压缩机控制及保护系统设计探讨

压缩机控制及保护系统设计探讨

周运超井盛赵洪浩

（沈阳鼓风机集团股份有限公司辽宁沈阳110869）

摘要：随着计算机软硬件技术的发展，机组制造商提供给用户的控制及保护系统的功能越来越强大，系统配置方案也有很大差别；另一方面，由于石化行业业主日益多元化，不仅有国内用户和国际知名石油公司，而且国内外各知名石油公司都有自己的规范。我国的工程公司为境外石化企业设计时所面对的一些规范条款与国内石化行业现行的标准、规范有很大差异，因此机组控制及保护系统的配置应针对不同状况来确定。

关键词：压缩机；控制；保护系统；设计；分析

1导言

随着工业技术的进步，压缩机也在不断地更新换代，最新电子设备管理的压缩机渐渐占据产业发展重要地位，为社会生产工作带来了便利条件。压缩机具有输送量大、排气压力高的优势，但也存在部分不足缺陷，稳定工作的区域相对较狭窄，极其容易发生严重的喘振问题，影响了压缩机的安全运行效益。结合不同工况下的压缩机使用状态，严重喘振现象会直接导致机组流动波动幅度过大，加剧内部零件的磨损程度，甚至可能出现气体爆炸事故；轻微喘振现象不会产生机组损坏问题，长此以往容易形成恶行循环效应。

2典型配置方案及适用场合

2.1机组控制功能及保护功能与工艺装置控制系统合用

机组部分的监测、控制与工艺装置部分的控制系统(如DCS)共用，同时完成防喘振控制;机组部分的保护与装置部分的保护系统(如SIS)共用。转动设备监测系统、超速保护系统和调速系统独立设置。上述配置的优点是机组控制及保护与工艺装置控制保护系统完全融合，采用统一的界面，可减少第三方硬件的管理与维护，业主维护人员可以完全掌握控制系统的软硬件结构和维护方法。

2.2机组采用独立的防喘振控制器

压缩机防止喘振的方法是将一部分流量回流或者放空，从而使压缩机运行远离喘振曲线。但是回流和放空会增加能耗，专用的防喘振控制器一般都有各自的复杂算法，可以使操作更接近极限，维持足够的而不是过度的回流量或放空。虽然压缩机供货商提供防喘振控制器、转动设备监测系统、超速保护系统及调速系统。但这种配置仍不适合控制复杂系统。

2.3机组采用控制与保护集成的独立系统

集成控制系统是指将机组的防喘振控制、调速控制、性能控制、机组轴承温度监控、振动位移监测、主机/辅机工艺参数监控、机组启动一停止的顺序操作、联锁逻辑控制(ESD)等共用的一套集成控制系统ITCC。专用的压缩机控制系统有着更快的处理速度，包括输人扫描周期和执行周期，配备专业的压缩机/透平控制软件包。这种配置的优点：较低的采购费用、工程费用、安装费用，减少空间占用，现场仪表费用较低;没有各种单功能控制器之间的通信延迟。

3压缩机控制及保护系统的设计研究

3.1压缩机的喘振机理及影响因素

在压缩机机组开车、停车或生产负荷调整期间，喘振现象的易发率较高，源于吸入流量、压力比及转速的频繁变化，进而造成原料量的大幅度变动，极易出现压缩机运行工况事故。面对不同工况运行情况，影响压缩机喘振的主要因素有：一是当吸入流量低于警戒线，保持压缩比与转速不变，直接造成机组运行曲线转变位置，使得工况点逐渐移至喘振区域；二是在压缩比与吸入流量稳定不变状态下，压缩机转速越大，接近喘振临界点的概率也就越大，则需及时调整转速及返回线开度；三是压缩机排出口管网压力过高引起的喘振现象，吸入流量与转速不变，气体压缩比不断升高，加快运行工况点进入喘振区速度；四是随着压缩机进气温度的升高，夏季发生喘振现象的概率更大，源于气体密度缩减对其产生的内部机理影响，难以确保压缩机在稳定工况下运行。

3.2压缩机喘振点判断

为有效应对压缩机喘振现象，需要准确判断喘振点的变化，用以保障压缩机机组运行的安全可靠性。首先，依据压缩机振动检测结果，若检测振幅信号过大，则需做好防喘振控制措施；其次，结合压缩机入出口压力检测情况，判断压力值是否大幅度波动，准确判断喘振问题，并准备相对应的预防办法；最后，当压缩机入口与出口存在异常脉动声频，立即做好打开防喘振阀门的准备。

3.3压缩机防喘振的控制

3.3.1喘振主动控制技术

在日常生产与操作中，防喘振控制器作为压缩机喘振主动控制技术的重要设备，通过使用规定算式或输入数值来计算操作点，实现增加稳定裕度喘振线比较分析，以此保护压缩机不发生喘振现象。具体内容如下：一是控制防喘振控制器的设定点。在特定条件下，维持设定点与操作点处于固定数值范围，即裕度不超出5%。设定点的操作主要用于追踪压缩机压力控制输出情况，通过限定喘振控制线的盘旋速率，做出喘振现象发生前预先动作的判断，以缓解喘振问题带来的机组运行故障。二是保证防喘振控制器的喘振超驰功能。防喘振控制器的喘振超驰功能体现在确保防喘振阀及时打开的作用，也是常规PID模式的补充说明，避免动作过慢引起的喘振问题。当超驰功能作用区间位于喘振线的2%裕度范围内时，或操作点快速向喘振线移动时，及时打开防喘振阀门，起到及时规避喘振发生风险的目的。

3.3.2喘振常规操作方法

首先，采取“部分同流”办法，降低喘振问题发生概率。在实际操作中，要求压缩机的返同流量大于喘振点流量与流入流量之差，即是满足流量大于喘振点流量的运行需求。这种方法用于判断喘振点可取得良好效果，具有与低负荷生产相互协调的特点。其次，为避免出现压缩机喘振现象，通过安装温度、压力、流量检测仪表，用于压缩机气体入口流量及出口压力的喘振输出数值判断。此外，在压缩机的入出口位置，设置的温度、压力仪表，可以起到及时检测与报警的作用。该方法可在出现喘振后立即报警，便于直观地检查与监督压缩机运行的安全性。再者，设置防喘振回路。在压缩机的出口附近，设置防喘振打回流回路，并将其压力值设定为压缩机允许限定条件下的最低工况点，判断入口流量值变化情况。当入口流量值低于设定值时，达到最低工况点限定要求，设置防喘振回路自动打开，从而改变压缩机出口气体流动，使得出口气体流动值与压力值相协调。最后，注重压缩机各项参数，及时调整压缩机机组运行状态。当压缩机有发生喘振现象的倾向时，对比压缩机系统设备参数，分析防喘振曲线与系统入口流量、压力的变化，准确判断防喘振点，并对此做出适当调整，可起到远离防喘振区域的目的。

4结论

综上所述，压缩机作为工业领域重要机械设备，有效解决喘振问题是其必要措施，具有实际意义。在压缩机应用过程中，明确压缩机的喘振机理及影响因素，做好压缩机喘振点的判断，并利用喘振控制技术与常规操作方法，科学选择压缩机喘振保护系统的主要部件，以完善喘振控制及保护系统的设计方案。为避免压缩机运行安全事件，关于防喘振的研究仍需不断努力，通过更加合理化的控制策略，提升压缩机的使用效率。

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