振控
制线SCL还很远,出口压力高极限控制回路自动调节防喘振阀 门的开度，从而使出口压力保持在压力高限数值以下。
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先进防喘振控制技术
无关坐标系的建立
根据多变压缩过程： 根据流量元件公式：
Z avg R o Ts R c σ 1 HP MW σ
Qs ΔPo ρs A
Qs2 Z s R o Ts ΔPo A2 MW Ps
2
Z avg R o Ts R c σ 1 HP MW σ Z s R o Ts ΔPo Q s2 A2 MW Ps
3. 防喘振控制器：压缩机组防喘振控制与保护的有效手段， 同时配合工艺的自动启停车过程，算法本身的闭环主PI回路 与开环保护动作有效应对慢速的和快速的喘振接近，同时内 置的压力高极限控制在任何时候保证压力低于安全阀动作值 ，保护工艺不停车。
36
谢谢！
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hr hr,测 hr
Ss 1 Ss 1
SLL
SLL
喘振区
安全区
Ss 1
qr,标2
qr,测2
qr2
qr2
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先进防喘振控制技术
喘振接近度： S s
qr ,标 2 qr ,测2
Rcσ 1 hr σ
喘振接近度的计算不是基于一个信号变量，而是基于一组信号变 量:ΔPo,s, Ps, Pd, Ts, Td,计算更准确！
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压缩机组控制内容
汽轮机拖动压缩机组主要控制内容： 1.）联锁停车逻辑 2.）启动允许逻辑 3.）汽轮机速度控制 4.）压缩机防喘振控制与保护 5.）性能控制—压缩机入口/出口压力控制 6.）多回路协调控制与解耦控制 7.）各类辅机过程控制 8.）各类辅机逻辑控制 9.）上位操作站画面显示、趋势、报警
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先进防喘振控制技术
防喘振控制技术的特点：
自动的压缩机加载、卸载，配合速度控制器的一键启停机自动控制！
先进的无关坐标系算法，对入口温度变化、入口压力变化、分子量变化 进行有效和准确的补偿，保证喘振极限线SLL和运行点的计算本身非常准 确与可靠！
算法本身提供闭环防喘振主PI响应用于克服斜坡受控的减负荷过程，同时 提供开环保护动作用于克服任何设备的非正产因素导致的快速喘振逼近！
40
WM=12.2 WM=6.3 WM=4.2
0.01
WM=6.3 WM=4.2
2000
4000
6000
8000
Qs(ACMH)
0.02
0.04
0.06
0.08
2 qr
相关坐标系
无关坐标系
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先进防喘振控制技术
喘振接近度定义： S s
qr ,标 2 qr ,测2
喘振接近度是一个无关变量，在喘振极限线上喘振接近度等于1
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T880系统功能概述
Hollysys CCS——压缩机组控制一体化解决方案
B
喘振控制 E 联锁保护
A 转速控制
C 过程控制
D 辅助控制

启动 升速 暖机 临界转速回避 转速调节 串级控制 失速跳车 超速回避 超速跳车

自动启停控制 防喘振控制 软手动操作 硬手动操作 退守策略 极限控制 解耦控制