离心式压缩机文库.docx
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离心式压缩机文库
离心式压缩机系统
1.透平工作原理
透平turbine,将流体（蒸汽介质中蕴有的热焓,转换成机械能的机器
透平的转子或叶轮,安装在透平轴上,具有延圆周均匀排列的叶片,蒸汽具有的热焓,在流动中,经过喷嘴管,流过转子时,流体冲击叶片,将热焓转换成动能,推动转子旋转,从而推动透平轴旋转。
热焓越高,动能越大。
焓—亦称“热焓”。
它是表示物质系统能量的一个状态函数,通常用H来表示,其数值上等于系统的内能U加上压强P和体积V的乘积,即H=U+PV焓H是热力学的基本概念之一,没有明确的物理意义。
提出焓H这一物理量,是因为经常用到U+PV.总的来说,封闭体系不做非体积功时的过程,内能变化可以通过测定恒容热效应求得,焓变可以通过测恒压热效应求得。
由于我们不能确定体系内能的绝对值,所以也不能确定焓的绝对值。
焓是状态函数,具有能量的量纲,但没有确切的物理意义,它的定义是由上式所规定下来的,不能把它误解为是“体系中含的热量”。
虽然体系的内能和焓的绝对值目前还无法知道,但是在一定条件下我们可以从体系和环境间热量的传递来衡量体系的内能与焓的变化值。
在没有其它功的条件下,体系在等容过程中所吸收的热量全部用以增加内能,体系在等压过程中所吸收的热量,全部用于使焓增加。
2.离心压缩机工作原理
动能转换成势能
动力来源:
1.透平。
2.变频调速马达
压缩机系统构成:
见图1
轴、叶轮、机壳、径向瓦、轴向瓦、测速系统、调速系统、轴位移测量、轴
密封保护、振动测量（加速度瓦温度测量、联轴节、机械密封（干密封、N
2
透平（变频调速电机机械失量调速器、润滑系统的油箱、油泵、过滤器、温度压力流量液位开关仪表、安全报警联锁（PLC、ESD系统、状态监测系统、防喘振控制系统（防喘振、速度、流量、压力控制系统
冷却器、止逆阀、入口过滤器、油水分离器、机械安全阀、冷却水等。
压缩机原理:
将动能转化为势能。
压缩机启动后,轴带动叶轮高速旋转,在离心力作用下,气体从叶轮中心被抛向叶轮外檐,在此过程中,气体获得能量,进入机壳,随能量的积累,气体被压缩,产生静压能和热量,使轴中心与机壳间形成了高压强差,在压强差的作用下,气体源源不断地流进、压缩,以一定的压强不断的排出。
3.离心式压缩机特性曲线
离心式压缩机的特性曲线,见图（1
P2/P1压缩比:
压缩机出口绝对压力/入口绝对压力.
空压机,入口为大气压力,P1=1
Q:
压缩机入口流量
QP:
压缩机入口临界流量
n1、n2、n3是压缩机的不同转速
抛物线1:
压缩机的喘振线（触发线阶跃（之上还有一个开环
抛物线2:
压缩机的防喘振线（触发线-SV
抛物线3:
压缩机的工作线（控制线-PV
QpQP1
/
P2
图（2压缩机特性曲线
压缩机的特性曲线,是指压缩机的出口绝对压力与入口绝对压力之比（或称压缩比与进口体积流量之间的曲线关系。
见图（2
在n1、n2、n3不同的转速下,分别对应一个P2/P1和Qp最高值,将这些值连接起来,形成一条轨迹,这条轨迹近似于一条抛物线。
见图抛物线1,这条抛物线被用来描述产生喘振极限分界线,叫喘振极限线（喘振线.抛物线左侧阴影部分是喘振区（飞动区,右侧是安全区（工作区.通常,在喘振线的右端10%的位置,再做一条抛物线,见抛物线3,这条线叫做压缩机的安全线。
据防喘振控制系统性能,再做一条防喘振线2.通常为1-5%。
则工作线,应在安全线和防喘振线之间。
有上述可知,如果压缩机的工作点,在喘振极限线的左端,即喘振区,则压缩机发生喘振,轻者停车,重则损坏设备。
如果压缩机的工作点,在喘振极限线的右端,则在安全区域内工作,压缩机将平稳正常运行。
如果压缩机的工作点,在安全线的右端,则在安全区域内工作,压缩机将平稳运行。
能源浪费很大。
工况下喘振线的确定:
压缩机出厂时,都有技术指标和特性曲线。
工况下,系统的管网特性,相当于一个气容,具有滤波、储能作用,不同程度的改变了压缩机的出厂的喘振特性（喘振幅值和喘振频率。
因此,压缩机在现场安装后,使之用前,必须结合工况下的管网特性,进行喘振实验。
通常取5点不同的速度,取工况下速度的上限值、对应工艺过程允许的最高压力。
取工况下速度的下限值,对应工艺过程最低生产负荷情和允许的最小工作压力,在这二者之间再选取1点不同的速度,分别进行喘振实验。
然后,过最高速度3%-8%,过最低速度3%-8%,再取两点进行喘振实验。
根据得到的P2/P1和Qp值,描绘出喘振线。
（每当工艺管网特性改变时,要重新进行喘振实验喘振实验时,每一次发生的喘振,要严格控制在一个周期时间以内,避免损伤设备。
理想下,应控制在半个周期时间内。
喘振实验时,相关的设备部门、工艺部门、电器部门必须到位,设备部门为领导组织者,仪表部门是实施者,工艺人员是操作者。
工作线的确定:
有了喘振线和安全线之后,就要制定压缩机的工作线,理想工况下,工作线应选取在压缩机的防喘振线和安全线之间。
工作线通常是一个经验值,在制定工作线时,要以防喘振控制系统厂家给出的安全欲度来设置。
同时要参考以下几个指标:
不同的工况参考的指标也不同
参考因素:
防喘振控制系统的控制模式和技术指标,抗干扰能力,执行机构快开特性,压缩机出口压力的稳定性,工艺过程允许压力变化范围,被压缩气体
吸入状态,温度压力分子量的变化等。
在高质量的防喘振控制系统的环境下,正常工况下,工作线（安全裕度应控制在3-5%,其它5-8%。
压缩机的工作线在不同的工况下,是个变值。
当系统不平稳时,如开停车过程中,工艺系统不稳定时,工艺变负荷或低负荷生产、分子量变化较大时,操作人员,应适当调整平移工作线,提高系统的稳定性。
工艺低负荷生产过程,要结合对P2的允许最小值而定,要求P2的范围越宽,工作线平移的幅度越大。
平移工作线的方法有两种:
A.降速
B.右移防喘振工作线,增大Qp流量,（增加防喘振阀的开度（放空或回流
注:
当工艺生产过程平稳时,一定要恢复到原设定值,保持最佳节能效果。
循环式压缩机,在任何工况下,均要保持压缩机入口的循环量,满足要求。
在经济的角度上,对工作线的设置,要求越靠近喘振线越好,越节能,但越容易产生喘振,工艺安全性稳定性越差。
在安全稳定的角度上,对工作线的设置,要求离喘振线越远越好,系统越稳定,但是耗能越大。
4.防喘振控制原理
由上述可知,只要压缩机入口流量Q≥Qp喘振极限流量,就能满足防止喘振的要求。
控制原理有:
1固定极限流量法。
2可变极限流量法
见《化工过程控制工程》离心压缩防喘振控制
可变极限流量法的控制方法:
见图
5.现代防喘振控制
现代防喘振控制技术,是以开环控制和闭环控制的有机结合,达到防喘振控制的目地。
（有机结合:
将功能模块,通过系统内选择控制功能、解耦
控制功能,实现优化优先控制
A.PI+D闭环控制:
压缩机的工作线（点为设定值,多变量压头（含转
速为变量,转速、回流量为变量,通过可变微分设定值、优化功能模块、
选择功能模块,实现对系统的优化快速平稳控制。
压缩机各参数变量,如速度控制、压力控制、流量控制、防喘振控制,构成了相关控制系统。
这些被控对象的传递函数均是一介特性。
相关控制系统和一介传递函数特性的被控对象,在PID参数算法上,①不能引用微分作用。
②在PI参数算法,要用过阻尼法来进行参数整定。
否则,
很容易引发控制系统自身共振,导至压缩机喘振停车。
PI参数功能,只对小的缓慢的扰动进行调整,并消除控制余差。
对大的干扰,控制迟缓,远远跟不上扰动的变化速率,对防喘振不起控制作用。
微分作用绝不能直接参与对被调参数的控制,它作为被调参数的设定值,来间接的控制被调参数,在设定值的微分作用下,通过PI作用,对快速扰动,起到了快速控制作用。
同时,可避免被控对象的自激振荡的情况发生。
PID控制器的P、I、D与喘振控制器的线或点的对应关系:
控制过程:
可变极限控制为线,固定极限控制为点
B.开环控制:
以多变量压头的变化量为被控参数,通过选择系统,对被调对
象实施阶跃控制作用,达到防止压缩机喘振的目的。
喘振是压缩机的固有特性,喘振周期时间约1-2S,引发喘振的干扰因素复杂、变化速率快。
在防喘振控制数学模型里引入微分作用,起到优化数学模型的作用,超前预置喘振安全欲度,达到快速预防喘振的目的。
不直接参与对被调参数（喘振阀控制。
C.解偶控制
当喘振发生喘振现象时,控制逻辑会使速度控制器的设定值增加,使机组转速升高,增加入口流量防止喘振。
当然如果转速升高,机组的出口压力升高,而防喘震控制器,会开喘振阀,以降低压力,这样会导致恶性循环而引发喘振。
这种现象是典型的关联偶合现象,当发生喘振现象时,由解耦功能模块计算,解除速度控制与喘振控制的耦合关系,实现解耦控制。
当系统解除耦合控制之后,变为定值防喘震控制。
小的快速扰动,是引发关联控制系统的共振源。
这是关联防喘振控制系统自有特性。
在防喘振控制过程中,引入解偶功能,就是要消除自身不稳定因素,同时防止飞车情况发生。
6.防喘振控制系统的现在与未来
现代的防喘振控制理念,以美国CCC公司为代表领导世界潮流,目前已具有通过软件功能就可测得喘振线的先进技术。
现代的防喘振控制系统、安全系统硬件设备,以美国Woodward、Bently、Triconex为代表,北京康吉森公司为集成代表,领先防喘振控制领域。
以DCS、PLC、ESD为代表,构成的防喘振控制系统,如雨后春笋,生机勃勃。
不难看出,单一功能系统将面临严峻考验。
7.CCC控制
CCC防喘振控制系统,以可编程序控制器为核心,结合先进的软件系统构成了防喘振控制系统,有先进的控制理念,具有在线检测喘振特性的功能软件。
1控制算法
CCC的控制算法可以由下图简单说明。
因而图中Ss>1的区域为喘振区域,Ss<1的区域为安全区域,通过对Ss值的计算就可以建立喘振的数学模型从而实现控制。
2功能线描述见图
（1SurgeLimitLine,SLL
压缩机在不同的工况下有不同的性能曲线每一条性能曲线都有一个喘振极限点所有这些点构成了一条喘振极限线SLL
（2SurgeControlLine,SCL
CCC防喘振控制算法,在喘振极限线SLL右边设置了一个可变的安全裕量b,这样就可以在工作点到达喘振极限线之前开始动作增加压缩机的流量（3RecycleTripLine,RTL
RTL规定一个操作极限,如果工作点超过这个极限,循环跳闸响应将快速打开
防喘振控制阀。
RTL位于SCL与SLL之间
（4SafetyOnLine,SOL
SOL定义一个操作极限,如果操作点超过这个极限则表明压缩机已经正在发生喘振,安全保险响应将增加喘振控制线的裕度（总b值迅速制止喘振。
SOL线在喘振极限线的左边二者之间的距离为SO
（5TightShut-offLine,TSL
TSL定义最小的SCL的偏差,位于SCL线的右边二者之间的距离为d1,为D的控制点偏差
（6SCL为工作点的上限给定值。
TSL为工作点的下限给定值
（1PID控制响应
对于缓慢的小的扰动,使工作点进入喘振控制线SCL的左的防喘振控制区,则PI控制算法根据压缩机工作点与SCL之间的距离,产生相应的比例积分响应,控制工作点回到安全工作区。
防喘振控制算法的微分作用不是直接控制输出,而是用于加大防喘振控制算法的安全裕量。
当快速扰动发生时,起到快速移动SCL值,相当于给定值快速移动,则PI作用立即响应,快速干扰被间接的得到了快速控制。
（2RTL响应
如果对于一个较大较快的扰动当比例积分响应和特殊微分响应不能使压缩机操作点保持在SCL线的右边而是操作点瞬间越过了SCL左边的RTL则RTL响应就会以快速重复的阶跃响应迅速打开防喘振阀这样就恰好可以增加足够的流量来防止喘振
（3根据SOL线的安全保险响应
如果因意外情况如组态错误过程变化特别严重的波动使压缩机的操作点越过SLL线和SOL线而发生喘振则安全保险响应就会重新规定喘振控制裕度使喘振控制线右移增加SCL与SLL之间的距离在一个喘振周期内将喘振止住（4TSL响应
如果操作点在TSL线的右边那么防喘振控制算法的TSL响应将输出0或者100%的信号关闭防喘振控制阀,防喘振控制算法根据喘振发生的特点通过设定不同的控制线当操作点越过不同的控制线产生不同的控制响应把这些响应组合在一起产生一个独特的控制响应这种控制响应既能防止喘振又不会使工艺过程产生不必要的波动也不需要浪费能量
（5Safe-on响应
如果机组实际发生了喘振则喘振控制算法自动加大一个安全裕量b4以防止喘振的再次发生,这一动作最多可以加大5次b4,并且可以手动或自动复位
8ITCC控制系统
TS3000透平压缩机组综合控制系统（ITCC
康吉森TS3000透平压缩机组综合控制系统（ITCC是基于多年旋转设备控制方面的经验,为用户提供一种ITCC（IntegratedTurbine&CompressorControlSystem机组综合控制系统。
它将传统上需要多个分立仪表如防喘调节器、联锁自保系统、电子调速器、负荷调节器等实现的功能集成在一套可靠性极高的三重模件（TMR冗余容错控制系统中完成;因此,减少了各个系统间的连接和故障率,降低了长周期运行成本,并提供了先进的控制技术和良好的监控界面.
TS3000主要控制功能:
——压缩机组安全连锁保护。
——透平、压缩机的起停升速的联锁保护
——机组安全运行连锁保护
——机组紧急停车联锁保护
——机组轴位移、轴振动监测和联锁保护
——机组超速联锁保护
——机组润滑油、调节油系统保护
——机组附属设备的联锁保护
防喘振控制
TS3000响应速度快、安全性高、以最少的放空量或回流量防止机组的喘振,减少对工艺的干扰和能源消耗。
主要功能有:
——通用防喘振线计算模块,消除了分子量变化的影响。
——具有温度、压力补偿功能
——任意折线函数功能
——防止积分饱和功能（限幅器
——在喘振线附近进行控制
——根据需要,可以设置喘振控制快开线
——对快速扰动进行超前控制
——最低负荷开停车功能
——死区设定（被控参数进入死区后,对输出不做控制
——动超驰控制功能
——安全欲度重校功能
——可变增益功能
——喘振预报功能
——分层控制功能
——快开慢关功能
解耦控制
机组综合控制系统不仅有防喘振控制系统,还有性能控制、调速控制等多个控制,这些控制回路的变量变化是互相影响互相关联的,所以要消除它们之间的干扰或耦合影响。
即解耦控制。
调速控制
TS3000控制系统针对汽轮机控制实现如下功能:
——转速测量、控制
——辅助控制功能
——同步负荷分配输入功能,串级控制功能
——阀位限制功能
——制动、半制动、手动启动功能
——暖机、额定功能
——设定临界转速避开功能
——汽轮机组调速
——超速保护功能
——负荷分配控制
TS3000机组综合控制系统针对大型汽轮机及压缩机组的气量负荷分配问题,利用流量控制和压力控制方法,通过以下功能的独立和综合应用实现多机组并联运行时的负荷分配控制,优化系统负荷分配方案:
——机组流量。
压力负荷分配控制
——机组变转速负荷分配控制
协调控制
TS3000机组综合控制系统除了实现机组本体的控制与保护外,还考虑了机
组各子系统之间的协调控制。
大型集成机组控制系统还需考虑各压缩机组子系统之间的协调控制,如汽轮机组和锅炉蒸汽供应之间的协调控制以及汽轮机组的负荷分配,通过控制系统及时调节锅炉的蒸汽产出,协调各压缩机组子系统的供应量,使生产过程平稳运行。
超驰（overrides控制
超驰控制,制动控制系统,事故报警后或偏差超限,启动超驰逻辑,将自动系统执行手动控制,优先增、减禁止增、减等逻辑功能,将控制系统切换到预置的安全模式。
机组专家控制系统（iMEC
机组专家控制系统是基于康吉森TS3000机组控制系统和本特利的3500系统由两家公司合作开发的新一代机组专家控制系统。
iMEC（IntelligentMachineryExpertControl
该系统不仅具有成熟的ITCC透平和压缩机控制技术（如:
性能、喘振、转速及其辅助系统如油压、油温等,还能对压缩机各种形式的静态和动态数据（如:
电流、电压、轴温、振动、位移、开停机以及所选事件等进行连续实时的采集、监测和管理,并存储生成各种分析图谱、开停机等专业诊断结果数据,最终通过专业的数据库把过程控制和设备诊断及专家经验有效的结合起来用于生产操作指导和设备管理。
因此,可以把设备深层次的诊断信息和专家建议实时地引入到机组的预防性控制与设备保护中,使得除了设备维护人员以外,在生产一线的工艺操作人员和仪表维护人员也可以及时地了解到比原来更丰富的设备诊断信息和专家支持建议,以便尽早发现和分析设备报警和故障的真正原因,及时采取预防措施与控制手段,有效避免和排除设备故障,降低机组停车次数和维护维修时间,提高安全生产和节能生产措施。
一.iMEC系统基本结构
iMEC系统基于TS3000系统与BN3500系统,由康吉森与本特利专门开发的数据库接口软件,把设备诊断信息及专家经验与过程控制与保护有效的结合起来,从而实现机组的机电一体化综合控制.
iMEC远程诊断与专家支持网络结构
康吉森和本特利公司的自控和设备专家可以在各家公司总部所设的远程诊断中心向用户提供在线的专家联合诊断和专家支持决策建议。
二.iMEC系统基本监控功能
iMEC系统把设备诊断信息及专家经验与过程控制与保护有效的结合起来,实现了机电一体化综合控制。
1.工艺生产监控
●转速控制
●负荷控制
●抽汽控制
●负荷抽气解耦控制
2.机组辅助系统监控
●油系统监控
●密封系统监控
●油质监测及专家分析维护
9.ITCC防喘震控制
模块1（Surge-Line:
选定喘振算法;TS3000控制算法分两种:
即Pd/Ps~h/Ps喘振算法和Pd-Ps~h/Ps喘振算法,一般选用Pd/Ps~h/Ps喘振算法;
模块2（Surge-Detect:
检测工作点离喘振控制曲线的远近情况;
模块3（Recalibrate:
喘振安全域度（即喘振控制曲线与喘振曲线之间的距离修正,一般域度设7%~10%;
模块4（ControlLine:
生成喘振控制曲线,即喘振曲线加喘振安全域度得到喘振控制曲线;
模块5（ControllerSetpoint:
计算出喘振控制器的设定值。
喘振控制器的设定值根据工作点的变化而变化,如工作点位于喘振控制线的右边,该设定值与工作点的距离为某一设定值,一般设为2%~5%。
如果工作点位于喘振控制线的左边,则与防喘振控制线进行高选,来决定设定值;
模块6（Controller:
喘振控制器,这是一个快速PID控制器,根据喘振控制器的设定值及当前的入口流量来计算出喘振器的输出值;
模块7（ProportionalFunction:
计算喘振控制器的比例项输出值。
如工艺扰动特别大或其它原因,造成机组突然喘振,喘振控制器来不及响应,这时该模块
输出一个阶跃信号,来迅速打开放空阀。
模块8（Startup:
计算机组起动时的控制逻辑。
在机组起动时,控制逻辑使喘振阀全开,使机组能安全起动,防止意外事故的发生;
模块9（ValveSingalSelector:
选择防喘振控制程序的输出值。
即在快速PID控制器的输出值、比例项的输出值、机组起动时逻辑控制器的输出值三者之间进行高选;
模块10（SpeedBias:
计算喘振-速度耦合控制器的值。
实现解耦控制;
模块11（Auto/Manual:
设定喘振控制逻辑的手动、部分手动及自动控制功能。
如果在手动方式,快速PID控制器的输出值不起作用。
如果在部分手动方式,快速PID控制器仍然监控机组的运行情况,即防喘振控制优先;
模块12（ValvePrepare:
阀门预置功能,这一功能用来提高阀门的响应速度;
模块13（ValveLinearize/Reverse:
进行阀门线性。
以上这些子功能块可以根据实际需要有选择的进行组态,不需要的功能块可以不用组态。
不难看出康吉森在防喘震控制中,对被调参数直接引用了PID控制,导致控制系统内部就存在一个干扰源,这是人为形成的一个喘振源。
这是一个不能接受的控制方案,过程控制理论不允许,实践过程控制中更行不通。
建议康吉森修改方案,将被调参数的微分作用,移出到给定值或之前的计算模型里。
对喘振阀的直接控制作用,只能存在PI作用。
当然了,在参数设置里,也可不设D参数,那么在控制系统里,就缺少了提前预置参数功能,对快速扰动不起作用。
这一点仅是个人看法。
另外,本特利BN3500系统不知怎样,BN7200效果不好,主要问题出现在热偶温度测量上。
10.应急处理:
当系统因喘振停车,在联锁系统正常的情况下,诊断信息正常正常情况下,无法投运,可以打手动,缓慢关喘振阀,以工艺过程允许最低工作压力为线,直至逼近工作点。
这样可解燃眉之急,有更多的时间观察、查找问题,可避免工艺大面积停车。
如果这样的方法不起作用的话,只有停车检查故障。
11.校验
1,轴位移校验
仪器TK3-7E
1用TK3-7E校验位移探头后,会得出线性段较好的一段工作电压,一般是取10V作为零位电压,,bently和派利斯的,零点电压都是10V。
2让机械方面测出轴的最大窜动量,把轴拨到中间位置。
3仪表人员安装探头,小心旋进探头,调整探头和轴的间隙,当测得前置放大器的输出电压为10V的时候,停止旋进,然后固定住探头背帽,再次测量电压没大变化即可。
固定探头会有变化,可能要反复进行几次。
2,位移探头如何安装对于仪表来讲不是什么问题。
反倒是安装前首先至少必须搞清楚以下
1轴的串量:
在机组安装后,轴的串量尺寸这个数据非常重要,必须由检修
人员经过反复严格的测量,它是探头安装工作的基础。
如果这个数据被搞错了,接下来的一切一切就都失去了意义。
串量这个关键数据一定必须经过检修、仪表和工艺三家同时确认或者有必要的话确认过程还需经过上级主管部
川仪石化项目部规划方案门监督。
2）轴拨向哪一端：
零点位置确定。
在安装探头时，仪表人员必须清楚的知道轴被拨向了哪一端，也就是说轴被拨到了主推端还是副推端，这一点必须清清楚楚。
只有这样才能确定零点位置，&X;L/Z0]"r:
D#A:
M#N:
{'~上述几点处理好了对于将来的维护是非常有用，可以避免误操作。
-M4g+P11.防喘振离心式压缩机的喘振原因及预防离心式压缩机在运行过程中,可能会出现这样一种现象,即当负荷低于某一定值时,气体的正常输送遭到破坏,气体的排出量时多时少,忽进忽出,极易引起喘振或飞动.循环气第16页共16页
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