CCC防喘振控制介绍资料【全】课件

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12012 Compressor Controls Corporation2交流内容交流内容1.CCC公司控制技术特点公司控制技术特点2.可用性与可靠性可用性与可靠性4.CCC的工程实践的工程实践3.并联负荷分配优化控制并联负荷分配优化控制5.压缩机性能咨询压缩机性能咨询(CPA)6.CCC公司5系列控制系统FCC机组优化节能系统2012 Compressor Controls Corporation1.CCC公司控制技术特点32012 Compressor Controls Corporation4Machinery机组Process工艺Controls控制系统CCCCCC Turbomachinery Turbomachinery ControlsControlsCCCCCC机组控制技术机组控制技术机组控制技术机组控制技术2012 Compressor Controls Corporation5流量流量压力压力最小转速最小转速最大转速线最大转速线功率极限功率极限工艺过程极限工艺过程极限操作的稳定区操作的稳定区操作的稳定区操作的稳定区增加控制裕度增加控制裕度实际的实际的可操作区可操作区CCC控制技术-限制控制2012 Compressor Controls Corporation扩大了操作范围一般的控制CCC的控制6运行点运行点极限极限运行点运行点设定点设定点基本因素基本因素-先进的算法先进的算法-解耦控制解耦控制-高速的硬件高速的硬件极限极限设定点设定点2012 Compressor Controls Corporation喘振现象7Qs,volPd压缩机停车点，无压力，无流量压缩机停车点，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向一密闭容器内供气的模型来解释喘振是如何形成的喘振是如何形成的2012 Compressor Controls Corporation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。2012 Compressor Controls Corporation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92012 Compressor Controls Corporation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102012 Compressor Controls Corporation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能够表示为实际或标准体积流率的入口流量Hp=多变压头多变压头Rc=压缩比压缩比(pd/ps)pd=压缩机出口压头压缩机出口压头ps=压缩机入口压头压缩机入口压头ks=等熵压缩指数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 及及 ks2012 Compressor Controls Corporation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：122012 Compressor Controls Corporation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（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由单一的曲线来表示2012 Compressor Controls Corporation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142012 Compressor Controls Corporation控制算法15表述压缩机操作特征的基本变量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)这里这里:Hp=多变压头多变压头J=功率功率Q=体积流率体积流率w=转速转速m=粘度粘度r=密度密度a=本地音速本地音速d=特征长度变量特征长度变量a=入口导叶角度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参数分析或归纳第第1组组hrqrNeajrRe无关坐标系无关坐标系第第2组组RcqrNeajrRe这里这里:hr=简化的压头简化的压头qr=简化的流量简化的流量Ne=线性化的转速线性化的转速a=导叶角度导叶角度jr=简化的功率简化的功率Re=雷诺数雷诺数Rc=压比压比2012 Compressor Controls Corporation控制算法无关坐标系(hr,qr2)16相关联的坐标系相关联的坐标系(Hp,Qs)这里这里:Hp=多变压头多变压头Qs=入口体积流量入口体积流量hr=简化的压头简化的压头qr2=简化的流量的平方简化的流量的平方2012 Compressor Controls Corporation控制算法17相关坐标系相关坐标系(Rc,Qs)这里这里:Rc=压头压头Qs=入口体积流量入口体积流量qr2=简化的流量的平方简化的流量的平方无关坐标系无关坐标系(Rc,qr2)2012 Compressor Controls Corporation控制算法无关坐标系无关坐标系Curve1: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循环氢压缩机循环氢压缩机相关坐标系相关坐标系2012 Compressor Controls Corporation这里这里:Zs,d=压缩机入口，出口压缩因子压缩机入口，出口压缩因子Zavg=平均压缩因子平均压缩因子=Ts=入口温度入口温度Rc=压缩比压缩比=Pd=出口压力出口压力Ps=入口压力入口压力 R=-气体常数气体常数 MW=分子量分子量Ru 通用气体常数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+2 PdPs多变压头和质量流量的多变压头和质量流量的平方公式如下：平方公式如下：s ss s1-=cR savgR TZHpPPossQs2=D D ssR TZ RuMWs sh h=-kkp1 CpCvk=等熵指数等熵指数=2012 Compressor Controls Corporation无关坐标系每个公式内去掉因子A:A=ssR TZQsA=.=q2s,redD DPosPs2ssR TZssR TZHpA=Rcs-1s=hp,red.avgsR TZssR TZ根据经验根据经验,我们知道我们知道 Zavg/Zs 比率变化可以忽略不计。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：假设此比率在压缩机操作范围内为恒定常数：=q2D DPosPss,redh=Rcs-1sp,red建立喘振线21喘振参数可以被定义喘振参数可以被定义位如下位如下:Sfqsrr op=12(h),喘振线各点即可用涵数喘振线各点即可用涵数f1(hr)对应的值对应的值 qr2 计算计算hrqr,SLL2喘振线上的各点喘振线上的各点(如右图如右图)可用至原点的斜率来表示可用至原点的斜率来表示.采用实测方式得到采用实测方式得到.qr2hrMajor Challenges2012 Compressor Controls Corporation喘振参数Ss22qr2hrqr,op2由函数由函数 f1 我们可以得出输入我们可以得出输入hr 对应的对应的qr2hrqr,SLL2结果为结果为:Ss=qr,op2qr,SLL2OPOP=操作点操作点Ss 1稳定的操作区域稳定的操作区域Ss 1喘振区域喘振区域Ss 1Major Challenges2012 Compressor Controls Corporation引入操作点至喘振控制线之间的距离23第一步第一步:引入参数引入参数 d:d=1-Ssqr2hrSs 1Ss=1d =0d 0d 0DEV 0好好DEV=0在控制线上在控制线上DEV 0不好不好Major Challenges2012 Compressor Controls Corporation简化喘振参数采用Rc替代hr2012 Compressor Controls Corporation24用压缩比用压缩比Rc 代替简化多变压头同样可以获得与入口条件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无关的坐标系喘振接近变量喘振接近变量 Ss 变成变成Ss=f1(Rc)qr,op2这里由函数这里由函数f1我们可以得出我们可以得出输入输入Rc对应的对应的 qr2这种算法避免了使用这种算法避免了使用Td 和和 Ts 变送器变送器 重要提示重要提示:CCC 仍然强烈建议安装仍然强烈建议安装Td 和和 Ts 变送器变送器 以及以及转速转速N 用于监视目的。用于监视目的。Major Challenges2012 Compressor Controls Corporation控制器执行速率25模拟式控制器模拟式控制器SLLSCL100%0%控制器输出控制器输出100%0%优秀的工程承包商，会对控制器执行速率优秀的工程承包商，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式控制器进行对比模拟式控制器无执行周期，响应迅速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，使超调量达到精确整定的模拟式控制器，使超调量达到最小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整定参数使数字式控制器获得同样的扰动使数字式控制器获得同样的扰动操作点操作点时间时间时间时间2012 Compressor Controls Corporation控制器执行速率26模拟式控制器模拟式控制器SLLSCL100%0%控制器输出控制器输出100%0%操作点操作点SLLSCL100%0%控制器输出控制器输出100%0%操作点操作点数字式控制器数字式控制器(每秒两个执行周期每秒两个执行周期)时间时间时间时间时间时间时间时间与模拟式控制器的整定相同与模拟式控制器的整定相同模拟式控制器模拟式控制器 vs 每秒两个执行周期的数字式控制器每秒两个执行周期的数字式控制器2012 Compressor Controls Corporation执行周期27模拟式控制器模拟式控制器SLLSCL100%0%控制器输出控制器输出100%0%操作点操作点SLLSCL100%0%控制器输出控制器输出100%0%操作点操作点CCC 防喘振控制器防喘振控制器(每秒每秒25个执行周期个执行周期)时间时间时间时间时间时间时间时间与模拟式控制器的整定相同与模拟式控制器的整定相同模拟式控制器模拟式控制器 vs 每秒每秒25个执行周期的数字式控制器个执行周期的数字式控制器2012 Compressor Controls Corporation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=喘振线喘振线SCL=喘振控制线喘振控制线qr2控制响应保护控制响应保护#1:喘振控制线喘振控制线(SCL)控制响应2012 Compressor Controls Corporation增强PI控制器控制的有效性29ARcB当操作点快速向当操作点快速向SCL移动时移动时,自自适应的增益将适应的增益将SCL向操作点方向向操作点方向移动移动此项功能将使此项功能将使 PI 控制器尽早做出控制器尽早做出响应响应其结果是可以获得一个较小的稳其结果是可以获得一个较小的稳态喘振控制裕度，而不会牺牲过态喘振控制裕度，而不会牺牲过程的稳定性程的稳定性快速扰动实例快速扰动实例qr2控制响应控制响应保护控制响应保护#2 自适应增益自适应增益2012 Compressor Controls Corporation控制响应30Rcqr2SLL=喘振线喘振线RTL=阶梯响应线阶梯响应线（Recycle Trip）SCL=喘振控制线喘振控制线回流阀回流阀的输出的输出Time阶梯响应（阶梯响应（Recycle Trip）PI 控制响应控制响应控制器总的响应是控制器总的响应是 PI 控制与阶梯响应之和控制与阶梯响应之和PI 控制控制阶梯响应阶梯响应（Recycle Trip）+到防喘振控制阀到防喘振控制阀总的响应总的响应保护保护#2:阶梯响应阶梯响应（Recycle Trip）2012 Compressor Controls Corporation防喘振控制器操作31SCL=喘振控制线喘振控制线如果操作点越过了如果操作点越过了安全线（安全线（Safety On），则压缩机进入喘振状态则压缩机进入喘振状态Rcq qr r2 2SLL=喘振线喘振线RTL线线=阶梯响应线阶梯响应线(RTL）安全响应安全响应（Safety On）将将 SCL 和和 RTL 右移右移New SCLNew RTL增加额外的安全或喘振裕度增加额外的安全或喘振裕度额外的喘振保护裕度额外的喘振保护裕度PI 控制和阶梯响应（控制和阶梯响应（Recycle Trip）将将使压缩机稳定在一个新的喘振控制线使压缩机稳定在一个新的喘振控制线 SCL 上上SOL=安全线（安全线（Safety On）保护保护#3:安全响应线安全响应线(SOL)2012 Compressor Controls Corporation控制响应32在一个典型的喘振周期内在一个典型的喘振周期内压力和流量的变化压力和流量的变化100%100%0%0%PdD DPo20 to 50 milli-seconds1 TO 2 SECONDS在现场调试过程中记录喘振特征在现场调试过程中记录喘振特征确定喘振过程中流量和压力的变化率确定喘振过程中流量和压力的变化率组态的喘振临界值比喘振时实际变化率略为组态的喘振临界值比喘振时实际变化率略为保守保守当实际的变化率超过组态的临界值时即确定为喘当实际的变化率超过组态的临界值时即确定为喘振发生振发生可以使用下面的方法进行喘振探测可以使用下面的方法进行喘振探测:流量和压力快速下降流量和压力快速下降流量或压力快速下降流量或压力快速下降流量快速下降流量快速下降压力快速下降压力快速下降当探测到喘振时将触发安全响应当探测到喘振时将触发安全响应当喘振次数达到一个组态的数值时将触发一个数当喘振次数达到一个组态的数值时将触发一个数字量输出字量输出2012 Compressor Controls Corporation332012 Compressor Controls Corporation342012 Compressor Controls Corporation通过变转速进行性能控制35Pdqr2轴功率轴功率qr2NminNOPNmaxPIC-SPARprocessP1PT 1PIC 1工艺过程工艺过程SIC 12012 Compressor Controls Corporation非集成化的性能和防喘振回路36AD DPoPIC-SPRcPsSLLSCLCB我们现在操作在我们现在操作在我们现在操作在我们现在操作在A A点点点点出现一个较大的扰动出现一个较大的扰动出现一个较大的扰动出现一个较大的扰动操作点在性能曲线上变化到操作点在性能曲线上变化到操作点在性能曲线上变化到操作点在性能曲线上变化到B B点点点点性能控制器将通过降低转速性能控制器将通过降低转速性能控制器将通过降低转速性能控制器将通过降低转速,然后降低流量来降低操作点然后降低流量来降低操作点然后降低流量来降低操作点然后降低流量来降低操作点-操作点运行轨迹的切线如图所示操作点运行轨迹的切线如图所示操作点运行轨迹的切线如图所示操作点运行轨迹的切线如图所示这就意味着操作点必须使用这就意味着操作点必须使用这就意味着操作点必须使用这就意味着操作点必须使用一个很大的控制偏置来避免一个很大的控制偏置来避免一个很大的控制偏置来避免一个很大的控制偏置来避免喘振喘振喘振喘振,然后使压缩机稳定下来然后使压缩机稳定下来然后使压缩机稳定下来然后使压缩机稳定下来2012 Compressor Controls Corporation集成化/防喘振和性能控制的解耦37D DPoPIC-SPRcPsSLLSCLACB我们现在操作在我们现在操作在我们现在操作在我们现在操作在A A点点点点出现一个较大的扰动出现一个较大的扰动出现一个较大的扰动出现一个较大的扰动操作点在性能曲线上变化到操作点在性能曲线上变化到操作点在性能曲线上变化到操作点在性能曲线上变化到B B点点点点此时我们对性能控制器的输出进行解耦此时我们对性能控制器的输出进行解耦此时我们对性能控制器的输出进行解耦此时我们对性能控制器的输出进行解耦防喘振控制器告诉性能控制器防喘振控制器告诉性能控制器防喘振控制器告诉性能控制器防喘振控制器告诉性能控制器提高压缩机转速提高压缩机转速提高压缩机转速提高压缩机转速性能控制器的输出正在提性能控制器的输出正在提性能控制器的输出正在提性能控制器的输出正在提高转速和流量高转速和流量高转速和流量高转速和流量,操作点运行操作点运行操作点运行操作点运行轨迹的切线如图所示轨迹的切线如图所示轨迹的切线如图所示轨迹的切线如图所示这种响应在扰动出现时会使这种响应在扰动出现时会使这种响应在扰动出现时会使这种响应在扰动出现时会使控制效果非常平稳控制效果非常平稳控制效果非常平稳控制效果非常平稳,如图所示如图所示如图所示如图所示其结果是防喘振控制器的作用只其结果是防喘振控制器的作用只其结果是防喘振控制器的作用只其结果是防喘振控制器的作用只需要一个非常小的安全裕度需要一个非常小的安全裕度需要一个非常小的安全裕度需要一个非常小的安全裕度,就能就能就能就能达到高效节能的效果达到高效节能的效果达到高效节能的效果达到高效节能的效果2012 Compressor Controls Corporation实例富气压缩机分子量变化的问题381PIC2UIC1UICSG串行串行网络网络串行串行网络网络一段一段二段二段2012 Compressor Controls Corporation回路间相互影响多防喘振回路391PIC2UICRc,2qr,22RRc,1qr,12R扰动扰动R1UICVSDS一段一段二段二段R2012 Compressor Controls Corporation2.可用性与可靠性40系统考量：可用性与可靠性2012 Compressor Controls Corporation硬件和现场设备现场设备导致的故障要远远高于控制器对于故障率计算，控制器方面的考虑和现场设备方面的考虑相比，是微不足道的41传感器传感器 42%最终元件最终元件 50%控制器控制器 8%2012 Compressor Controls Corporation使用故障策略（Fallback）提高压缩机系统的可靠性和可用性42超过超过95%的故障由现场设备而不是控制器造成的的故障由现场设备而不是控制器造成的CCC 控制系统使用故障策略（控制系统使用故障策略（Fallback）来处理这些现场故障来处理这些现场故障控制器连续地监视每个输入的有效性控制器连续地监视每个输入的有效性如果监测到一个输入故障，控制器将会忽略此输入，并自动切换到故障策略如果监测到一个输入故障，控制器将会忽略此输入，并自动切换到故障策略（Fallback）模式模式 优点优点避免不必要的停车避免不必要的停车报警提示操作员严重的故障报警提示操作员严重的故障提高压缩机和过程的可用性提高压缩机和过程的可用性系统考量：可用性与可靠性2012 Compressor Controls Corporation基本的控制系统是否应与安全系统分离?基本的问题是:一致的标准是什么?政府规范是如何规定的?可靠性与可用性方面的技术问题有哪些?哪些是与利润率有关的问题?432012 Compressor Controls Corporation国际上一致的标准IEC61511-111.2.2“在任何实用的情况下,与安全有关的功能应于非相关安全的功能分开”IEC61511-211.2.4(长达三页的描述说明)“一个安全仪表系统(SIS)正常情况下应与基本控制系统(BPCS)分离”442012 Compressor Controls Corporation美国一致的标准ISA84.01B.1.1“BPCS与SIS功能的分离减少了控制与安全功能同时失效的可能性.或影响到SIS功能的降低.因此通常将BPCS与SIS功能分离是必须的ExxonMobil艾克森美孚公司政策是将SIS与BPCS功能分离452012 Compressor Controls Corporation美国标准更明确的改进方向ISA84委员会已经决定向采用IEC61511的方向改进,这是由于IEC61511对控制与安全系统分离的文字上有更明确的文字说明.在2002年5月ISA年会上,委员会成员确认将完全放弃ISA84.01而采用IEC61511的决定被批准.462012 Compressor Controls Corporation紧急停车的风险决大多数事故在启动,停车,或维护阶段发生.系统的紧急停车也会带来风险.一个与安全系统分离的BPCS将降低风险并保证过程仍在可控制之下,而不是简单地将系统进入紧急停车状态.472012 Compressor Controls Corporation全寿命的成本安全与控制组合系统的投资成本较低只是在项目采购的初期阶段:减少了培训减少备件而涡轮机组全寿命的成本主要是能耗-通常超过90%.没有一个能提高运行效率的专用的BPCS,额外所消耗的能耗将大大超过采购初期所节省的费用.482012 Compressor Controls Corporation可用性的因果一个以SIS为基础的系统自然倾向于安全性,因此,将增加系统非必要的停车和误停车的机会和次数.一个BPCS自然倾向于可用性,而增加过程在线运行时间.在一个组合系统中,控制功能必须接受SIS对于安全的倾向性.其结果是:较多的停车和较低的利润.当SIS与BPCS同在一系统时,常使SIS超出它的处理能力,而使SIS不能及时处理紧急事故;最终使SIS不能达到它原本的作用.一个分离式的系统可以将安全与控制功能优化提高安全性和可用性.其结果是:较少的停车较多的利润系统更安全可靠492012 Compressor Controls Corporation50谢谢！谢谢！中场休息中场休息2012 Compressor Controls Corporation3.并联压缩机组负荷分配优化控制用于主、备风机及空压站512012 Compressor Controls Corporation压缩机网络压缩机经常以并联模式操作，有时以串联模式运行压缩机网络的目的包括：压缩机备用压缩机使用灵活增加压缩机能力通常每台压缩机都是控制的，但是却忽略了压缩机网络控制。压缩机制造厂家通常会把注意力放在单台的压缩机上。在此应用中网络优化对于获得最优的喘振保护和网络性能优化至关重要。2012 Compressor Controls Corporation压缩机网络并联压缩机控制目标:精确控制主性能变量(压力或流量)在压缩机网络内优化负荷分配，同时：避免喘振降低能耗降低每台压缩机启停机带来的扰动，实现自动并机、停机2012 Compressor Controls Corporation工艺工艺PIC11UICVSDS压缩机压缩机 12UICVSDS压缩机压缩机 2HIC1入口入口 总管总管调整的调整的压缩机压缩机不调整的不调整的压缩机压缩机提示提示所有控制器所有控制器 独立运行独立运行没有标注变送器没有标注变送器最基本的压缩机负荷分配控制过程流程图2012 Compressor Controls CorporationRc,1qr,12Rc,2qr,22压缩机压缩机 1压缩机压缩机 2PIC-SP调整的压缩机调整的压缩机不调整的压缩机不调整的压缩机QC,2=QP,2QC,1QP,1这里这里:QP=工艺流量工艺流量QC=全部压缩机流量全部压缩机流量QC-QP=回流流量回流流量 QP,1QP,1+QP,2=QP,1+QP,2提示提示:最基本的压缩机负荷分配效率很低最基本的压缩机负荷分配效率很低最基本的压缩机负荷分配增加了压缩机喘振的风险，因为最基本的压缩机负荷分配增加了压缩机喘振的风险，因为1#压缩机承担了全部扰动的风险。压缩机承担了全部扰动的风险。最基本的压缩机负荷分配需要操作人员频繁操作。最基本的压缩机负荷分配需要操作人员频繁操作。不建议使用最基本的压缩机负荷分配不建议使用最基本的压缩机负荷分配最基本的压缩机负荷分配QP,22012 Compressor Controls Corporation工艺工艺PIC11UIC压缩机压缩机 1VSDS压缩机压缩机 2入口入口总管总管提示提示性能控制器与防喘振控制器性能控制器与防喘振控制器独立运行独立运行由于有额外的流量测量元件由于有额外的流量测量元件(FMD)所以需要较高的投资所以需要较高的投资由于通过由于通过FMD会造成永久的会造成永久的压损，所以能耗较高压损，所以能耗较高1FIC2FIC2UICoutoutoutRSPRSPRSPRSPRSPRSPoutoutRSPRSP等流量负荷分配工艺控制流程图VSDS2012 Compressor Controls CorporationRc,1qr,12Rc,2qr,22PIC-SPQP,1QP,2QC,2Equal flowEqual flowQP,1=QP,2等流量负荷分配并联压缩机控制压缩机压缩机 1压缩机压缩机 2这里这里:QP=工艺流量工艺流量QC=全部压缩机流量全部压缩机流量QC-QP=回流流量回流流量 2012 Compressor Controls Corporation提示提示所有控制器响应通过所有控制器响应通过串行网络相互协调串行网络相互协调 在所有操作工况下使在所有操作工况下使回流达到最小回流达到最小工艺工艺1UICVSDS压缩机压缩机 1VSDS压缩机压缩机 2入口入口 总管总管1LSIC2UICoutRSP串行串行 网络网络outRSP2LSIC1MPIC串行串行 网络网络串行串行 网络网络等距负荷分配工艺控制流程图2012 Compressor Controls CorporationPIC-SP0.10.20.3DEV=00.10.20.3DEV1DEV2SCL=喘振控制线喘振控制线Rc,1qr,12Rc,2qr,22压缩机压缩机 1压缩机压缩机 2Dev1=Dev2Q1=Q2N1=N2提示提示:在没有回流或放空的前提下，提高负荷调整范围，达到节能目的。在没有回流或放空的前提下，提高负荷调整范围，达到节能目的。由于所有压缩机均衡地吸收工艺扰动，极大地降低喘振风险由于所有压缩机均衡地吸收工艺扰动，极大地降低喘振风险自动适应不同容量的压缩机自动适应不同容量的压缩机CCC 专利算法专利算法等距负荷分配并联压缩机控制2012 Compressor Controls Corporation工艺工艺1AUICVSDS1段段VSDS1段段入口入口 总管总管ALSICoutoutRSP串行串行 网络网络RSPBLSIC1MPIC串行串行 网络网络串行串行 网络网络2段段2段段2AUIC1BUIC1BUIC串行串行网络网络串行串行 网络网络outout机组机组B机组机组 A如何对多段并联压缩机网络实现喘振控制线等距控制?对负荷分配系统内每台机组选择最靠近喘振控制线的那一段通过选择最靠近喘振控制线的那一段，保证同一机组其它段也没有回流。等距负荷分配用于多段并联压缩机分配负荷所有机组DEV相等在最靠近喘振控制线的压缩机段2012 Compressor Controls Corporation4.CCC的工程实践612012 Compressor Controls CorporationCCC的涡轮机械控制系列提供最优性能的专用硬件实现专用的算法,包含许多专利算法根据您的具体应用需要提供相应的冗余水平当前的硬件平台3+系列5系列Guardian超速保护系统622012 Compressor Controls Corporation专用的硬件及软件确定性的专用功能的硬件最高标准的系统集成能力确保最优的回路执行速率适用于所有涡轮机械的已证实的,高性能的模块针对涡轮机械专用的软件专用的(有专利的)CCC专业知识标准化并现场证实的应用知识可组态的,而不需编程的可互相协作完成的设计/不依赖某单一个人的设计固化的专用控制回路程序,只能对其进行组态提高了系统标准化程度&系统的安全性简化了调试&长期的支持632012 Compressor Controls Corporation快速的控制器执行周期基于分析,模拟仿真及经验,选择了每种应用的最优的执行周期防喘振控制器:20毫秒汽轮机速度控制器:20毫秒阀门伺服控制器:1毫秒控制器是确定性的;例如,控制器的扫描周期是固定的，不受组态引响控制器采样8次,然后计算每一个输出值,这种防止失真的技术过滤了高频干扰,而不失去有用的信号.例如:防喘振控制器每2.5毫秒对所有的输入进行一次采样,每20毫秒对输出进行一次更新642012 Compressor Controls Corporation具针对性的系统工程能力系统工程师对您的工艺过程应用有丰富的经验CCC有优秀的工程师审查您的相关工艺过程和应用并提出改进建议专业化地从事涡轮机械控制及相关的系统设计强调完善的整体系统应用,包括机械,测量和最终控制元件,而不仅仅关心控制器和控制算法使用从上千个项目中提炼出来的方法和工具对每个用户的项目设计出具体项目的文档:详细的文档资料使安装,调试,以及系统故障查询非常容易652012 Compressor Controls CorporationCCC如何开展工作?确定问题由于压缩机问题导致装置停车的次数?压缩机停车的次数?是否打开了回流阀或放空阀?工艺过程是否经常出现扰动,安全阀是否经常启跳?开车/停车是否有困难?是否有设备损坏?是否浪费能量?可能的解决方案管线的重新布置更换传感器,电缆,接地更换阀门,执行机构,转换器实现压缩机/汽轮机控制确定实际的喘振线调整安全给定点的设定CCC能够提供测算投资回报整体的解决方案有保证的运行效果662012 Compressor Controls Corporation系统设计及要求流量测量元件(FMD)选择标准流量测量元件安装位置流量变送器的响应时间确定防喘振控制阀的大小防喘振阀的全行程时间和特性管线布置多段防喘振使用一个回流阀共用冷却器在压缩机入口安装冷却器减少冷却器的影响672012 Compressor Controls Corporation系统设计的要求:流量测量元件(FMD)选择标准在防喘振控制系统中,FMD的主要选择标准是:测量的可重复性足够的信号-噪音比率FMD测量的准确性并不是关键问题必须尽量减少FMD的测量滞后当前的现状限制了选择流量计或基于流速测量法则的测量元件作为防喘振控制器使用的FMD,防喘振控制器使用的FMD有:孔板文丘里皮托管等等.建议FMD和变送器的流量量程是最大压缩机流量.建议与压缩机最大流量对应的差压值应是10”水柱(250mmH2O)或者更大.682012 Compressor Controls Corporation系统设计的要求:过滤差压(流量)变送器的效果我们知道,流量测量对于决定压缩机运行点与喘振控制线(SCL)的距离是必要的过滤差压(流量)变送器将破坏重要的信息69500-5001.252.503.755时间时间(秒秒)流量流量喘振开始喘振开始实际流量实际流量t t=16.0 st t=1.70 st t=0.20 st t=0.03 s过滤差压过滤差压(流量流量)变送器信号将使整个防喘振控制系统失灵变送器信号将使整个防喘振控制系统失灵!2012 Compressor Controls Corporation70 FMD的理想安装位置的理想安装位置:压缩机入口压缩机入口 尽可能靠近压缩机入口法兰尽可能靠近压缩机入口法兰FMD不太理想的安装位置不太理想的安装位置:压缩机出口压缩机出口 应尽可能靠近出口法兰应尽可能靠近出口法兰VSDS压缩机压缩机压缩机出口压缩机出口压缩机入口压缩机入口 距离尽可能小距离尽可能小 距离尽可能小距离尽可能小选择选择FMD的安装位置应基于的安装位置应基于:喘振检测的需要喘振检测的需要出口流量的测量经常是非常困难的出口流量的测量经常是非常困难的购买流量测量元件的资金费用购买流量测量元件的资金费用FMD的操作费用的操作费用(永久的压降永久的压降)系统设计的要求:流量测量元件安装位置2012 Compressor Controls Corporation系统设计的要求:流量变送器的响应时间压缩机进入喘振的速度是非常快的2012 Compressor Controls Corporation71100%0100%0D DPc100%Pd01 SEC.D DPoADADAD在仅仅在仅仅 400 ms内内,D DPO 下降下降14%,而而D DPc下降了下降了2%选择变送器的品牌和类型应基于以下两个主要因素选择变送器的品牌和类型应基于以下两个主要因素:可靠性可靠性响应速度响应速度差压差压(流量流量)变送器的上升响应时间应是变送器的上升响应时间应是200 ms 或更低或更低压力阶跃是压力阶跃是100%一阶响应一阶响应(63%)要小于要小于200 ms时间时间实际压力实际压力变送器变送器输出输出63%响应响应1-(1/e)t t1 低于低于 200 ms压力变送器的上升响应时间应为压力变送器的上升响应时间应为 500 ms 或更低或更低2012 Compressor Controls Corporation系统设计的要求:确定防喘振控制阀的大小确定防喘振控制阀的大小的标准是基于CCC的经验对可能出现的最大的波动也能提供足够的防喘振保护在所有的操作区域内都能提供足够的防喘振保护确定防喘振控制阀的大小时应保证其所提供的最大流量大于稳定操作在防喘振线上所需要的流量确定防喘振控制阀的大小时应防止压缩机进入阻塞区从可控性的角度,防喘振控制阀不宜选择过大72找出最大转速下的性能曲线与喘振线找出最大转速下的性能曲线与喘振线(SLL)的交的交点点 A计算计算A点的流通能力点的流通能力Cv,calc 使用下列方法选择标准的防喘振控制阀的尺寸使用下列方法选择标准的防喘振控制阀的尺寸:1.8.Cv,calc Cv,selected 2.2.Cv,calcRcQvolA2012 Compressor Controls Corporation系统设计的要求:防喘振阀的全行程时间和特性73防喘振控制阀的全行程速度防喘振控制阀的全行程速度防喘振控制阀必须具有能够针对所有的工艺波动进行充分的防喘振保护的响防喘振控制阀必须具有能够针对所有的工艺波动进行充分的防喘振保护的响应速度应速度建议的全行程时间建议的全行程时间:全关到全开时间全关到全开时间 2 秒秒全开到全关时间全开到全关时间 2秒秒全关时间的长短应与全开时间基本一致全关时间的长短应与全开时间基本一致,以保证防喘振控制回路在开关防喘振以保证防喘振控制回路在开关防喘振控制阀时使用相同的增益控制阀时使用相同的增益防喘振控制阀的特性防喘振控制阀的特性通常选择的防喘振控制阀打开通常选择的防喘振控制阀打开80%-90%就能保持设计的工况就能保持设计的工况防喘振控制阀可以在防喘振控制阀可以在0%到到100%之间任意操作之间任意操作为了保证防喘振控制阀在全行程范围内控制回路的增益相同为了保证防喘振控制阀在全行程范围内控制回路的增益相同,防喘振控制阀应防喘振控制阀应该是线性的该是线性的这样将允许很强的回路作用这样将允许很强的回路作用,从而使用较小的喘振控制裕度从而使用较小的喘振控制裕度2012 Compressor Controls Corporation系统设计的要求:防喘振阀的全行程时间和特性74防喘振控制阀的全行程速度防喘振控制阀的全行程速度防喘振控制阀必须具有能够针对所有的工艺波动进行充分的防喘振保护的响防喘振控制阀必须具有能够针对所有的工艺波动进行充分的防喘振保护的响应速度应速度全关时间的长短应与全开时间基本一致全关时间的长短应与全开时间基本一致,以保证防喘振控制回路在开关防喘振以保证防喘振控制回路在开关防喘振控制阀时使用相同的增益控制阀时使用相同的增益防喘振控制阀的特性防喘振控制阀的特性通常选择的防喘振控制阀打开通常选择的防喘振控制阀打开80%-90%就能保持设计的工况就能保持设计的工况防喘振控制阀可以在防喘振控制阀可以在0%到到100%之间任意操作之间任意操作为了保证防喘振控制阀在全行程范围内控制回路的增益相同为了保证防喘振控制阀在全行程范围内控制回路的增益相同,防喘振控制阀应防喘振控制阀应该是线性的该是线性的这样将允许很强的回路作用这样将允许很强的回路作用,从而使用较小的喘振控制裕度从而使用较小的喘振控制裕度2012 Compressor Controls Corporation系统设计的要求:管线布置75管线布置会影响整个防喘振控制系统的控制品质管线布置会影响整个防喘振控制系统的控制品质防喘振控制系统的主要目标是防止压缩机出现喘振防喘振控制系统的主要目标是防止压缩机出现喘振这是通过降低压缩机所受到的阻力来实现的这是通过降低压缩机所受到的阻力来实现的压缩机所受到的阻力是通过打开防喘振控制阀来降低的压缩机所受到的阻力是通过打开防喘振控制阀来降低的应该尽量减少系统内的死区和滞后时间应该尽量减少系统内的死区和滞后时间这是通过尽量缩短三个法兰之间的管线容量来实现的这是通过尽量缩短三个法兰之间的管线容量来实现的压缩机出口法兰压缩机出口法兰回流阀法兰回流阀法兰出口单向阀法兰出口单向阀法兰VSDS压缩机压缩机 1管线容量管线容量尽可能小尽可能小2012 Compressor Controls Corporation系统设计的要求:多段防喘振使用一个回流阀76一段一段二段二段为了保护压缩机的一段为了保护压缩机的一段,需要打开防喘振控制阀需要打开防喘振控制阀压缩机一段出口压缩机一段出口,单向阀和防喘振控制阀之间巨大的管线容量决定了防喘振单向阀和防喘振控制阀之间巨大的管线容量决定了防喘振控制系统的死区和滞后时间控制系统的死区和滞后时间 巨大的巨大的管线容量管线容量巨大的管线容量显著降低了防喘振保护的效果巨大的管线容量显著降低了防喘振保护的效果结果是结果是较差的喘振保护品质较差的喘振保护品质较大的喘振裕度较大的喘振裕度浪费能量浪费能量由于喘振经常导致工艺停车由于喘振经常导致工艺停车说明说明这种特殊的管线布置经常在许多催化裂化这种特殊的管线布置经常在许多催化裂化装置的富气压缩机上见到装置的富气压缩机上见到2012 Compressor Controls Corporation共用一个防喘振控制阀增加了回流的滞后时间系统设计的要求:共用冷却器77一段一段二段二段二段的管线布置对于喘振保护是非常好的二段的管线布置对于喘振保护是非常好的在三个法兰之间有最小的管线容量在三个法兰之间有最小的管线容量较小的较小的管线容量管线容量一段的管线布置是不理想的一段的管线布置是不理想的管线内的较大流量通过冷却器降压管线内的较大流量通过冷却器降压,从而降低了控制系统防止压缩机喘振的能力从而降低了控制系统防止压缩机喘振的能力结果是结果是较差的防喘振保护品质较差的防喘振保护品质较大的喘振裕度较大的喘振裕度浪费能量浪费能量由于喘振经常导致工艺停车由于喘振经常导致工艺停车2012 Compressor Controls Corporation系统设计的要求:在压缩机入口安装冷却器78压缩机压缩机 1压缩机压缩机1的管线布置对于喘振保护是理想的的管线布置对于喘振保护是理想的在三个法兰之间的管线容量最小在三个法兰之间的管线容量最小压缩机压缩机 2最小的最小的管线容量管线容量压缩机压缩机2的管线布置在工业上是经常可以见到的的管线布置在工业上是经常可以见到的冷却器额外增加了管线容量冷却器额外增加了管线容量,从而降低了防喘振控制系统的效果从而降低了防喘振控制系统的效果由于冷却器导由于冷却器导致管线容量增致管线容量增加加如果增加的管线容量没有在系统内产生过度的死区和滞后时间如果增加的管线容量没有在系统内产生过度的死区和滞后时间,那么压缩机那么压缩机2的管线布的管线布置是可以接受的置是可以接受的结果是结果是增加了喘振裕度增加了喘振裕度浪费能量浪费能量2012 Compressor Controls Corporation系统设计的要求:减少冷却器的效果79这两种管线布置对于防喘振控制是很常见的这两种管线布置对于防喘振控制是很常见的二段二段三段三段一段一段工艺过程工艺过程入口入口一段一段二段二段三段三段入口入口工艺过程工艺过程管线布置管线布置#1:压缩机的回流线对于防喘振控制是最优组合压缩机的回流线对于防喘振控制是最优组合管线布置管线布置#2:回流线起点的上游有冷却器的压缩机回流线起点的上游有冷却器的压缩机当选择管线布置当选择管线布置#2时时,要确保气体在要确保气体在“喘振喘振”管线容量内的停留时间不要超过防喘振管线容量内的停留时间不要超过防喘振系统可以接受的滞后时间系统可以接受的滞后时间2012 Compressor Controls Corporation喘振试验OEM提供的预测的喘振线一般与真实的喘振线不一致.为了实现对压缩机喘振的精确控制,喘振试验是必须的.一般压缩机的喘振周期为0.3-3秒.喘振试验一般在自动状态下进行.当控制器探测到轻微或初始喘振,快速的接替(RT)响应迅速将压缩机脱离喘振状态.一般压缩机会出现半个周期的初始喘振.喘振试验不会对压缩机造成破坏.802012 Compressor Controls Corporation喘振试验(续)每台压缩机喘振试验次数一般在3次以上,测试点应当尽可能覆盖预测喘振线上所有可能的操作区域.喘振试验次数越多,描绘的真实的喘振线越准确.实测出压缩机真实的喘振线后,喘振控制的安全裕度最小可以达到10%.812012 Compressor Controls Corporation喘振实验探测到的压缩机轻微初始喘振822012 Compressor Controls Corporation测试轴流式风机喘振线时压缩机出现半个喘振832012 Compressor Controls Corporation实测喘振线与预测喘振线比较(1)842012 Compressor Controls Corporation实测喘振线与预测喘振线比较(2)852012 Compressor Controls Corporation实测喘振线与预测喘振线比较(3)862012 Compressor Controls Corporation5.CCC最新压缩机性能咨询(CPA)87最新功能介绍最新功能介绍2012 Compressor Controls Corporation2009年开发的最新功能年开发的最新功能:CPA是TrainView II的功能选项。TrainView II专用 HMI 软件高速动态压缩机性能曲线关键事件归档远程诊断工具OPC兼容的数据库 带有网络服务功能压缩机性能咨询压缩机性能咨询(CPA)(CPA)2012 Compressor Controls CorporationCPA特征基于OEM或性能测试数据的实时压缩机模型CCC现场服务工程师测试您的压缩机性能曲线以产生具体的压缩机模型TrainView显示压缩机动态性能曲线CPA计算、监视、记录下列压缩机性能参数压缩比Rc功率效率多变压头CPA跟踪压缩机性能参数的偏差基于CPA设定的偏差趋势确定当前存在问题，并预测将来可能出现的问题。用户设定性能偏差报警值892012 Compressor Controls Corporation压缩机性能曲线监视2012 Compressor Controls Corporation902012 Compressor Controls Corporation916.CCC公司5系列控制系统2012 Compressor Controls Corporation5系列家族产品5系列家族产品包括:VanguardTM架装控制系统ReliantTM多变量,多种控制功能控制器VantageTMGP机械驱动用电子调速器用于通用型工业汽轮机VantageTMGD汽轮发电机用电子调速器,用于各类小型汽轮发电机及单抽汽式热电联供机组GuardianTM电子超速保护系统922012 Compressor Controls Corporation开放式结构硬件摩托罗拉PowerPC主处理器CompactPCI(cPCI)机架以太网通讯Profibus远程I/O软件KW1131-3SoftwareOSERTOS实时操作系统WindowsNTPC工具软件93在保证性能的前提下采用开放式和市场上现有的在保证性能的前提下采用开放式和市场上现有的主流硬件和软件主流硬件和软件:2012 Compressor Controls Corporation94 5 5系列采用开放式标准系列采用开放式标准开放式硬件标准开放式硬件标准cPCI 总线结构机架总线结构机架Power PC CPUsProfibus 远程远程(总线总线)I/O开放式软件标准开放式软件标准IEC-61131 编程环境编程环境开放式通讯标准开放式通讯标准10 Base-T/100Base-TX 以太网标准以太网标准(TCP/IP and OPC)RS-485 串行通讯串行通讯(16位位 Modbus RTU)以上这些开放式标准的应用是由于以上这些开放式标准的应用是由于在工控领域里被广泛接受在工控领域里被广泛接受用户友好用户友好/熟悉熟悉容易与其他实现连接容易与其他实现连接多方技术支持多方技术支持2012 Compressor Controls Corporation95Series 5Series 5VanguardTM 控制系统控制系统灵活的硬件组成灵活的硬件组成单系列和冗余单系列和冗余/容错系统构成容错系统构成模块支持热插拔模块支持热插拔cPCI 总线机架总线机架可扩展式可扩展式I/O就地就地I/O采用现场接线单元采用现场接线单元(FTA)连接方式连接方式远程远程I