壓縮機喘振優化控制

袁震

沈陽富力科技有限公司 遼寧沈陽 110003

中國石油大慶煉化公司煉油二廠加氫改質K-401壓縮機目前控制系統是：ABB公司SC300E控制系統（安全降級策略是320方式）、WW505調速器、WW505C防喘振、Protech203超速保護、本特利3500軸系儀表監測系統。加氫改質K401控制系統SC300E控制系統1999年投入使用，組態軟件TRIBUILD采用WINDOWS NT4.0操作系統，截至到2019年期間，已連續出現2次CPU故障，處理過程中，發現該系統的冗余功能不能真正的硬件冗余，導致喘振閥開閉響應時間過長發生喘振異響，需要機組停機處理。現對加氫改質K-401壓縮機進行控制改造，采用美國GE公司 PAC3I系統軟硬件對壓縮機喘振曲線進行控制優化.采用CIMPLICITY上位機軟件、ME下位機軟件對壓縮機喘振曲線進行繪制、壓縮機操作點的計算和壓縮機安全操作編輯的計算與調整，根據壓縮機流量測量裝置和壓力檢測裝置的安裝位置不同，根據壓縮機入口流量、入口壓力和出口壓力三個參數動態防喘振控制算法進行壓縮機防喘振控制及優化，這種方法不會因進氣的溫度、壓力和分子量的變化而對喘振控制產生影響[1]。

1 防喘振曲線的繪制

根據條件值，利用系統上位機軟件可畫出壓縮機的喘振線，且根據壓縮機不同工況的出口壓力、入口壓力、流量，可以計算出喘振數據，將數據分別設置在壓縮機喘振控制線模塊的相應輸入點，即可以通過模塊內部的計算畫出喘振線，喘振線右移10%的裕度，可自動生成防喘振曲線并計算出喘振操作點。

計算出壓縮機喘振點和入口流量后，可計算出壓縮機的實際操作邊界，且根據工況適時調整壓縮機的安全邊界和壓縮機的操作點，使壓縮機始終運行在一個安全的區域，壓縮機操作點在靠近喘振線或者發生喘振工況時，程序會采取相應動作。

2 根據程序控制，可使防喘振操作實現如下功能

（1）當喘振發生后，防喘振線每增加2%就生成喘振下移線，成為新的防喘振線，當工況穩定脫離喘振區后，可按復位按鈕，取消喘振下移線，工作點隨工況移動，可以在坐標畫面上指示出工作點與防喘振線的距離。

（2）比例功能：系統的比例項，它可根據喘振線的比例移動打開防喘振閥，當操作點工作在喘振控制線的左側時，比例項在喘振控制線左側的實際操作邊屆設定區域內開始打開喘振閥，本系統將比例項動作值設為0.5，即喘振線與防喘振線之間距離為0---100%，當工作點距離喘振線50%時，防喘振閥開始打開，當工作點移動到喘振線時比例輸出為100%，防喘振閥全開[2]。

（3）設定點游離功能，設定點游離強制喘振PID控制跟蹤壓縮機的操作邊界，當操作點隨著流量的增加或者壓比的改變遠離喘振控制線時，操作點迅速移動到喘振線的右側，當壓縮機以一定的速度接近喘振線時，喘振控制器立即跟蹤操作點，其輸出作為PID模塊的設定值。

（4）喘振PID控制，喘振控制的設定點來自設定點的游離功能，測量值為實際操作邊界，控制器執行反作用，控制器參數由增益和積分組成，在測量中若增益增加1%或2%，控制器將減少2%，如果積分參數增加，則積分相應變得更快，增益變量不影響積分行為，這里以兩個自適應模塊分別為PID控制器的增益輸入和積分輸入，同時利用程序設定參數，能使防喘振閥具有快開慢關功能。

（5）將下位機程序模塊和上位機監控畫面動態連接起來，就可以畫出壓縮機的喘振線和防喘振以及壓縮機的實際操作點。

（6）壓縮機防喘振的關鍵是根據設備適時運行數據，計算出相應的喘振點，同時采用控制程序預測喘振發生，控制器使壓縮機運行在一個安全的區域內并實時跟蹤和修正操作點，使機組在安全的區域內運行，由于防喘振閥是確保壓縮機避免喘振發生的直接執行裝置，因此它的工作是至關重要的。

（7）通過功能塊，比較壓縮機一段（r1vlv_DMD為一段，r1VLV_DMD_1為二段）的喘振閥位輸出與壓縮機二段運行狀態時的喘振閥為輸出，在利用選擇模塊決定輸出高的閥位到現場防喘振閥，如果r1VLV_DMD大于r1VLV_DMD_1，則比較輸出為1（1表示正常），SEL選擇模塊輸出r1vlv_DMD_1，則比較輸出為0（0代表連鎖），SEL選擇模塊輸出r1VLV_DMD_1，最后通過模擬量處理模塊輸出到現場防喘振閥，以控制防喘振閥的動作。

（8）防喘振閥為氣動閥，事故狀態通過連鎖電磁閥切斷氣源，使防喘振閥打開，防喘振閥緊急打開程序通過觸發器與或邏輯來實現閥的動作，當r1DUMP壓縮機一段比例項目ENABLE，上位監控界面停機信號、現場緊急停機按鈕、跳車信號、急停按鈕、壓縮機二段比例項目ENABLE，任何一個發出信號都可以復位觸發器，使防喘振電磁閥失電，強制防喘振閥全開，防喘振閥連鎖動作后，只有在以上條件都不具備的情況下，才能利用手動復位或者按復位按鈕，使連鎖電磁閥重新帶電[3]。

3 結語

本項目以PAC3i為冗余控制系統實現壓縮機防喘振控制，可避免由于系統單點故障引起的停機，系統能夠很好的預測喘振的發生，并適時調整喘振控制線和喘振操作點，使防喘振閥及時動作，避免壓縮機喘振的發生。