論文導讀：渭化集團公司甲醇及二甲醚裝置中的空壓機組由蒸汽透平驅動。帶動空壓機和增壓機兩臺壓縮機。本文則著重介紹TS3000系統在壓縮機防喘振控制中的應用。如果系統檢測到工作點越過喘振線。這一設定點跟蹤的功能就是為了在惡劣工況下。
關鍵詞：空壓機，增壓機，防喘振控制，功能，工作點

　　渭化集團公司甲醇及二甲醚裝置中的空壓機組由蒸汽透平驅動，帶動空壓機和增壓機兩臺壓縮機，這臺機組采用美國TRICONNEX公司的ITCC(Integrated TurbinCompressor Control)產品——TS3000控制系統，來對機組進行全方位的監視及控制，比如工藝參數的監視、壓縮機軸承狀況的監測、透平轉速的控制、壓縮機防喘振的控制及機組安全聯鎖控制等。本文則著重介紹TS3000系統在壓縮機防喘振控制中的應用。
　　1. TRICONNEX防喘振控制系統的主要功能
　　防喘振控制集成在具有特殊控制技術的TS3000控制系統TRICON控制器內部，它能夠實現多種控制功能，從而保證防喘振閥能夠及時打開，并且控制器的掃描周期短（200ms以下），運算速度很快，能夠高效處理復雜的運算，理想地實現防喘振控制。它的主要控制功能如下：
　　1.1 控制線
　　控制線即防喘振線，是由不同工況下的控制點連接起來而形成的一條線。控制點則是由喘振點加一定的安全裕度得到的，如下式：
　　控制點（%） = 當前喘振點 + 安全裕度
　　其中安全裕度由偏置和比例兩部分組成，在本機組中偏置設為10，比例設為0，那么：安全裕度 = 10% ，由此得出：
　　控制點（%） = 當前喘振點 + 10%
　　如圖1所示：每個喘振點的橫坐標加量程的10%就形成控制點的橫坐標，控制點的縱坐標與喘振點縱坐標相同。
　　1.2 控制線移位（安全裕度重校）
　　如果系統檢測到工作點越過喘振線，表示喘振已經發生，喘振控制線將被自動右移一個校準量，即增加安全裕度。系統可設置每次增加的校準量為一個固定值或一個比例值，本機組設每次增加的校準量為一個固定值2%。本機組設重校發生的最多次數為10次，超過10次后，安全裕度將不再增加。
　　例如，系統檢測到第1次喘振，控制線會右移2%，安全裕度就會由原來的10%增加到12%；如果檢測到第5次喘振，控制線會發生第5次右移，總移動量為2%×5=10%，安全裕度會變為20%。
　　如何檢測喘振呢？當工作點越過喘振線1%時，系統認為喘振發生，當工作點回到喘振線右側1%處時，系統認為脫離喘振。
　　當查明喘振原因并消除使喘振發生的因素后，在操作畫面上可以將校準次數和校準增量復位為零，使安全裕度重新回到原始的喘振控制線位置。
　　
　　1.3 PI控制
　　最基本的防喘振控制采用PI控制（比例積分控制），它將所測得的實際值與設定值進行比較后，進入比例積分控制過程。若實際值＞設定值（工作點位于設定點右側），調節器輸出為高（100%），防喘振閥保持關閉，當實際值＝設定值時（工作點與設定點重合），閥門準備打開，實際值＜設定值時（工作點位于設定點左側），閥門打開，偏差越大，閥門開度越大。
　　1.4 設定點跟蹤
　　在這個防喘振控制器中，設定點不是一個固定點，也不是防喘振控制點，而是根據不同的工況有所變化的。當壓縮機的工作點在喘振控制線右方（安全區域）時，防喘振控制器的設定點位于實際工作點的左側，并與實際工作點保持一定的跟蹤距離，本機組的設定點是以5％的距離跟蹤實際工作點。
　　工作點移動，設定點會跟著移動。設定點向右側安全區的跟蹤是及時的，但向左側移動時，會有一個移動速率限制，本機組設置為2％。也就是說，當工作點左移時，設定點不會馬上左移，而是以2％的速率向左移動，最終與工作點保持5％的距離，而且設定點不會越過喘振控制線，即設定點最小值為喘振控制點。
　　當工作點小幅但快速向喘振區方向移動，并越過跟蹤區間5％時，防喘振控制器將立即打開防喘振閥。這一設定點跟蹤的功能就是為了在惡劣工況下，比如遇到后續工段突然大量減負荷，壓縮機出口流量驟減時，起到提前控制的作用，使工作點不會進入喘振區。
　　1.5 非對稱響應（閥門快開慢關）
　　防喘振調節閥的過快關閉容易使壓縮機進入喘振，為了消除這種不希望的操作工況，控制器中有一個閥門關閉速率限制器，本機組的速率設為5％，當需要關閉閥門時，只能最快以5％/秒的速率來關小閥門，在開閥時則沒有這一限制，這樣就能使防喘振閥達到快開慢關的目的。論文發表，工作點。
　　1.6 純比例控制
　　系統有一個純比例控制，獨立于正常PI作用，可強制打開防喘振閥。如果由于工藝過程出現紊亂，工作點移到控制線左方，而正常的PI整定無法提供足夠快的響應時，純比例控制將起作用。該控制是在工作點進入控制線左方一段距離時（本機組為進入安全裕度的70%處，圖中陰影部分）開始起作用，打開閥門；當工作點到達喘振線時，使防喘振閥全開。開閥的信號正比于工作裕度的瞬間值與其初始值之差。論文發表，工作點。該比例項通過信號選擇器來起作用，也就是說，最終到防喘振閥的輸出信號為純比例控制輸出和防喘振控制輸出中的最高值。
　　1.7 手動控制
　　有兩種可選的手動控制：第1種為全手動控制，它允許忽略喘振控制器的作用而關閉防喘振閥。這種方法在起步和測試階段很有用，但不能作為正常操作。如果系統被置于全手動操作，喘振控制器將無法開閥來避免喘振，只能通過改變手動操作值來操作。第2種為限權手動控制（部分手動），至閥門的最終輸出是由手動操作值與防喘振控制器的輸出值進行高選后得出，即哪個使閥開得大就取哪個信號。
　　在手動控制時，若要開閥，會直接將最終輸出值置為手動操作值，但若要關閥，輸出值會以一定的斜率（5%/s）變化至手動操作值，即在手動狀態下也要實現閥門的快開慢關。在全手動時，防喘振控制的輸出會跟蹤最終輸出值（因為最終輸出值不一定等于防喘振控制輸出值），以便實現手/自動無擾動切換。當由手動切至自動時，最終輸出值會以5%/s的速率變化至防喘振控制輸出值。
　　1.8 溫度、壓力補償
　　Tricon控制系統不僅對壓縮機出、入口流量進行溫壓補償，還對壓縮機本身的運行參數相對于設計參數進行溫度和壓力補償,這一功能在下面章節中的工作點計算式中有體現。
　　2 空壓機的防喘振控制
　　空壓機為陜西鼓風機廠生產的RIK100大型內冷式離心壓縮機。論文發表，工作點。喘振檢測元件為壓縮機喉部差壓變送器，機組喘振特性是在現場進行逼喘實驗得到的，是喉部差壓與出、入口壓力的一組數據。
　　按照Triconex的防喘振算法，首先根據實測得到的喘振點數據，換算成控制系統的喘振點，繪制喘振線。然后在繪制出喘振線的基礎上，選擇合適的工作點計算方法，根據壓比測量值，計算出工作點、喘振點和安全區（喘振控制線），再由內置的防喘振控制器進行喘振檢測、設定點跟蹤、實現喘振控制線校準、純比例控制、喘振閥快開慢關控制、手/自動切換等功能，最終由高選器對壓縮機防喘振控制輸出與來自空分裝置DCS的遠程手動控制信號進行高選，再由高選結果控制防喘振放空閥。
　　空壓機工作點的計算：
　　橫坐標為壓縮機的流量指標，其計算公式為：
　　
　　 Hpct 入口喉部差壓
　　 Ps 壓縮機入口壓力
　　 P 將表壓轉換為絕壓的修正值
　　 Psb 壓縮機基準壓力(壓縮機計算數據表)
　　縱坐標為壓縮機的壓縮比，即出口壓力與入口壓力之比，其表達式為：
　　
　　 Pd 壓縮機出口壓力
　　 Ps 壓縮機入口壓力
　　由此可見，空壓機的工作點與壓縮機出口壓力、入口壓力和入口喉差有關系。論文發表，工作點。
　　
　　3 增壓機的防喘振控制
　　增壓機為陜西鼓風機廠生產的RZ45型3段式離心壓縮機。第1、2段設有1級防喘振控制，第3段也設有1級防喘振控制。第1、2段防喘振流量檢測元件為增壓機進氣流量變送器，第3段防喘振流量檢測元件為增壓機3段排氣流量變送器（在出口換熱器之后）。根據機組廠家提供的機組特性曲線，換算出控制系統的喘振點，繪制喘振線。
　　增壓機1、2段工作點的計算
　　橫坐標：
　　縱坐標：
　　 Hpct 流經孔板處的差壓
　　 Psb 壓縮機基準絕壓(壓縮機計算數據表)
　　 Ps 壓縮機入口壓力
　　 P 將表壓轉換為絕壓的修正值
　　 Pd 壓縮機出口壓力
　　由此看出，增壓機1、2段的工作點與壓縮機出口壓力、入口壓力和入口流量都有關。論文發表，工作點。
　　增壓機3段工作點的計算
　　橫坐標：
　　縱坐標：
　　 Hpct 流經孔板處的差壓
　　 Psb 壓縮機基準絕壓(壓縮機計算數據表)
　　 Ps 壓縮機入口壓力
Ps-abs-cor 將表壓轉換為絕壓的修正值
　　 Pf-abs-cor 將孔板處表壓轉換為絕壓的修正值
　　 Pfo 流經孔板處的壓力
　　 Pfob 孔板基準絕壓(孔板計算數據表)
　　 Pd 壓縮機出口壓力
　　 Tfo 流經孔板處測得的溫度
　　 Tfob 孔板基準溫度(孔板計算數據表)
　　 Ts 壓縮機入口溫度
　　 Tsb 壓縮機基準溫度(壓縮機計算數據表)
　　 T-abs-cor 轉換為絕對溫度的修正值
　　由上述公式可看出，增壓機3段的工作點除了與壓縮機3段的出口壓力、入口壓力和出口流量有關外，還與3段出口溫度、孔板處的溫度和壓力有關，其目的是對工作點的橫坐標進行壓縮機入口壓力、溫度和流量測量的壓力、溫度的補償。
　　由此看來，在正常運行期間如果要處理這些測點的故障，一定要采取相應的保險措施，比如將控制器置“全手動”，來防止防喘振閥誤打開，避免降負荷或停車。
　　4 實例分析
　　我們可以分析下面的幾個實例，以便更好地理解上面介紹的內容：
　　例1：
　　3段入口溫度TI-7621突然升高至150℃，幾分鐘后又下降，在下降過程中，3段防喘振閥突然打開。此現象是由熱電阻故障引起的，在更換熱電阻后重新接線時，防喘振閥不時地打開。
　　分析：當入口溫度升高時，工作點右移，溫度下降時，工作點左移，由于溫度下降速度過快，工作點左移的速度也快，這時設定點不會快速左移，而是以2%/s的速度左移，致使工作點跑到設定點的左側，使防喘振閥打開。
　　例2：
　　增壓機一段入口壓力PT-7611取壓根部閥突然斷裂，壓力指示為0，工作點移至坐標的右上側。從另一取壓口接導壓管至PT-7611變送器，在投表過程中，防喘振閥突然打開。
　　分析：當入口壓力為0后，由計算公式得出工作點的橫坐標變大，縱坐標也變大，工作點就移到了坐標的右上部。當此壓力突然投入，即由0突然增大至運行壓力，工作點橫、縱坐標會快速減小，工作點迅速左移，這時由于設定點不能及時跟蹤，從而使工作點到了設定點的左側，防喘振閥就會打開。
　　例3：
　　增壓機一段入口流量突然為0，防喘振閥全開。此現象是由于流量檢測元件威力巴突然斷裂造成。
　　分析：流量突然為0，則工作點很快越過控制線及喘振線進入喘振區域，所以防喘振閥快速全開。論文發表，工作點。
　　5 總結
　　本文介紹了作者在渭化機組防喘振控制應用中的一些理解和體會，用于同行們借鑒，更希望能拋磚引玉，得到同行們的指正。 TS3000系統的防喘振功能還有很多，在不同的應用場合選用不同的功能，可以達到最優化的控制目的，這就需要在很多方面更深入地學習，在實踐中不斷加以摸索和總結。