郝小燕

（河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽 457OO4）

工藝空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)

郝小燕

（河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽 457OO4）

著重分析工藝空氣離心式壓縮機(jī)原防喘振控制系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的問題，針對存在的問題對控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，通過本次改進(jìn)解決了困擾合成氨的兩大問題，穩(wěn)定了生產(chǎn)，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

壓縮機(jī)；防喘振控制系統(tǒng)；問題；改造

中原大化合成氨裝置工藝空氣壓縮機(jī)是由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動的離心式壓縮機(jī)。該機(jī)原來只有固定曲線防喘振控制系統(tǒng)，采用單一5段出口流量測量，調(diào)節(jié)器為日本橫河YS－8O SLCD，調(diào)節(jié)閥為德國GAULD公司的調(diào)節(jié)閥。改進(jìn)為可變極限防喘振控制系統(tǒng)，并增加壓縮機(jī)性能控制系統(tǒng)，采用5段出口流量測量，增加入口壓力、出口壓力補(bǔ)償，引入燃?xì)廨啓C(jī)低壓軸轉(zhuǎn)速等，增加變送器PT－O2O35進(jìn)行性能控制，調(diào)節(jié)器為美國壓縮機(jī)控制公司的3+系列，調(diào)節(jié)閥為美國FISHER公司的產(chǎn)品，外加一臺性能監(jiān)測計算機(jī)直接觀察工作點的參數(shù)等變化。

1 原防喘振控制系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題

由于采用固定極限防喘振控制系統(tǒng)，也就決定了它只是以防喘振為目的，而不是根據(jù)工藝狀況調(diào)整負(fù)荷的大小，不利于節(jié)能。

空壓機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)可調(diào)裕量小，從而不好控制，特別是在工況波動時波動幅度很大，容易引起停車。

空氣壓縮機(jī)是從大氣吸入空氣，所以它受大氣的溫度、壓力、濕度等的影響大，而這幾個因數(shù)都是影響空壓機(jī)喘振的關(guān)鍵因素?？諌簷C(jī)的出口溫度基本上恒定于14O℃左右，壓力基本上恒定在4MPa左右，條件比較穩(wěn)定。實踐證明空壓機(jī)在同一大氣條件下，喘振時入口參數(shù)變化最靈敏，而出口參數(shù)滯后。所以原控制系統(tǒng)存在調(diào)節(jié)不及時現(xiàn)象。而且由于每次喘振周期與喘振幅度不一致，有時候防喘振系統(tǒng)動作時反而加大了上述的波動。

調(diào)節(jié)閥選型不合適，從原始開車以來一直不容易控制并多次故障，為安全運(yùn)行帶來了隱患，并且多次導(dǎo)致被迫停車或推遲開車。

2 新系統(tǒng)的特點

采用防喘振與性能控制相結(jié)合，有以下幾個特點：!把進(jìn)、出口壓力引入防喘振控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了可變極限防喘振控制。"與燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)整個機(jī)組的性能控制。#壓力超馳特性可在工藝需要時提高放空流量，維持工藝需要的壓力。此時不以節(jié)能為目的，以穩(wěn)定工藝壓力為目的。$采用多個措施來預(yù)防喘振的發(fā)生，或是迅速弱化直至消除喘振，其過程簡述如下：控制中四條曲線最基本的曲線是喘振極限線（SLL），SLL要根據(jù)實際機(jī)組喘振實驗來確定，一旦SLL線確定，則安全狀態(tài)線（SOL）、循環(huán)釋放線（RTL）、喘振控制線（SCL）則根據(jù)相應(yīng)的算法確定下來。防喘振控制系統(tǒng)根據(jù)控制算法有一個工作點。根據(jù)工作點位置判斷工藝狀態(tài)。平穩(wěn)運(yùn)行時該工作點應(yīng)處于SCL上或右邊。

對于我廠正常運(yùn)行時，防喘振系統(tǒng)由壓力超馳（POC）或防喘振PI算法控制。壓力超馳控制是當(dāng)工藝空氣壓縮機(jī)出口壓力大于設(shè)定壓力的O.15 MPa時進(jìn)行控制，這時由性能控制器的PI算法控制防喘振控制閥FVO2OO1，以滿足工藝系統(tǒng)對壓力的要求。防喘振PI算法是在壓縮機(jī)出口壓力不大于設(shè)定壓力的O.15 MPa，且工作點在RTL的右邊時起作用。當(dāng)工作點在SCL右邊時，是關(guān)閉FVO2OO1的趨勢；當(dāng)工作點在SCL的左邊時，是打開FVO2OO1的趨勢，且離SCL越遠(yuǎn)，動作速度越快。以上兩種控制基本上滿足了正常穩(wěn)定運(yùn)行的控制要求。

有時候當(dāng)系統(tǒng)波動時，工作點移至RTL上，甚至左邊，這時控制器選擇RT控制算法。當(dāng)工作點在RTL上或左邊時，F(xiàn)VO2OO1的動作是一個幅度為（－25×25Dev）的階躍，增大流量使工作點迅速右移，從而不致于系統(tǒng)惡化到喘振。如果工作點繼續(xù)左移，以O(shè).48 s的周期階躍開大FVO2OO1，阻止工作點的左移，直到工作點右移，工作點右移后FVO2OO1以指數(shù)規(guī)律衰減，以適應(yīng)新的工藝狀態(tài)。即快開防喘振，慢關(guān)適應(yīng)新工藝。

當(dāng)工作點繼續(xù)左移至SLL時，就會發(fā)生喘振。如果喘振時工作點移至SOL，則喘振計數(shù)器計數(shù)一次，它使SCL右移5%；喘振計數(shù)器計數(shù)二次，SCL右移1O%，依次類推。主要目的是為了防止不明原因的喘振再次發(fā)生，損壞壓縮機(jī)。如果查明原因并解決問題，可以復(fù)位喘振計數(shù)器，使SCL恢復(fù)原位。

采用圖形軟件WIOS直接觀察工作點的狀況。利用WIOS圖形軟件收集各種動態(tài)信息，并可直觀地看到工作點的動態(tài)變化。有利于我們總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗，穩(wěn)定今后的操作。

采用新的防喘振控制閥 FVO2OO1。新的FVO2OO1不管在流通能力、控制準(zhǔn)確度及快開速度、靈敏度等比原閥都有很大的提高。當(dāng)壓縮機(jī)喘振時，要求它能在2s內(nèi)全開，從而適應(yīng)快速反應(yīng)。

3 改進(jìn)的主要工作

讓新系統(tǒng)與其它相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)無縫連接，既改造了舊系統(tǒng)、克服了原來的缺點，又盡可能的適應(yīng)了原系統(tǒng)。主要工作有：!與PLC的連接。保持原來的報警功能和保護(hù)功能，增加“調(diào)節(jié)器故障或輸出故障”和“變送器故障或過喘振”。"與DCS的連接。保持原DCS上的FTO2OO1流量指示和PTO2O25壓力指示。#與燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的連接。與燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)連接使整個機(jī)組一體化控制，實現(xiàn)防喘振與性能控制的聯(lián)合控制。$調(diào)節(jié)閥的選型與氣路的改造。由于原調(diào)節(jié)閥的缺點，更換了調(diào)節(jié)閥?？紤]到全廠聯(lián)鎖功能的實現(xiàn)，改造了調(diào)節(jié)閥的氣路。

4 運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題及分析處理

改進(jìn)后，系統(tǒng)運(yùn)行時發(fā)現(xiàn)，新上的防喘振系統(tǒng)和燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)合控制時，空壓機(jī)五段出口的壓力一直有一個波動存在。

從理論上講，燃?xì)廨啓C(jī)控制、防喘振控制、性能控制三者進(jìn)行優(yōu)化、聯(lián)合控制是可行的。但是在實際運(yùn)行中存在以下幾個問題：!燃?xì)廨啓C(jī)本身已經(jīng)構(gòu)成了一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)，它本身存在著很多干擾因素，如：燃料壓力，燃料成分，負(fù)荷的變化，環(huán)境溫度、壓力、濕度的變化等。運(yùn)行時控制系統(tǒng)一直在克服這些干擾，穩(wěn)定乏氣的溫度和低壓軸的轉(zhuǎn)速。"合成氨工藝系統(tǒng)也存在著一些干擾因素，比如：總碳的高低、某一環(huán)節(jié)故障、泵的切換、閥門的不好用等，這些干擾通過工藝空氣壓力、流量來影響防喘振和性能控制。#防喘振和性能控制也有諸如轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、空氣溫度、空氣壓力和濕度、工藝系統(tǒng)壓力等干擾因素。

以上三個原因綜合在一起，各個干擾的時間常數(shù)和幅度也大小不一，有些干擾因素既是原因又是結(jié)果，形成了復(fù)雜的耦合作用。如果各個控制參數(shù)調(diào)整得非常合適，可以達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的結(jié)果，但在實際運(yùn)行中由于條件太多，全部參數(shù)準(zhǔn)確調(diào)整是不可能的。所以，空壓機(jī)五段出口的壓力一直有一個波動。但從一段爐來的原料氣和工藝空氣進(jìn)入二段爐，需要二者有一個相對的平衡，才能夠同時穩(wěn)定地、均勻地進(jìn)入系統(tǒng)。如果工藝空氣一直在波動，一個強(qiáng)、一個弱，弱的會驟減、強(qiáng)的會驟增，導(dǎo)致合成氨的波動，甚至停車，得不償失。所以決定把他們隔離，讓他們各自作用。

另外，在投運(yùn)初期，由于設(shè)定的控制裕量比較大，造成空氣放空多，而工藝不夠用的結(jié)果。經(jīng)幾次探索把裕量偏差由24調(diào)至12，滿足了工藝需要。

5 結(jié)束語

通過本次改進(jìn)，解決了困擾合成氨裝置的兩大問題，一是FVO2OO1常年不好用的問題；二是在O2波動時，防喘振系統(tǒng)及時動作，平衡了燃?xì)廨啓C(jī)、工藝空氣壓縮機(jī)、合成氨系統(tǒng)的矛盾，使他們之間有一個緩沖，降低了波動幅度，減少了波動時間，穩(wěn)定了生產(chǎn)，為公司創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

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郝小燕（1979－），女，助理工程師，從事自動化儀表維護(hù)與檢修工作，電話：（O393）895215O。