1防喘振控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　11防喘振控制系統(tǒng)儀表構(gòu)成

　　美國(guó)CCC公司以SERIES3PLUS儀表為基礎(chǔ)，針對(duì)離心式壓縮機(jī)不同的使用工況及控制要求，共開(kāi)發(fā)出了24種防喘振方案。該公司壓縮機(jī)的防喘振控制系統(tǒng)選用了其中的FA32控制方案，由透平機(jī)速度調(diào)節(jié)器ST輸出的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)N，壓縮機(jī)的一級(jí)吸入流量差壓信號(hào)p，壓縮機(jī)的排出壓力信號(hào)pd，壓縮機(jī)吸入壓力信號(hào)ps被分別輸送到防喘振調(diào)節(jié)器UIC輸入通道。防喘振調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)被送到閥門(mén)定位器FY，用來(lái)控制調(diào)節(jié)閥FV的開(kāi)度。

　　12防喘振調(diào)節(jié)器的控制功能軟件結(jié)構(gòu)

　　為了發(fā)揮SERIES3PLUS儀表的控制軟件優(yōu)勢(shì)，保證壓縮機(jī)安全，平穩(wěn)，高效地運(yùn)行，結(jié)合壓縮機(jī)的實(shí)際情況，該公司的防喘振控制功能軟件采用了以下組合：1）PI算法；2）標(biāo)準(zhǔn)微分響應(yīng)；3）RECYCLETRIP響應(yīng)；4）SAFETYON響應(yīng)；5）排出壓力極限PI控制；6）后備策略控制。

　　2防喘振調(diào)節(jié)器的控制功能軟件

　　SERIES3PLUS儀表根據(jù)壓縮機(jī)運(yùn)行曲線的特點(diǎn)，通過(guò)控制防喘振調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)O與防喘振控制線SCL之間的相對(duì)距離（如圖2），來(lái)達(dá)到阻止壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)域的目的。但壓縮機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)到SCL線的相對(duì)距離是無(wú)法直接測(cè)量的，必須通過(guò)多個(gè)函數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)BABCOCK公司的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)知：防喘振控制功能線圖SREIES3PLUS儀表根據(jù)內(nèi)部組態(tài)的多變壓頭特性函數(shù)曲線可計(jì)算出Ss的大小。由于壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)到喘振極限線SLL的相對(duì)距離為（1-Ss），因此當(dāng)Ss=1時(shí)壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在SLL線上；當(dāng)（1-Ss）<0時(shí)壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在SLL線左側(cè)，運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入了喘振區(qū)；當(dāng)（1-Ss）>0時(shí)壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在SLL線右側(cè)。在防喘振控制中，當(dāng)壓縮機(jī)吸入流量較低時(shí)，往往需要一個(gè)足夠的循環(huán)量來(lái)保證壓縮機(jī)不發(fā)生喘振，但是另一方面又要求壓縮機(jī)的防喘振調(diào)節(jié)閥開(kāi)度盡可能小，以使壓縮機(jī)的能量消耗*小，效率*高。為了妥善處理這兩者關(guān)系，在防喘振控制方案中設(shè)置了防喘振控制線SCL（如圖2）。

　　該線是通過(guò)在SLL線上增加安全裕度值b而形成的。同理，設(shè)壓縮機(jī)運(yùn)行線OPL的斜率與防喘振控制線的斜率之比為S，則壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)到防喘振控制線SCL的相對(duì)距離DEV=1-S，壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)到喘振極限線SLL的相對(duì)距離等于壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)到防喘振控制線SCL的相對(duì)距離加上安全裕度值，即（1-Ss）=（1-S+b）。當(dāng)S=1時(shí)，壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在SCL線上；當(dāng)（1-S）<0時(shí)壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在SCL線左側(cè)，運(yùn)行點(diǎn)可能進(jìn)入喘振區(qū)，壓縮機(jī)吸入流量必須增大；當(dāng)（1-S）>0時(shí)壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在SCL線右側(cè)，壓縮機(jī)吸入流量可以安全地減少。

　　21防喘振調(diào)節(jié)器的PI控制算法

　　由于PI控制算法用于防止較小，較緩慢的干擾十分有效，因此SERIES3PLUS儀表選用PI算法去克服壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)的較小，較緩慢的干擾，通過(guò)PI算法始終盡可能地維持壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)工作在防喘振控制線SCL上。

　　22防喘振調(diào)節(jié)器的標(biāo)準(zhǔn)微分響應(yīng)

　　壓縮機(jī)在正常運(yùn)行中，運(yùn)行點(diǎn)基本上在SCL線附近，如果壓縮機(jī)的安全裕度值b能盡量保持較小，這樣壓縮機(jī)運(yùn)行的效率就較高。當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在一個(gè)較大的干擾作用下快速移向喘振區(qū)時(shí)，壓縮機(jī)安全裕度值如能迅速增加，則再通過(guò)PI算法可阻止壓縮機(jī)快速進(jìn)入喘振區(qū)。SERIES3PLUS儀表就是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)微分響應(yīng)這一功能使壓縮機(jī)的安全裕度值瞬時(shí)迅速增加，這樣就能保證壓縮機(jī)此時(shí)有足夠的安全裕度值來(lái)削弱這種干擾給正常運(yùn)行帶來(lái)的影響。

　　故在標(biāo)準(zhǔn)微分響應(yīng)算式中，當(dāng)Ss的導(dǎo)數(shù)為正時(shí)（即壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)向左移動(dòng)），標(biāo)準(zhǔn)微分響應(yīng)的輸出值將自動(dòng)選擇已被計(jì)算出來(lái)的*大值。如果其導(dǎo)數(shù)減小，則標(biāo)準(zhǔn)微分響應(yīng)輸出值保持不變。然而當(dāng)其導(dǎo)數(shù)值為負(fù)時(shí)（即壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)向右移動(dòng)），標(biāo)準(zhǔn)微分響應(yīng)值將以?xún)x表內(nèi)部所設(shè)定的常數(shù)AG（AG =0.5）為斜率逐步減小至0.當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)移動(dòng)到RTL線左側(cè)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)微分響應(yīng)中止。

　　23防喘振調(diào)節(jié)器的RECYCLETRIP響應(yīng)

　　RECYCLETRIP響應(yīng)是用于阻止對(duì)于PI算法過(guò)快，過(guò)大并使壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)越過(guò)RTL線的突變脈沖干擾，以進(jìn)一步保護(hù)壓縮機(jī)不會(huì)因此而出現(xiàn)喘振。因RTL線是在SCL線上附加RT值（RT=15）

　　來(lái)確定的，因此壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)到RTL線的相對(duì)距離：dRT=1-S+RT=1+RT-b1-nb2- Ss.當(dāng)dRT<0時(shí)壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)越過(guò)RTL線進(jìn)入其左側(cè)，則RT響應(yīng)被觸發(fā)，RT響應(yīng)輸出值將以一系列階躍變化迅速打開(kāi)防喘振閥，增加壓縮機(jī)的循環(huán)量，阻止壓縮機(jī)喘振。

　　每一次階躍輸出值變化的時(shí)間間隔由內(nèi)部所設(shè)定的常數(shù)C2（C2=0.48）決定。當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)返回RTL線右側(cè)時(shí)，RT響應(yīng)中止，RT響應(yīng)的輸出值以?xún)x表所設(shè)定的衰減率TL（TL=120）進(jìn)行指數(shù)衰減，使輸出逐漸減小，壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)再次在PI算法的作用下逐漸回到SCL線附近。

　　24防喘振調(diào)節(jié)器的SAFETYON響應(yīng)

　　盡管已使用了PI算法，標(biāo)準(zhǔn)微分和RT響應(yīng)來(lái)消除外界對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行的干擾，但是意外的生產(chǎn)過(guò)程改變，壓縮機(jī)的磨損，嚴(yán)重的干擾，偶然也會(huì)使壓縮機(jī)喘振，為了限制壓縮機(jī)喘振次數(shù)和再出現(xiàn)喘振的可能，SERIES3PLUS儀表控制軟件設(shè)置了*后一條防線SAFETYON響應(yīng)線（如圖2）。因SOL線是在SLL線上附加SO值（SO=10）來(lái)確定的，故壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)到SOL線的相對(duì)距離：d=1-Ss+ SO.當(dāng)d<0時(shí)，壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)位于SOL線左側(cè)，SAFETYON響應(yīng)被觸發(fā)。由于SAFETYON響應(yīng)算式是：nb2，即算式（9）中的第二項(xiàng)，且此時(shí)壓縮機(jī)運(yùn)行已進(jìn)入喘振區(qū)（n#1），因此SAFETYON響應(yīng)就通過(guò)喘振次數(shù)n的變化迅速增大安全裕度值b，使得SCL線向右迅速移動(dòng)，從而使壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)遠(yuǎn)離喘振區(qū)，阻止壓縮機(jī)進(jìn)一步喘振。

　　壓縮機(jī)喘振次數(shù)n是通過(guò)SERIES3PLUS儀表在每個(gè)掃描周期（40ms）內(nèi)，根據(jù)壓縮機(jī)的吸入流量或排出壓力的變化率作一次計(jì)算確定的。當(dāng)吸入流量或排出壓力的導(dǎo)數(shù)分別小于內(nèi)部所設(shè)定的常數(shù)A1，A3（A1=-15，A3=-0.09）時(shí)，儀表則判定壓縮機(jī)發(fā)生了一次喘振，并自動(dòng)累加n值。喘振發(fā)生后必須判斷清楚喘振的原因，作出相應(yīng)措施后，按SERIES3PLUS面板上的RESETSAFETYON按鍵后才能使喘振次數(shù)n恢復(fù)到初始值，即使SCL線恢復(fù)到原位置。

　　25防喘振控制器的排出壓力極限控制

　　為防止壓縮機(jī)因排出壓力過(guò)高而喘振，調(diào)節(jié)器設(shè)置了采用常規(guī)PI算法的壓縮機(jī)排出壓力極限控制。當(dāng)排出壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)調(diào)節(jié)器輸出增加，打開(kāi)防喘振閥降低排出壓力，避免壓縮機(jī)喘振。

　　26防喘振控制器的后備策略控制

　　為了盡量降低因?yàn)榉来裣到y(tǒng)本身硬件故障而影響防喘振系統(tǒng)正常工作的可能性，調(diào)節(jié)器控制軟件設(shè)置了以下兩種后備策略：

　　1）當(dāng)吸入流量超出定義的上，下限時(shí)，調(diào)節(jié)器自動(dòng)切換到手動(dòng)方式，使用CONST1（CONST1=95）

　　作為調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)。

　　2）當(dāng)吸入壓力不存在時(shí)，調(diào)節(jié)器自動(dòng)轉(zhuǎn)入*小流量控制。

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　該公司的這套防喘振系統(tǒng)控制方案與國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的固定安全裕度值防喘振方案相比，其控制手段更為豐富，更為經(jīng)濟(jì)，因此這套系統(tǒng)使壓縮機(jī)運(yùn)行得到了良好的保護(hù)，壓縮機(jī)的工作效率較高，能耗卻較低。從3年多的運(yùn)行情況來(lái)看，該系統(tǒng)工作十分穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)幾乎工作在SCL線上。從幾次壓縮機(jī)吸入流量迅速下降的意外情況來(lái)看，這套系統(tǒng)使壓縮機(jī)的喘振得到了迅速的抑制，SERIES3PLUS儀表的連續(xù)喘振數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，壓縮機(jī)連續(xù)喘振次數(shù)沒(méi)有超過(guò)2次。