大型压缩机节能智能控制

・云天化集团公司专版・

大型压缩机节能智能控制

樊县圃

(云天化集团有限责任公司总工程师室,云南水富657800)

摘　要:　针对目前大型透平压缩机自控中存在的不安全、不节能和调节品质差的问题,提出了一种新的节能智能控制方案,这方案可以在任何一种集散系统、计算机和可编程序调节器中实现;本文介绍了拟在云天化的102

-J压缩机自动控制上实施的方案。

关键词:　压缩机;　智能控制

中图分类号:　TQ051.21　　　文献标识码:　A　　　文章编号:　1004-275X(2000)05-0031-03

IntellectControlofEnergy-savinginLargeScaleCompressorFANXina-pu(YunnanNaturalGasChemicalLimitedCompany,Shuifu657800,China)

Abstract:　Anewintellectcontrolplancoasraisedtosolvetheproblemoflowsafety,energy-savingandregulat2ing,whichexistedintheself-controlofcurrentlargescaleturbinecompressor.Theplancouldbeachievedinanydis2tributingsystem,computerandeditableprogramregulator.Theschemewhichwouldbeaccomplishedintheautomatic102-Jcompressorwasintroduced.Keywords:　compressor;　intellectcontrol

能耗是当今各国科研攻关项目之一。从目前得到的

大型合成氨厂是耗能大型企业,以天然气为原资料来看,就如何从自动控制方面入手,降低合成氨料的日产千吨氨厂,年耗天然气4亿多m3,其中作装置动能能耗还少见报道。1　概述

为动能消耗的天然气约占1/4强。这些动能主要又笔者对几台大型透平压缩机的自动控制系统进消耗在5台大型透平压缩机上。降低合成氨装置的行了深入探索,提出了各台压缩机的节能智能控制

表3　调整F1开度后观察结果

状态　上下环夹紧松开上环夹紧上环松开下环平紧下环

上环BP31值(MPa)

0.0

5　结论和建议5.1　结论

下环BP32值(MPa)

0.00.0

升至6.0降至0.0

0.0

由于上下环泄油管道共用阀F2开度不够,造成

上(下)环夹紧时,泄油不畅,油压传递到下(上)环,减弱了下(上)环的弹簧夹紧力,至使电极失控下滑。5.2　建议

(1)　F2预紧力不得随意调整,应挂牌警示。(2)　油压表、电磁阀应定期检验。

(3)　首次压放电极前,应做好安全措施,开具操作

缓增至0.4,再降至0.0

升至6.0

0.0

缓增至0.4,再降至0.0

4.5.3　至此,1#磷炉3#电极在压放和提升过程

中不再出现电极失控下滑。

票,逐项检查相关参数和功能正确否,确保压放电极万无一失。

(收稿日期:2000-02-10)　

・32・云南化工　　　　　　　　　　　　　　　　　2000年第5期　

方案。这些方案主要构思是相同的,为了简明,本文的损失也就越大。调节品质差,我们可从控制理论

只以102-J原料气压缩机的节能智能控制方案为方面去分析。我们对PIC-27和FIC-1之间的动代表进行详细阐述。作关系进行深入分析就会发现,这2个表面上是独

立的互不相关的单回路控制系统实际上是一个相互

2　原控制系统的问题影响极大偶合系统。这们之间的关系,我们不防定现102-J原料气压缩机自动控制系统是在合成氨装置由美国整套引进时引进的。该压缩机自动控制系统中设置了一套压力定值调节系统PIC-27,根据压缩机出口压力的变化自动调节压缩机的转速;使压缩机的出口压力保持在一个固定的设定

性分析一下:假定PIC-1动作,比如调节阀关小,其结果是FIC-1流量减少,这时压缩机的转速未变,这必造成PIC-27的PV值增高,PIC-27通过其PID运算,其输出必然降低,使压缩机的转速降低,从而使PIC-27的PV值降低,达到流量减少的

值上。从表面看,对102-J压缩机转速控制就只有目的。然而,到此事情并未完结,由于PIC-27的PIC-27为一个调节系统,深入分析就会发现事情PV值降低,它又引发了FIC-1的PV值降低,从而不是这么简单。102-J压缩机前后的调节系统,比使FIC-1再次动作,它的再次动作,又重新对PIC如PIC-490、PIC-26和FIC-1都与102-J压缩-27产生影响,从而开始一轮新的循环。这样,要机的转速控制密切相关。显然,由PIC-26的压力经过几个来回系统才会稳定下来。理论上已经作了减少或增加、FIC-1的流量增加或减少造成的对系结论∶这种偶合系统,动态特性不好,有干扰后,克服统的影响,最终都是靠压缩机转速的增加或减少来干扰的时间长,调节品质必定差。克服的。这种用多个分离的独立的调节回路来实现

对压缩机的控制的方法,我们稍加分析就不难发现3　控制系统的构思问题是很多的。这种控制方法最少存在3个问题,压缩机新控制系统必须解决的问题,除了满足一是不安全,二是不节能,三是调节品质差。不安全突出表现在各独立的调节系统的故障,都将对压缩机的控制产生极大的影响。首先分析PIC-27调节系统,当其压力变送器,或系统的其它部件发生故障时,可造成该控制系统对102-J转速的错误控制,可使102-J出口压力达到很低或很高,使工艺系统缺少原料气或压缩机超速脱扣,弄不好就会造成全装置停车事故;再分析压缩机出口流量调节系统FRC-1,当它故障时,比如,调节阀因故障全开,此时流量很大,102-J出口压力必然要降低,PIC-27调节系统将使压缩机转速增加,以提高出口压

工艺所需要的压力、流量外,还要解决上面所述的原控制系统存在的3个问题。

新控制系统的着眼点是大系统,不把压缩机控制看成一个孤立系统,不把几个密切相关的控制分成几个简单控制系统来独立完成。这个观点是来源于压缩机的真实运行状况。

新控制系统的动作过程是这样:当系统稳定后,在生产正常情况下,FRC-1阀全开,102-J的转速根据工艺设定的负荷高低和蒸汽流量的大小,在保证水碳比值在设定值的前提下进行自动调节。简单

地说,这时压缩机的转速是根据原料气的流量进行

力,这样既可能造成压缩机超速跳车,进一步还可能调节,压缩机的出口压力在一定的允许范围内浮动。造成由于原料气大量增加而使水碳比联锁动作或一当流量调节发生故障或压力超限时,控制系统自动段炉结炭的严重停车事故;很显然,对于其它相关调转入按压缩机的出口压力调节,此时压力才为定值。节系统来说,它们故障时亦会造成类似状况,对此,当仪表或工艺或其他发生故障,如蒸汽流量太小,水我们就不详细叙述了。不节能表现在PIC-490、PIC-26和FRC-1调节阀的压头损失上。例如:要使流量调节FRC-1起作用,调节阀前后必须要有一个压力差。阀前压力是压缩机出口压力,阀后是工艺需要的操作压力。调节阀的开度不同,调节

碳比失控时,FRC-1阀会自动的由全开向全关动作,使一段炉不至因水碳比失调而结炭,起到安全联锁的作用。4　控制系统的实现

阀上的压头损失不一样。很显然这是一个不可逆过4.1　全面降低压头损失

程,调节阀上的压头损失就是有效能损失。调节阀新控制系统方案,是要充分利用现有的先进的开度越小,过程的不可逆性压头损失就越大,有效能硬件和软件技术,将哪些原来单个的近乎孤立的调

　2000年第5期　　　　　　　　　　　　樊县圃∶大型压缩机节能智能控制・33・

节系统,综合为一个系统来考虑。利用我们自己设计的智能控制软件,正常情况下,PIC-490、PIC-26和FIC-1的调节阀都可全开。这样可以大大提高压缩机的入口压力和减少压缩机的出口压力。为了充分利用我们自己设计的智能控制软件的优势,相关的调节阀不仅要全开,还应重新换大或增加旁路,最大限度地减少调节阀上的压头损失。4.2　实施容错控制

我们从1984年在我厂首次采用DCS控制系统以来,一直都在大力推行容错控制,并且在一些关键

按照新的思路构思的压缩机综合智能控制系统,由于它是将有关压缩机控制与监测的所有独立的系统都集成在一起了,为了有利于在操作台上的监测与控制,降低操作强度,避免误操作,对其人机界面应重新设计,使其界面更友好,更有利于对压缩机运行的监视与控制。这个友好的人机界面要由工艺人员与仪表人员共同设计,以期达到令人满意的效果。

5　经济效益分析

控制系统中,取得了大的突破。比如在锅炉汽包液5.1　不需要增加投资

位控制中,从2个液位变送器中自动选择好的变送任何一台大型透平压缩机都有一套完整的自动器的诊断技术;水碳比控制中的智能功能等等,都是控制及联锁保护系统。本文提出的大型压缩机的节容错控制的典范。我们现在拥有的具有自己知识产能智能控制系统,只是对原有的控制系统的软件更权的技术,可以基本上做到让一个调节系统容忍我新,对于已采用计算机、集散系统及可编程序调节器们已知所有故障的发生。这些年来在我们工厂各装控制的系统来说,硬件上不需要增添设备。因此,采置中大力推广应用这些容错技术后,因仪表故障造用本控制系统,对现有的大化肥厂来说,是不需要增成的停车损失已大幅度减少。因此在102-J压缩加硬件投资的。机的新型控制系统中要全面推行容错控制。由于我5.2　保证装置安全长周期运行们设计的新控制系统是一个多输入、多输出的多变大型化肥厂的压缩机都是单机组运行的,任何量控制系统,输入变量多就更有利于变送器的故障诊断,也更有利于故障情况下决策。与102-J压缩机控制系统相关的一些调节系统和联锁系统,比如FIC-1、FIC-2、水碳比联锁和压缩机联锁在我们历年的仪表改造中都实施了智能化,其中的许多技

一台压缩机停车都会造成部分装置或整个装置停车。由于原有关压缩机的控制系统是独立设置的,任何一个控制系统出故障都可造成压缩机的停车。新的节能智能控制系统不仅仅是简单的将原有的多

个系统进行了综合,更重要的是大大增加了它的容

巧和诀窍都是非常有价值的,在我们新的控制系统错功能,改善了它的人机界面,这些有力措施将压缩中都要保留和采用。新的控制系统除了创新外,更机自动控制的可靠性提高到了一个新的数量级。对多的工作是将原有的相关调节系统进行合理的综于大化肥来说,保证装置安全长周期运行就有巨大合。的经济效益,尤其避免恶性事故。

新控制系统安全问题是这样解决的:5.3　节能降耗①由于新控制系统中压缩机进口和出口管线上的压力和流量调节阀都是全开的,新系统不会发生因故障原因使某一调节阀开度突然全开时造成的各种事故。

②由于压缩机控制信号既有流量又有压力,而

从云天化的情况来看,原有的PIC-490、PIC-26和FIC-13个调节系统中的调节阀的压头损失

是很大的,通过现场测算,超过0.2MPa,新的控制系统中如能减少0.2MPa的压头损失,每年的经济

效益是十分可观的。流量又有联锁和调节分开的2个信号,因此,控制系5.4　推广价值统很容易根据多个信号间的逻辑关系实现信号的辨本压缩机的节能智能控制系统方案具有极大的识和决策。这样就不致因一台表的故障而造成整个推广价值,尤其在大型化肥厂中,几乎可以照搬。因装置停车。为在这些大化肥厂中,其硬件环境完全适合于新的

③新控制系统在硬件和软件上都采用冗余,容节能智能控制方案。不需要增加硬件投资,只是软错技术,从而大大提高了系统运行和操作的安全可件移植就可获得巨大的经济效益。靠性。

(收稿日期:2000-4.3　友好的人机界面

05-10)