CCC防喘振控制介绍资料【全】

CCC公司技术特点及其在炼油装置的应用CompressorControlsCorporation(CCC)美国压缩机控制公司12012CompressorControlsCorporation2交流内容1.CCC公司控制技术特点2.可用性与可靠性4.CCC的工程实践3.并联负荷分配优化控制5.压缩机性能咨询(CPA)6.CCC公司5系列控制系统FCC机组优化节能系统2012CompressorControlsCorporation1.CCC公司控制技术特点32012CompressorControlsCorporation4Machinery机组Process工艺Controls控制系统CCCTurbomachineryControlsCCC机组控制技术2012CompressorControlsCorporation5流量压力最小转速最大转速线功率极限工艺过程极限操作的稳定区增加控制裕度实际的可操作区CCC控制技术-限制控制2012CompressorControlsCorporation扩大了操作范围•一般的控制•CCC的控制6运行点极限运行点设定点基本因素-先进的算法-解耦控制-高速的硬件极限设定点2012CompressorControlsCorporation喘振现象7Qs,volPd压缩机停车点，无压力，无流量ABCD让我们用一个离心式空气压缩机向一密闭容器内供气的模型来解释喘振是如何形成的2012CompressorControlsCorporation导致出现喘振的因素•开车•停车•在低负荷下操作•在高负荷下运行出现下述工况:–紧急停车–动力降低–操作人员失误–工艺扰动–负荷变化–气体成份变化–冷却器故障–过滤器故障–驱动故障•喘振不仅仅出现在低负荷操作工况下，而是在各种工况下都可能出现。2012CompressorControlsCorporation如何避免喘振•增快反应速度–变送器–阀–控制器–系统体积用专门设计的控制技术–自动开环–解耦控制–可调喘振控制线–自调整增益控制参数–喘振线确定及喘振试验92012CompressorControlsCorporation压缩机控制所面临的挑战•一个成功的压缩机控制系统应由下列部分组成：–一个能够准确定义操作点及其相应的喘振极限的算法–能够允许数字控制器进行快速及时的模拟控制的控制器执行速率–控制响应能够针对不同的操作工况使用不同的安全裕度–先进的控制方案能够防止回路间相互作用所产生的负面影响–动作迅速，流通能力适宜的防喘振控制阀–去除整个系统内不必要的死区时间和滞后时间102012CompressorControlsCorporation控制算法•典型的压缩机性能曲线图包括：(Qs,Hp),(Qs,Rc),或(Qs,pd)坐标系统,这里:11Qs=能够表示为实际或标准体积流率的入口流量Hp=多变压头Rc=压缩比(pd/ps)pd=压缩机出口压头ps=压缩机入口压头ks=等熵压缩指数•这些定义的性能曲线图用于一组特定的入口条件:ps,Ts,MW及ks2012CompressorControlsCorporation控制算法•通常情况下，使用由OEM厂家所提供压缩机性能曲线图的坐标系统所存在的问题是这些坐标系统与入口条件有关，如下所示：122012CompressorControlsCorporation控制算法•那么，喘振极限就会变成一个曲面，而不是一条曲线13•为了实现控制目标，对于几何结构不变的压缩机，我们希望喘振线（SLL）由单一的曲线来表示2012CompressorControlsCorporation控制算法•产生全新的控制算法的过程:–审查实际需要–开发一个数学模型–通过计算机建模对控制算法进行模拟仿真–将此控制算法应用到现场142012CompressorControlsCorporation控制算法15表述压缩机操作特征的基本变量Hp=f0(Q,w,m,r,a,d,a)J=f1(Q,w,m,r,a,d,a)这里:•Hp=多变压头•J=功率•Q=体积流率·w=转速·m=粘度·r=密度•a=本地音速•d=特征长度变量·a=入口导叶角度•下述变量用于设计及对压缩机的特征进行表述•通过参数分析（或归纳），我们分离出两组无关的坐标系参数分析或归纳第1组hrqrNeajrRe无关坐标系第2组RcqrNeajrRe这里:•hr=简化的压头•qr=简化的流量•Ne=线性化的转速·a=导叶角度•jr=简化的功率•Re=雷诺数•Rc=压比2012CompressorControlsCorporation控制算法•无关坐标系(hr,qr2)16相关联的坐标系(Hp,Qs)这里:•Hp=多变压头•Qs=入口体积流量•hr=简化的压头•qr2=简化的流量的平方2012CompressorControlsCorporation控制算法17相关坐标系(Rc,Qs)这里:•Rc=压头•Qs=入口体积流量•qr2=简化的流量的平方无关坐标系(Rc,qr2)2012CompressorControlsCorporation控制算法无关坐标系15002000250030003500400045005000510152025303540ActualSurgePlotVol.InletFlow-ACFM[ACMH]Dis.PressurePsig111111222222333333444444555555666666-.4-.20.2.4.6.811.21.4-.4-.20.2.4.6.811.2SurgePoints-ModefA65ReducedFlow[none]ReducedHead111111222222333333444444555555666666Curve1:MW=4.62;Ps=6.033kg/cm2aCurve2:MW=5.90;Ps=6.800kg/cm2aCurve3:MW=7.90;Ps=14.900kg/cm2aCurve4:MW=8.20;Ps=6.800kg/cm2aCurve5:MW=9.70;Ps=14.900kg/cm2aCurve6:MW=10.8;Ps=14.900kg/cm2a循环氢压缩机相关坐标系2012CompressorControlsCorporation这里:Zs,d=压缩机入口，出口压缩因子Zavg=平均压缩因子=Ts=入口温度Rc=压缩比=Pd=出口压力Ps=入口压力R=-气体常数MW=分子量Ru–通用气体常数无关坐标系Cp=等压指数Cv=等容指数hp=多变效率ZsZd+2PdPs多变压头和质量流量的平方公式如下：ss1-=cR×savgRTZHpPPossQs2=D×ssRTZRuMWsh=-kkp1CpCvk=等熵指数=2012CompressorControlsCorporation无关坐标系每个公式内去掉因子A:A=ssRTZQsA=.=q2s,redDPosPs2ssRTZssRTZHpA=Rcs-1s=hp,red.avgsRTZssRTZ根据经验,我们知道Zavg/Zs比率变化可以忽略不计。假设此比率在压缩机操作范围内为恒定常数：=q2DPosPss,redh=Rcs-1sp,red建立喘振线21•喘振参数可以被定义位如下:Sfqsrrop=12(h),•喘振线各点即可用涵数f1(hr)对应的值qr2计算hrqr,SLL2•喘振线上的各点(如右图)可用至原点的斜率来表示.采用实测方式得到.qr2hrMajorChallenges2012CompressorControlsCorporation喘振参数Ss22qr2hrqr,op2•由函数f1我们可以得出输入hr对应的qr2hrqr,SLL2•结果为:Ss=qr,op2qr,SLL2OPOP=操作点•Ss1稳定的操作区域Ss1•Ss=1喘振线(SLL)•Ss1喘振区域Ss1MajorChallenges2012CompressorControlsCorporation引入操作点至喘振控制线之间的距离23•第一步:引入参数d:d=1-Ssqr2hrSs1Ss1Ss=1d=0d0d0•第二步:引入参数DEV(偏差值):DEV=d-喘振控制裕量DEV=0SurgemarginDEV0DEV0•参数DEV与压缩机的尺寸无关,但对所有压缩机描述都是相同的运行点优点:在全厂内一个标准的无量纲的喘振参数，操作人员很容易理解:DEV0好DEV=0在控制线上DEV0不好MajorChallenges2012CompressorControlsCorporation简化喘振参数采用Rc替代hr2012CompressorControlsCorporation24•用压缩比Rc代替简化多变压头同样可以获得与入口条件无关的坐标系•喘振接近变量Ss变成Ss=f1(Rc)qr,op2这里由函数f1我们可以得出输入Rc对应的qr2•这种算法避免了使用Td和Ts变送器重要提示:CCC仍然强烈建议安装Td和Ts变送器以及转速N用于监视目的。MajorChallenges2012CompressorControlsCorporation控制器执行速率25模拟式控制器SLLSCL100%0%控制器输出100%0%•优秀的工程承包商，会对控制器执行速率对压缩机的防喘振能力的影响进行评估•建立压缩机的动态仿真•在动态仿真层面上对数字式控制器与模拟式控制器进行对比•模拟式控制器无执行周期，响应迅速•精确整定的模拟式控制器，使超调量达到最小•使数字式控制器获得同样的整定参数•使数字式控制器获得同样的扰动操作点时间时间2012CompressorControlsCorporation控制器执行速率26模拟式控制器SLLSCL100%0%控制器输出100%0%操作点SLLSCL100%0%控制器输出100%0%操作点数字式控制器(每秒两个执行周期)时间时间时间时间与模拟式控制器的整定相同模拟式控制器vs每秒两个执行周期的数字式控制器2012CompressorControlsCorporation执行周期27模拟式控制器SLLSCL100%0%控制器输出100%0%操作点SLLSCL100%0%控制器输出100%0%操作点CCC防喘振控制器(每秒25个执行周期)时间时间时间时间与模拟式控制器的整定相同模拟式控制器vs每秒25个执行周期的数字式控制器2012CompressorControlsCorporation•当操作点越过喘振控制线SCL时,PI控制将打开回流阀•对于较小的扰动，PI控制将能够提供足够的保护•PI控制在稳态回流操作工况下，将能够提供稳定的控制•缓慢的扰动实例28ARcBSLL=喘振线SCL=喘振控制线qr2控制响应保护#1:喘振控制线(SCL)控制响应2012CompressorControlsCorporation增强PI控制器控制的有效性29ARcB•当操作点快速向SCL移动时,自适应的增益将SCL向操作点方向移动•此项功能将使PI控制器尽早做出响应•其结果是可以获得一个较小的稳态喘振控制裕度，而不会牺牲过程的稳定性•快速扰动实例qr2控制响应控制响应保护#2–自适应增益2012CompressorControlsCorporation控制响应30Rcqr2SLL=喘振线RTL=阶梯响应线（RecycleTrip®）SCL=喘振控制线回流阀的输出Time阶梯响应（RecycleTrip®）PI控制响应•控制器总的响应是PI控制与阶梯响应之和PI控制阶梯响应（RecycleTrip®）+到防喘振控制阀总的响应保护#2:阶梯响应（RecycleTrip®）2012CompressorControlsCorporation防喘振控制器操作31SCL=喘振控制线•如果操作点越过了安全线（SafetyOn®），则压缩机进入喘振状态Rcqr2SLL=喘振线RTL线=阶梯响应线(RTL）•安全响应（SafetyOn®）将SCL和RTL右移NewS