离心压缩机防喘振控制系统的研究

摘要

离心压缩机是石油化工、化肥、制药、冶金之类行业当中被普遍应用的流体叶轮式旋转机械，属于透平类压缩机。在化工产业生产当中占据很重要的地位。随着近几年来国内化工冶金等行业的飞速发展，离心压缩机朝着宽流量范围、高效率的方向发展。喘振是离心压缩机固有的一种特征，它限制了离心压缩机的发展。因为机组一旦发生喘振对整个工艺流程的波动是剧烈的，有时需要若干小时才能再次将工艺流程调节到发生喘振前的状态，喘振对于压缩机的伤害则更大。 在文章当中，介绍了江苏镇江某一现场氨压机组存在的运行问题。这台氨压缩机组的防喘振控制系统存在问题，导致其防喘振回流阀常年关不死。两个防喘振阀开度都在30％左右，回流量大，经初步计算大约40％的压缩气体都用于打回流，能耗浪费严重。这类压缩机运行现场问题的遍及全国，而且绝大多数客户还没有认识到这个问题。国家如今正在大力倡导节能减排，一套优秀的压防喘控制系统每年可以节省大量的能耗，减少碳排放量。 固定极限流量法和可变极限流量法是当今最惯用的防喘振方案，对机组进行PI或PID防喘控制。第一种方法的缺陷是造成主机多变效率的下降，造成能源的浪费;第二种方法的缺陷是它的稳定性较差。传统的PID控制器在控制压缩机防喘上具有一定的局限性，控制性能受参数的整定情况的限制，且反应迅速性和超调量两者存在着问题。与此同时模糊控制、自适应控制、预测控制等先进的控制技术随着控制理论的发展出现。基于丰富现场实际操作经验总结和用自然语言表述的控制方法就是使用频率比较高的模糊控制，模糊控制是一种通过模糊集合和模糊逻辑推理转化为数字或数字函数然后用计算机去实现预定的控制。 本文使用模糊控制器构建模糊控制模型，利用输入量和设定值两者的差和差的变化率来完成。以某台空气为介质组装式齿轮压缩机为原型，构建出一套只针对入口流量为控制变量的防喘振控制系统，因为空压机入口条件相对其他机型比较稳定，入口直接面向大气故而入口压力、入口温度、介质组分都很稳定，其中入口温度可能会变化大些，但对机组喘振线的影响比较小。此套防喘振控制系统以入口流量和防喘振设定流量的差值e及差值的导数ec为模糊控制器的两个输入量，以防喘振阀门的开度u为输出值，其中防喘振设定流量是通过线上查点来完成的。 第四章结尾再利用MATLAB对其进行了仿真，仿真模型的构建与实践情况有所区别，入口流量方面给出一个时间为50s的曲线，流量值每5s变化一次， 有大于喘振流量的值，也有小于喘振流量的值。防喘振阀门以看作一个简单的比例惯性环节处理，它的延滞时间设置为0.05秒。模拟结果表明，该系统可以根据机组进口流量的变化调整防喘阀门的开度，在距离防喘振线近的时候阀门开关速率比较缓慢，使整个压缩机出口压力波动不太大，在距离防喘振线远的时候，防喘振阀开的快，迅速脱离危险区，保证了机组的安全运行。 文章最后用西门子PLC实现了防喘控制系统，这套系统在现场的运行当中取得了良好的效果，过去大部分齿轮空压机用户都把防喘振控制系统打到手动模式，自动模式如同鸡肋，原因是控制系统不够只能智能:如果在自动模式下运行工艺管网波动过大，不利于生产;手动模式下虽然能保证工艺管网波动不大，但是当发生喘振时需要操作人员手动打开防喘振阀，增加了相关人员的工作强度，也不能保证第一时间退出喘振区，给机组运行带来了很大的风险。防喘振模糊控制系统有效的解决了这两个问题，既不让工艺管网波动过大，也保证了机组的安全。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1离心压缩机介绍

1．1．1离心压缩机的工作原理

1．1．2离心机组的性能曲线

1．1．3离心压缩机性能试验

1．1．4离心压缩机的管网特性

1．2离心压缩机防喘振方法的研究现状

1．3离心压缩机现场运转实例调研与分析

1．3．1氨压机组现场运转情况概述

1．3．2氨压机组现场喘振试验

1．3．3实测喘振点数据处理

1．3．4防喘振线修改方案

1．3．5防喘振线修改后效果

1．4离心压缩机控制系统的现状

1．5本文主要研究内容

第2章离心压缩机防喘振控制原理及要点

2．1喘振现象

2．2影响压缩机喘振的因素

2．3离心压缩的性能曲线

2．4喘振控制技术

2．5防喘振控制要点

第3章压缩机防喘振控制系统的设计

3．1离心压缩机防喘振系统的设计

3．2离心压缩机喘振试验

3．3防喘振线的建立

3．4一般快开线功能

3．5防喘振系统中的工作点的建立

第4章机组模糊控制器的研究与仿真

4．1引言

4．2模糊控制算法概述

4．3模糊控制系统的设计

4．4输入模糊化隶属函数的确定

4．5模糊规则的建立

4．6仿真与结果分析

4．6．1防喘振控制系统仿真

4．6．2仿真结果分析

第5章离心压缩机防喘振控制系统的实现

5．1控制系统的概述

5．2．4 S7-400H系统的架构

5．3 S7-400H系统概述

5．3．1 S7-400H可编程控制器概述

5．3．2编程软件结构概述

5．4数据采集及处理

5．4．1数据采集

5．4．2数据的软件处理

5．5．1压缩机入口导叶控制的实现

5．5．2防喘振控制的实现

5．6本章小结

第6章总结与展望

参考文献

致谢