_第二章_压缩机站和输油泵站的控制

第二章压缩机站和输油泵站的控制(1)2.1控制原理2.1.1定义2.1.2安全性2.1.3操作者的控制能力2.1.4站控系统的结构2.1.1定义(1)泄（压）载阀压缩机的轮状图临界转速一台压缩机的“眼”齿轮（变速）箱热端输入/输出2.1.1定义(2)负荷分配LAN工艺过程RTU压缩机的主阀压缩机的喘振线2.1.2安全性(1)为了机组和站的操作的安全性，在相关控制系统的设计中,机组和站的安全问题必定是最重要的。一般通过管线输送油品或气体产品不可能停输。站内所有设备的长期、安全操作必不可少。另外，严重的机械设备和电器设备的损坏，将到导致过长时间的停工。2.1.2安全性(2)必须保证压缩机站内的所有控制和监测设备都能尽可能的保证安全操作。而且也应保证发生偶然的,误确操作,或在重要回路中的仪表、控制设备失效时，危及站或机组的安全。2.1.3操作者的控制能力(1)良好的自动化设计应能满足以下的操作需求：能够平稳地从手动操作过渡到自动操作能够对操作问题迅速地作出反应能对不同的报警状态加以识别能从工艺设备获得工艺状态参数的适当反馈2.1.3操作者的控制能力(2)有许多例子已经证实，某些自动化并不成功。操作者将其抛在一边，而用手动操作。这样的自动化浪费了资金。大多数是由于不合理的设计造成的。这样的自动化使操作者“失去了”对系统的控制能力。2.1.4站控系统的结构(1)使用在压缩机站和泵站中的控制系统的硬件，通常由各种不同的元器件构成。例如：各种仪表，开关，将信号传输到控制器的小型辅助设备，以及可编程控制器（PCS）等。2.1.4站控系统的结构(2)可编程控制器是一个由微处理器元件组成的系统。这些元件能够通过编程，来完成大量的逻辑功能和数据处理功能。功能的多少，取决于它们使用的场合。第二章压缩机站和输油泵站的控制(2)2.2控制器2.2.1控制函数2.2.2操作模式2.3压缩机站2.3.1机组的控制2.3.2燃气动力透平的控制2.3.3压缩机的控制2.3.4压缩机站的控制2.2控制器控制器工艺过程反馈输出设定值2.2.1控制函数开/关(ON/OFF)比例(Proportional)-线性关系比例(和)积分(PI)–再设置功能比例积分和微分(PID)–是各种线性控制器的总形式,它包括了输入信号的微分项。2.2.2操作模式（1）失效模式1、失效安全模式：就是保证在失效时，所有的设备都能切换到它的安全操作状态。这种失效安全模式的设计，可能是使回路断开、一个处理器的停运、或者电源的断开等等。2.2.2操作模式（2）为了完成这一任务，大多数回路在正常状态时，处于激活态；而在失效时，处于非激活态。2、状态quo模式自动/手动模式就地/远程模式2.2.2操作模式（3）2、状态quo模式：“状态quo”模式设计，就是要保证在信号丢失的情况下，将不会引起机组或站的停运。安全状态下的quo设计，对于可能会出问题的设备，通常有冗余的路径。自动/手动模式就地/远程模式就地/远程控制模式图工艺过程手操加载站来自控制中心控制器手操站远程就地手动自动控制信号2.3压缩机站(1)在本教材中，作为例子，设计使用的压缩机是一台离心式、低压缩比压缩机。用于天然气的增压输送。低压比指的是排出压力与进口压力之比在1—3之间。气体透平中充满了天然气，功率范围为1000—25000KW。2.3压缩机站(2)通常，透平和压缩机组通过一个模拟速度设置值对它的转速加以调节，从而控制天然气的输出量。其它的常用控制方法，包括吸入和排出的节流调节；以及改变压缩机站的节流阀调节；进口导向叶片的角度等等。后面的这些方法不在此讨论。2.3.1机组的控制(1)在此所讨论的内容仅涉及透平和压缩机机组的自动化控制和它们的工作顺序。一个典型机组的控制系统主要由主处理器，操作者界面（CRT），喘振控制器，调速器，机组振动监测器，以及温度监测器这几部分组成。2.3.1机组的控制(2)原理(1)通常，压缩机机组控制的硬件和软件，在模块构成和功能方面，都由集成块组成。它与站控系统相互分离。由于机组的硬件和各控制功能与此站控系统是相互分离的。所以，当站控系统出问题，或对站进行简单维护，以及站内故障排除时，可以就地操作机组，而不用停机。2.3.1机组的控制(3)原理(2)机组控制，有两个基本的操作模式：就地操作模式和远程操作模式。就地操作模式时，除了站的紧急停站回路之外（ESD），机组的控制与所有的外部控制系统无关。2.3.1机组的控制(3-1)原理(3)在远程操作模式时，机组根据来自站控中心的速度设置值，以及站控中心发给机组的启动或停机的控制信号而运行。2.3.1机组的控制(4)原理(4)一个正常停机命令，不仅停机;而且也将机组置于可再启动的停运顺序处。因此，在再次启动机组时，操作人员不需要再设置各信号器的值。2.3.2燃气动力透平的控制(1)速度控制–最高最低转速辅助设备–启动器、润滑系统、密封系统、喘振控制系统、放空系统和进口导向叶片的角度控制、空气进口系统，以及火灾和气体监测系统2.3.2燃气动力透平的控制(2)各限定值和保护回路可能引起机组报警或停运的参数有：温度振动速度阀位机组开/停的顺序(1)机组控制系统包括所有的，透平/压缩机组相关的，下述各装置的开/停顺序：启动器燃料控制和关断阀点火系统改变进口导向叶片的角度机组开/停的顺序(2)（各）放空阀（取决于机组的制造和操作模式)压缩机的阀：侧阀、喘振阀和放空阀辅助油泵，事故油泵，予润滑/后润滑油泵，（精确的结构取决与制造厂和操作模式）机组开/停的顺序(3)辅助密封油泵和紧急密封油泵，如果机组是干式密封轴承，就可以不考虑启、停顺序，也不需要密封油泵。但大多数情况下，都使用这两种泵，因此就有两台泵的开停顺序问题。循环阀的投入使用和各优先信号等，都是开停顺序的一部分。2.3.3压缩机的控制(1)速度控制节流操作工况喘振控制保护回路速度控制压缩机可在某个特定的速度和管线操作条件下运行。这些特定的条件，可以绘制成所谓的轮状图（图2.5）。它将在压缩机和泵的有关章节中加以介绍。节流操作工况节流情况是压缩机出现低排出压头和高流量的情况下，进行的一种操作模式。当压缩机试图压缩比进入压缩机吸入段吸入的气体量还要多的气体时，就会出现节流操作的情况。此时的压缩机的压头控制会逐渐变得困难。同时，为了使压缩机恢复正常而进行的节流操作，常对压缩机产生十分有害的后果。喘振控制(1)由于压缩机出现高压头，低流量,而发生喘振时。它会严重地损害压缩机。当压缩机的排出压头和吸入压头之间的压差大于压缩机在一定的速度下，所能提供的压头时,就会出现喘振。这种情况，意味着在给定的流量下，压缩机向气体提供的压头，已经大于了机组所能提供的压头。喘振控制(2)这样一来,直到压缩机被破坏，喘振才有可能停止。此时，应改变管线的操作条件；或者采取其它更正措施。喘振控制系统的功能（图2.7）是通过一个可控制的,跨接在压缩机进出口上的一个循环阀和再循环回路来实现的。当循环阀打开时，由于进口流量增加；排出压力就降低；就使压缩机的工作点远离了喘振点（线）。喘振控制(3)通常，某些压缩机本身带有它自己的防喘振系统。以便使压缩机具有最大限度的操作灵活性和安全性。同时，也为了大大减小了其它控制对机组的影响。虽然，某些机组的设计,使用现代可编程控制器结构的可分布特点，把喘振控制做成为一个独立的模快。但是，喘振控制仍然是机组控制系统的一部。喘振控制(4)典型的喘振控制系统由一个控制器，一个再循环控制阀，以及所需要的流量和压头测量元件组成。在喘振边界附近，有一组特定的压头和流量条件，称之为喘振线。喘振的原因,形成条件等等课题，在压缩机和泵的有关章节的之中,有详细的描述。读者应当参考这些书中的内容，以便很好地理解喘振问题。喘振控制(5)在喘振回路中的所有设备,必须有很快的响应速度。下面是关键器件的实际数据：●控制阀-控制阀的流量能力为设计流量的150%-控制阀的启动(StrokeTime)反应时间为2秒喘振控制(6)●流量和差压测量-应购买响应最快的传感器-在管线和传感器之间，使用尽可能短的工艺传管线●控制器-反应时间应少于100毫秒（msec）喘振控制(7)通常使用的各种简单控制器,按照喘振线两面各10%的安全裕量下（即中等流量的110%），控制压缩机的运行。也可以使用很复杂的控制器，它能补偿吸入气体的压力和温度变化。同时,能把压缩机维持在喘振安全裕量5%的范围之内运行,从而更好地保护了压缩机。保护回路(1)压缩机始终都在监控之下运行，以保证它的安全操作。有三种不同的停机形式，以及引起停机的条件，描述如下：机组停运后再启动（USR）-高吸入温度或高排出温度-低吸入压力-低转速（可选）-高排出压力保护回路(2)●机组停运连锁（USL）-润滑油系统失效-高振动-高轴承温度●紧急停运（ESD）-火灾，气体泄漏-用户发来的紧急停运（ESD）信号-密封系统失效以及错开/关阀门保护回路(3)停运再启动（USR）回路，通常可以远程设置后，再启动。机组停运连锁（USL），或紧急停运（ESD），一般要在现场就地再设置。保护回路(3-1)(USR)停运，指的是由于在工艺过程中的各种问题引起的停运；机组停运连锁(USL)停运,指的是因各种机械故障引起的停运；紧急停运（ESD）停运,指的是出现这些问题时，将会危及人员的安全。2.3.4压缩机站的控制(1)概述站控系统是压缩机站的中心控制系统。它处理站内所有单元的、共同的控制问题(也就是站的各阀门；通过站的压缩气体等）。站的控系统提供了所有的、其它控制系统的协调、配合和管理功能。2.3.4压缩机站的控制(2)作为控制中心，使用站控系统，操作者就可以完成大多数正常的控制功能。这一系统的一个重要设计内容就是，如果站控系统处于自动操作模式（也就是在非手动操作状态时），它应具有连续操作、控制压缩机组的功能。2.3.4压缩机站的控制(3)组成部分站的控制系统，由下列两个主要单元组成。各组成单元的功能是：•主控制器•ESD控制器主控制器-工艺过程控制-辅助设备控制-辅助设备报警-数据集成/命令分配-SSDR控制-荷载分配•ESD控制器（1）-阀门失效逻辑-SSDL-ESDESD控制器是一个简单的、专用的控制器。它与主控制器分离，以减少错误的紧急停运。主控制器有供电失效，或维护不佳可能，而断电的可能性。所以，对于ESD系统使用专用的硬件很恰当的。ESD控制器（2）火灾和气体泄漏探测器操作者的界面通讯网络界面近距离传输数据的局域网界面，以收集数据，并且把它们传给其它的压缩机站的控制系统。2.3.5模拟/工艺过程控制(1)站控系统对站内的管线工艺过程进行控制。这些控制可能是以下过程之一：-进口的吸入压力控制-出口的排出压力控制-流量控制2.3.5模拟/工艺过程控制(2)这些控制用增益(放大)的、正集成回路控制器设置机组的速度，以得到所希望的设置值。这一控制在主控制回路上，常常起优先的作用。如果，这些控制远程连接到中心的SCADA上，那末，站的各个控制参数将维持在最后的合法设置值上。操作者只有使用站内的就地控制，输入一个新的设置值。才能改变操作工艺过程(流量)。2.3.6站的停运模式（1）站的停运再启动模式（SSDR）（图2.8）这种停运模式,将被下列的不稳定工艺状况所触发：-高排出压力-低吸入压力-高排出温度当这些工况之一被探测到时，正常停运的信号就发送给机组。此时，站内的主阀并不动作。2.3.6站的停运模式（2）站的停运连锁（SSDL）（图2.9）这一停运条件由下列的非过渡条件之一触发：-阀门故障-站内扑集器的高液位停运-站内扑集器的高差压停运2.3.6站的停运模式（2-1）一旦，这些条件中的任何一个被探测到，一个硬线连接的紧急停运信号就送到机组的各单元。同时，站的进口和出口阀门按照信号关闭。与此同时，跨接站的截止阀上的差压很快就会降低到，允许发出开阀讯号，而安全地打开该截止阀。2.3.6站的停运模式（3）紧急停站（ESD