氧氣壓縮機組的控制方案

張鵬

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

氧氣壓縮機組的控制方案

張鵬

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

論文主要介紹了氧氣壓縮機組的復雜控制方案，著重闡述了機組防喘振控制、性能調節及入口導葉自動控制功能。

氧氣壓縮機組；防喘振控制；性能調節；入口導葉

0 引言

近兩年來，隨著壓縮機設計和自動化控制水平的不斷提高，以產品技術過關為立足點，本著為用戶著想的思想，我廠開發了新型氧氣壓縮機組控制方案，并得到越來越廣泛的應用。

1 控制方案闡述

壓縮機組的集成控制系統，用于機組參數的檢測、控制和顯示，壓縮機的防喘振控制、機組性能調節控制、機組的安全聯鎖保護。

氧氣壓縮機組機型一般為：2MCL454+3MCL406，汽輪機拖動兩個壓縮機缸體運行，其中低壓缸2MCL454為水平剖分結構2段壓縮，入口帶有導葉配合性能調節用，高壓缸3MCL406為水平剖分3段壓縮，氧氣經過低壓缸的兩段壓縮再經低壓缸出口進高壓缸一段入口，再經過高壓缸三段壓縮經高壓缸出口進入用戶工藝流程。

氧氣壓縮機組的控制難點：①機組防喘振控制；②機組性能調節；③入口導葉自動控制。

1.1防喘振控制難點

當用戶管網阻力增大到某值時，壓縮機流量下降很快，當下降到一定程度時，就會出現整個壓縮機管網的氣流周期性的振蕩現象，壓力和流量發生脈動，同時發出異常噪聲，即發生喘振，整個壓縮機組受到嚴重破壞，因此壓縮機嚴禁在喘振區運行。為了防止喘振發生，本壓縮機組設有防喘振控制回路。防喘振控制就是：無論壓縮機的壓縮比是多少，必須保證壓縮機的吸入流量比喘振流量大，只有這樣，才能保證壓縮機穩定地工作。本機組防喘振控制采用了壓比（Pd/Ps）～h/Ps的計算方法，通過坐標轉換，包容了分子量、流量、進口壓力、進口溫度、出口壓力、出口溫度的變化影響，控制模型更加靠近喘振線，從而保證壓縮機組最大的工作區域［1］。

（1）防喘振控制：圖中SCL把壓縮機工作面積（范圍）劃分成兩部分，見圖1。第一部分位于SCL的右側，我們把它稱為“安全區”；第二部分在SLL和SCL之間，我們把它稱為“循環區”。當壓縮機在安全區工作時，循環閥保持完全關閉，當工作點達到SCL，循環閥必須打開。

圖1　喘振區域圖Fig.1 Surge area chart

注意：SLL為喘振線，SCL為防喘振線，控制器也在喘振線與防喘振線之間設置一條快開線，當工作點處于快開線時，應迅速打開防喘振閥。

（2）控制系統防喘振控制應具備以下特點：①一旦發生喘振，將自動校正安全區域，且此安全區域可人工干預或確認；②當工況點以大于規定的速率越過喘振控制線時，則自動打開防喘振閥；③防喘振閥快開和慢關；④配有手操器功能，用于調節、試驗、和排除故障；⑤輸出接點控制防喘振調節閥的電磁閥，在發生劇烈喘振或機組聯鎖時，直接打開防喘振閥。

1.2性能調節

機組的性能調節是指通過調節轉速或入口導葉、入口閥門使機組參數滿足工藝流程的要求。本機組性能調節采用調節轉速及導葉。

開車前的準備狀態（此處僅闡述各閥門及導葉的狀態）：①入口導葉處于微開狀態（為保證機組低負荷運轉）；②機組防喘振閥、放空閥為全開狀態。

開車時，機組整機性能調節以汽輪機轉速調節為主，入口導葉調節為輔。同時，為了便于工藝人員根據流程要求隨時調節其開度，入口導葉及入口閥門應處于手動狀態，控制系統執行半自動程序，逐漸升速，使機組轉速達到目標轉速。同時也要逐漸增大入口導葉開度，直到全開，完成開車過程［2］。

機組正常運行后，性能調節以入口導葉調節為主，轉速調節為輔。這里，低壓缸入口導葉由低壓缸入口壓力信號經PID調節后輸出的信號控制，汽輪機轉速控制由低壓缸入口壓力信號經PID調節后輸出的信號控制轉速。

當低壓缸入口壓力高于設定值時，入口導葉自動跟蹤，當入口導葉開度達到全開，氧壓機輸出壓力仍舊不能滿足設定值要求時，控制系統或調速器應以無擾動切換方式投入轉速調節，此時，應先保證入口導葉處于全開狀態，轉速到氧壓機的性能要求后，在此轉速狀態下穩定運行。

1.3入口導葉自動跟蹤控制

入口導葉應具備手動、自動控制功能，并做、入口導葉開啟、關閉卡位現象自動跟蹤保護控制。

入口導葉位置反饋信號自動跟蹤輸出信號，反饋信號與設計值進行比較，超過給定極限值報警，并重新進行導葉調節直到一致。

1.4事故停車

當出現事故停車信號時，進行以下操作：①防喘振電磁閥失電閥門全開；②氧氣入口電磁閥失電閥門全關；③氧氣出口電磁閥失電閥門全開；④混合氣放空電磁閥失電閥門全開；⑤氧氣排出電磁閥失電閥門全關；⑥缸間回流電磁閥失電閥門全開；⑦汽輪機停機電磁閥失電閥門全關。

2 結束語

氧氣壓縮機組控制方案設計安全等級要求高，但在各相關部門的積極配合下，經過反復攻關、不懈的努力，終于制定出一套完整的控制方案。從上述關于氧氣壓縮機組控制方案的論述可以看出，該控制方案解決了氧氣壓縮機組運行過程中過程中控制復雜的技術難題，能夠滿足實際控制的要求。該方案已經在多個項目中得到實際應用。

［1］趙豐.離心壓縮機防喘振控制系統研究［D］.大連理工大學，2006.

［2］王傳鑫.離心壓縮機綜合控制方法研究［D］.大連理工大學，2007.

The Control Scheme of Oxygen Compressor

ZHANG Peng
（Shenyang Blower Group Co.，Ltd．，Shenyang Liaoning 110869，China）

This article mainly introduced the complex control scheme of the oxygen compressor，emphatically expounds the units anti surge control，performance tuning and inlet guide vane automatic control function.

oxygen compressor；anti-surge control；performance tuning；inlet guide vanes

TH-39

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.02.039

1002-6673（2015）02-102-02

2015-01-07

張鵬（1975-），女，遼寧沈陽人，高級工程師。主要從事壓縮機組及流程控制系統設計。