1防喘振控制系統(tǒng)簡介

　　11防喘振控制系統(tǒng)儀表構(gòu)成

　　美國CCC公司以SERIES3PLUS儀表為基礎(chǔ)，針對離心式壓縮機不同的使用工況及控制要求，共開發(fā)出了24種防喘振方案。該公司壓縮機的防喘振控制系統(tǒng)選用了其中的FA32控制方案，由透平機速度調(diào)節(jié)器ST輸出的壓縮機轉(zhuǎn)速信號N，壓縮機的一級吸入流量差壓信號p，壓縮機的排出壓力信號pd，壓縮機吸入壓力信號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)器的輸出信號被送到閥門定位器FY，用來控制調(diào)節(jié)閥FV的開度。

　　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，保證壓縮機安全，平穩(wěn)，高效地運行，結(jié)合壓縮機的實際情況，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)壓縮機運行曲線的特點，通過控制防喘振調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)壓縮機運行點O與防喘振控制線SCL之間的相對距離（如圖2），來達到阻止壓縮機運行點進入喘振區(qū)域的目的。但壓縮機的運行點到SCL線的相對距離是無法直接測量的，必須通過多個函數(shù)來進行計算。根據(jù)BABCOCK公司的壓縮機設(shè)計與制造手冊知：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)曲線可計算出Ss的大小。由于壓縮機運行點到喘振極限線SLL的相對距離為（1-Ss），因此當(dāng)Ss=1時壓縮機運行點在SLL線上；當(dāng)（1-Ss）<0時壓縮機運行點在SLL線左側(cè)，運行點進入了喘振區(qū)；當(dāng)（1-Ss）>0時壓縮機運行點在SLL線右側(cè)。在防喘振控制中，當(dāng)壓縮機吸入流量較低時，往往需要一個足夠的循環(huán)量來保證壓縮機不發(fā)生喘振，但是另一方面又要求壓縮機的防喘振調(diào)節(jié)閥開度盡可能小，以使壓縮機的能量消耗*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）。

　　該線是通過在SLL線上增加安全裕度值b而形成的。同理，設(shè)壓縮機運行線OPL的斜率與防喘振控制線的斜率之比為S，則壓縮機運行點到防喘振控制線SCL的相對距離DEV=1-S，壓縮機運行點到喘振極限線SLL的相對距離等于壓縮機運行點到防喘振控制線SCL的相對距離加上安全裕度值，即（1-Ss）=（1-S+b）。當(dāng)S=1時，壓縮機運行點在SCL線上；當(dāng)（1-S）<0時壓縮機運行點在SCL線左側(cè)，運行點可能進入喘振區(qū)，壓縮機吸入流量必須增大；當(dāng)（1-S）>0時壓縮機運行點在SCL線右側(cè)，壓縮機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算法去克服壓縮機運行過程中常見的較小，較緩慢的干擾，通過PI算法始終盡可能地維持壓縮機運行點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)

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

　　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（即壓縮機運行點向左移動），標(biāo)準(zhǔn)微分響應(yīng)的輸出值將自動選擇已被計算出來的*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)值為負時（即壓縮機運行點向右移動），標(biāo)準(zhǔn)微分響應(yīng)值將以儀表內(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)壓縮機運行點移動到RTL線左側(cè)時，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)是用于阻止對于PI算法過快，過大并使壓縮機運行點越過RTL線的突變脈沖干擾，以進一步保護壓縮機不會因此而出現(xiàn)喘振。因RTL線是在SCL線上附加RT值（RT=15）

　　來確定的，因此壓縮機運行點到RTL線的相對距離：dRT=1-S+RT=1+RT-b1-nb2- Ss.當(dāng)dRT<0時壓縮機運行點越過RTL線進入其左側(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防喘振閥，增加壓縮機的循環(huán)量，阻止壓縮機喘振。

　　每一次階躍輸出值變化的時間間隔由內(nèi)部所設(shè)定的常數(shù)C2（C2=0.48）決定。當(dāng)壓縮機運行點返回RTL線右側(cè)時，RT響應(yīng)中止，RT響應(yīng)的輸出值以儀表所設(shè)定的衰減率TL（TL=120）進行指數(shù)衰減，使輸出逐漸減小，壓縮機運行點再次在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)來消除外界對壓縮機運行的干擾，但是意外的生產(chǎn)過程改變，壓縮機的磨損，嚴(yán)重的干擾，偶然也會使壓縮機喘振，為了限制壓縮機喘振次數(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）來確定的，故壓縮機運行點到SOL線的相對距離：d=1-Ss+ SO.當(dāng)d<0時，壓縮機運行點位于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，且此時壓縮機運行已進入喘振區(qū)（n#1），因此SAFETYON響應(yīng)就通過喘振次數(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，從而使壓縮機運行點遠離喘振區(qū)，阻止壓縮機進一步喘振。

　　壓縮機喘振次數(shù)n是通過SERIES3PLUS儀表在每個掃描周期（40ms）內(nèi)，根據(jù)壓縮機的吸入流量或排出壓力的變化率作一次計算確定的。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，儀表則判定壓縮機發(fā)生了一次喘振，并自動累加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

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

　　26防喘振控制器的后備策略控制

　　為了盡量降低因為防喘振系統(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，調(diào)節(jié)器自動切換到手動方式，使用CONST1（CONST1=95）

　　作為調(diào)節(jié)器的輸出信號。

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

　　3結(jié)束語

　　該公司的這套防喘振系統(tǒng)控制方案與國內(nèi)常見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，因此這套系統(tǒng)使壓縮機運行得到了良好的保護，壓縮機的工作效率較高，能耗卻較低。從3年多的運行情況來看，該系統(tǒng)工作十分穩(wěn)定，抗干擾能力強，壓縮機運行點幾乎工作在SCL線上。從幾次壓縮機吸入流量迅速下降的意外情況來看，這套系統(tǒng)使壓縮機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)計顯示，壓縮機連續(xù)喘振次數(shù)沒有超過2次。