CCC控制系统在空分3 TY压缩机上的应用

2014年04月云南化工Apr.2014第41卷第2期Yunnan Chemical TechnologyVol 41. No. 2doi:12.3969/j.isn.1004-275X2014.02.018·经验交流CCC控制系统在空分3TY压缩机上的应用赵丽云(云南解化清洁能源开发有限公司解化化工分公司,云南开远661699)摘要:介绍了CCC控制系统软、硬件的构成;通过对喘振线的确定方法以及控制系统的基本控制功能和特殊响应等情况的分析和介绍,阐述了CCC控制系统的控制功能和控制效果。关键词:CCC控制系统;空分;3TY压缩机;喘振中图分类号:TQ056文献标识码:A文章编号:1004275X(2014)02006104解化化工分公司空分3TY压缩机选用30000五、六级压缩及四级中间冷却器降温;最后,进入m3/h空气透平压缩机组,该机组为单轴型离心式七、八级压缩,使空气压力达到2.41MPa,温度<压缩机,它由凝汽式汽轮机驱动。离心式压缩机130℃。经出口阀和止逆阀送到净化转化岗位,富具有输气量大,易损部件少,运转平稳,可利用工余部分空气减压至0.55MPa,送2#、3#空分生产艺废热产生的蒸汽作动力等许多优点,但离心式氧气氮气。压缩机如果控制不好,在某些状况下运行就会发1.2蒸汽流程生喘振。喘振使机组强烈振动,严重时可使密封过热蒸汽来自中压蒸汽管网,经过速关节损坏,甚至会使轴瓦、叶轮乃至整个机组损坏。为流阀(2301)、调节汽阀(SV-6801)进人汽轮了使机组安全高效地运行,选用美国压缩机控制机做功。做功后的乏汽进入蒸汽冷凝器,与列公司的CCC控制系统对机组进行控制,它可以提管内循环冷却水换热,变为凝结水。经冷凝液高压缩机工作效益,同时,可减少甚至消除喘振事泵加压进入射汽抽汽器,换热后送至凝结水故的发生,还可以延长机组的使用寿命,降低生产管网成本2控制系统的软、硬件构成13TY压缩机组工艺流程简介CCC控制系统是实时、多任务、开放式系3TY压缩机组利用3.0MPa过热蒸汽驱动统,采用先进的安全型CPCⅠ总线构架、双重化NH32/02凝汽式汽轮机做功,为离心式压缩机提供动力。压缩机转子叶轮因旋转所产生的离心力冗余容错的硬件体系。CCC控制系统的供电采用双电源,其中:交流供电系统加装了两个浪涌使空气得到动能,经扩压管将动能转化为压力,使保护器,以提高交流电源的质量;直流供电系统空气压力得到提高对数字量输入回路、数字量输出回路、超速保护1.1空气流程系统供电回路、控制器供电回路、隔离器供电回空气进入自洁式空气过滤器除去机械杂质、路单独供电,而且每个回路都是双电源供电,中灰尘后,经导叶装置进入压缩机低压缸。一级压间用二极管隔离,以确保两路供电互不干扰。缩后进入一级中间冷却器降温,接着,进入二级压CCC控制系统主要硬件由一台双冗余控制器缩及二级中间冷却器降温;然后,进入三、四级压( Reliant)、一套超速保护系统( Guardian)和一台缩,接着,进入三级中间冷却器降温;再然后,进亼操作站组成。其主要软件由透平机械控制运用收稿:201401-13作者简介:赵丽云(1962-),女,云南建水人,工程师,主要从事化工自动化仪表工作云南化工2014年第2期软件、工程师组态维护软件和人机界面软件等速度控制和性能控制3个模块,分别实现喘振软件包组成。应用软件包中包括防喘振控制、控制、转速控制及性能控制。如图1所示。SC6310Pv:207SP:2250M的MPagP:2531厂:10性能压力高腿防喘撷压力高暖机3定转速253928.70121000纳出2图1控制器Figure 1 Controller2.1喘振控制号。通过转速控制器控制转速,使整个机组工喘振控制器(UZ-6010)是通过对压缩机入口作在高性能状态。空气压力、人口空气温度、出口空气压力、出口空气SLL S=1温度、出口空气流量等参数的检测,并进行内部运算后,得出代表压缩机运行状态的运行点(OP)PdS>1运行点与通过喘振实验得出的喘振线(SLL)进行SCL DEV=O比较得到偏差信号(DEV),并在喘振控制器中完成DEVO60deg(PV)并与控制器的设定值(或性能控制器输出30deg1)进行比较,然后,输出信号控制调速阀(V6801)对汽轮机入口蒸汽量进行调节,实现转速控制。流量:QQ22.3性能控制图2性能曲线图在性能控制器(PIC-6010)中,通过软件组Fi2 Performance curves态将喘振控制线(SLL)向右移一个安全裕度(b),形成一条性能控制线(SCL),如图2所示。压缩机运行点与性能控制线比较后改变控2.4超速保护系统制输出,确保压缩机工作在性能控制线上。性超速保护系统通过3个转速探头的信号值,能控制器(PEC-6010)有两个控制输出(输出实现3选2控制。3个转速信号中,若有两个信1和输出2)。输出2控制导叶开度,当输出2号超过设定值,就发出跳车信号,这样,既保证了为0~8%时,对应导叶开度为30°;当输出2机组的安全,又避免了因某一转速测量探头故障在8%~90%时,对应导叶开度为30°-90°而造成的误动作。当输出2为90%~100%时,对应导叶开度为2.5操作站90°。输出1为转速控制,当输出1为0操作站上完成了控制系统(风机系统图、空100%时,对应转速设定为5500~5700r/min压机LO表)、趋势、性能曲线图、事件、报警、控当转速控制器工作在性能设定状态时,性能控制器、打印屏幕等界面显示,为操作人员提供了必制器的输出1直接作为转速控制器的给定信要的操作、监视和控制画面。014年第2期赵丽云:CCC控制系统在空分3TY压缩机上的应用633CCC控制系统亮点分析>1时,实际流量小于喘振流量,压缩机发生喘振;当S<1时,实际流量大于喘振流量,压缩机不控制系统的关键是喘振线的确定以及压缩机会喘振。运行点的运算程序。如果喘振线或运行点不准要防止压缩机发生喘振,必须在运行点到达确,将影响控制质量,甚至造成误跳车。CCC控喘振线之前就开始动作,即增加压缩机的流量。制系统对压缩机多项参数进行分析控制,具有特CCC控制系统开发了一个性能控制功能,即将喘殊的控制响应,使压缩机安全、稳定、高效地运行。振线右移一个安全裕度(b),形成一条喘振控制3.1喘振线的确定线,也称性能控制线(SCL)。安全裕度(b)的值可喘振线是CCC工程师现场测试后计算出来用下列公式计算的。用1台计算机与控制系统相连,在压缩机入b=6,+(nb,)+(b3 To x ds/dt)口导叶开度保持不变时,缓慢关小放空阀,使运行式中:b为安全裕度,是SCL与SLL之间的距离;点接近喘振线。检测到初始喘振时,用快速记录b为初始安全裕度,是SCL与SLL之间的最小软件记录压缩机参数(此时防喘振控制器中设定距离;b2为安全响应偏值,即每次探测到喘振的阶梯响应(RT)功能会快速打开放空阀使压缩时,SCL右移的距离;n为喘振次数累积值;b3为机快速远离喘振状态),此时记录的初始喘振点微分响应系数;7mxdS/d为喘振接近度S的微就是这一导叶开度对应的喘振点。改变导叶开度分作用。进行另一点的喘振实验。在透平机导叶全行程范压缩机运行点在性能控制线上是压缩机的最围内进行3点以上喘振实验。根据喘振点,描绘佳工作状态,此时:运行点与性能控线之间的距出压缩机实际的喘振线,并通过人为模拟工艺过离,即偏差(DEV)为0。偏差的数学表达式为程的扰动对防喘振控制系统进行精调。实验完成DEV=1-b4(Z)-S。当运行点在压缩机性能控后,CCC现场服务工程师计算出实际的喘振线并输入到防喘振控制器中,形成喘振线(SL)制线上时DEV=0,此时性能控制器输出不变;当工艺出现扰动,至使运行点移到性能控制线左侧如图3所示。时,DEV<0,性能控制器将根据DEV值的大小打开导叶阀,增加出口流量,使运行点右移,同时喘SOL SLL RTL SCL New SCL after振控制器将根据S的大小调整防喘振控制阀,使运行点回到性能控制线上;当运行点在性能控制线的右侧时,DEV>0,此时在性能控制器和喘振控制器的作用下,朝相反方向调整导叶阀和防喘振阀,保证运行点工作在性能控制线上3-。如果工艺扰动较大,使比例积分(PI)和特殊微分(D)响应不足以消除干扰,CCC控制系,的阶书的应功能叫快的防明助图3喘振控制曲线图之间,它与性能控制线之间的距离为RT。其数Figure 3 Surge control graph学表达式为RT =C,(TadS/dt-CO DEVRT3.2基本控制功能式中:C1为最大阶梯响应;T为阶梯响应时间常把空压机运行点与喘振线之间的关系用喘振数;dS/dt为运行点的变化率;Co为阶梯响应增接近度(S)变量表示。S是压缩机喘振线上喘振益;DEVR7为阶梯响应偏差点与坐标原点连线的斜率和压缩机运行点与坐标3.3特殊响应功能原点连线的斜率之比。CCC控制系统具有完善的控制保护功能,控S约等于喘振流量与实际流量之比,即:S制系统中喘振线、性能控制线、阶梯响应线等曲线Q/Q奕睬。当S=1时,运行点在喘振线上;当S是动态指标,机组发生喘振时,曲线会自动右移,云南化工2014年第2期以确保机组的安全运行。除图3中的喘振线(SLL)、性能控制线(SCL)、阶梯响应线(RTL)4应用效果外,还有自增益响应线(SOL)、阀门紧关线(TSL)CCC控制系统是国际上成功应用于旋转设等响应线。SOL线位于SLL左侧,TSL位于SCL备的控制系统,它减少甚至消除了喘振、超速及相右侧,共有4个响应以完成机组的控制和保护。关危害事故的发生;既可延长机组的使用寿命,降3.3.1PI控制响应低了生产成本,又提高了压缩机的工作效率。当系统出现较小较平缓的扰动时,运行点缓CC控制系统使机组在任何状态下不发生喘振,慢越到性能控制线的左侧,P响应开始动作:将保护了机组的安全,同时,也在低负荷下节省了动回流阀打开,直至运行点回到性能控制线上,防喘力蒸汽。使用CCC控制系统后,开车、停车实现振阀关死。P响应对于轻微工艺扰动能够给以了全自动完成既提高了压缩机组运行的可靠性,足够的保护和控制5又降低了劳动强度。CCC控制系统从2009年13.3.2阶梯(RT)响应月投运,到现在4年多的时间里,运行安全、稳定当出现较快的工艺扰动,且P响应不足以消转速波动不超过3r/min。CCC控制系统增强了除时,造成运行点越过RTL线。此时,RT开始动设备和工艺的运行效率,减少了回流量、放空量作:快速打开防喘振阀,使运行点右移,从而避免优化了压缩机的运行,避免了各种原因引起的跳喘振的发生5车事故3.3.3SOL自增益响应参考文献在机组发生喘振,运行点越过自增益响应线1]解化化工分公司空分组.Q/JHJ3.SCBO15-2010SOL时,性能控制线和RT响应线自动向右移动空分压缩机岗位工艺操作法[M].云南:解化化工增加安全裕度,保护机组。在查明原因后可以手分公司,2010动复位,各曲线恢复原位5。[2]美国压缩机控制公司北京代表处.CCC公司压缩机3.3.4TSL线响应喘振试验规程[M].北京:美国压缩机控制公司北当运行点在阀门紧关线(TSL)右侧时,喘京代表处,2006振控制器输出为零,防喘振阀完全关闭;当运[3]美国压缩机控制公司.防喘振控制器培训参考资料行点位于阀门紧关线左侧、性能控制线右侧快易卡[M].美国压缩机控制公司,2004[4]王飞.压缩机喘振与3C防喘振控制器在压缩机上时,喘振控制器输岀一固定数值,防喘振阀保的设计策略[J].工业仪表与自动化装置,2013,231持一定开度。这一提前开启量能够消除防喘(3):52-49振控制响应的死区时间,同时又防止因阀门内[5]郑爱国,孙立德.CCC防喘振控制系统在延迟焦化部卡滞而造成的影响,提高防喘振保护的能力富气压缩机节能方面上的运用[J].GM通用机械和速度5流体输送及炼化技术专题,2012(2)Application of CCC Control System in Air Separation 3TY CompressorZHAO Li-yun( Jiehua Clean Energy Development Co. Ltd., Jiehua Chemical Branch, Kaiyuan 661699, China)Abstract: The composition of the soft and the hardware of CCC control system was introduced; By analyzing and introducing the determining method of surge line and the basic control function and specialsponse of control system, the control function and the control effect of CCC control system was introducedKey words: CCC Control System; Air separation; 3TY compressor; Surge; Overspeed protection sys