氧气压缩机组的控制方案

张鹏

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110869）

氧气压缩机组的控制方案

张鹏

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110869）

论文主要介绍了氧气压缩机组的复杂控制方案，着重阐述了机组防喘振控制、性能调节及入口导叶自动控制功能。

氧气压缩机组；防喘振控制；性能调节；入口导叶

0 引言

近两年来，随着压缩机设计和自动化控制水平的不断提高，以产品技术过关为立足点，本着为用户着想的思想，我厂开发了新型氧气压缩机组控制方案，并得到越来越广泛的应用。

1 控制方案阐述

压缩机组的集成控制系统，用于机组参数的检测、控制和显示，压缩机的防喘振控制、机组性能调节控制、机组的安全联锁保护。

氧气压缩机组机型一般为：2MCL454+3MCL406，汽轮机拖动两个压缩机缸体运行，其中低压缸2MCL454为水平剖分结构2段压缩，入口带有导叶配合性能调节用，高压缸3MCL406为水平剖分3段压缩，氧气经过低压缸的两段压缩再经低压缸出口进高压缸一段入口，再经过高压缸三段压缩经高压缸出口进入用户工艺流程。

氧气压缩机组的控制难点：①机组防喘振控制；②机组性能调节；③入口导叶自动控制。

1.1防喘振控制难点

当用户管网阻力增大到某值时，压缩机流量下降很快，当下降到一定程度时，就会出现整个压缩机管网的气流周期性的振荡现象，压力和流量发生脉动，同时发出异常噪声，即发生喘振，整个压缩机组受到严重破坏，因此压缩机严禁在喘振区运行。为了防止喘振发生，本压缩机组设有防喘振控制回路。防喘振控制就是：无论压缩机的压缩比是多少，必须保证压缩机的吸入流量比喘振流量大，只有这样，才能保证压缩机稳定地工作。本机组防喘振控制采用了压比（Pd/Ps）～h/Ps的计算方法，通过坐标转换，包容了分子量、流量、进口压力、进口温度、出口压力、出口温度的变化影响，控制模型更加靠近喘振线，从而保证压缩机组最大的工作区域［1］。

（1）防喘振控制：图中SCL把压缩机工作面积（范围）划分成两部分，见图1。第一部分位于SCL的右侧，我们把它称为“安全区”；第二部分在SLL和SCL之间，我们把它称为“循环区”。当压缩机在安全区工作时，循环阀保持完全关闭，当工作点达到SCL，循环阀必须打开。

图1　喘振区域图Fig.1 Surge area chart

注意：SLL为喘振线，SCL为防喘振线，控制器也在喘振线与防喘振线之间设置一条快开线，当工作点处于快开线时，应迅速打开防喘振阀。

（2）控制系统防喘振控制应具备以下特点：①一旦发生喘振，将自动校正安全区域，且此安全区域可人工干预或确认；②当工况点以大于规定的速率越过喘振控制线时，则自动打开防喘振阀；③防喘振阀快开和慢关；④配有手操器功能，用于调节、试验、和排除故障；⑤输出接点控制防喘振调节阀的电磁阀，在发生剧烈喘振或机组联锁时，直接打开防喘振阀。

1.2性能调节

机组的性能调节是指通过调节转速或入口导叶、入口阀门使机组参数满足工艺流程的要求。本机组性能调节采用调节转速及导叶。

开车前的准备状态（此处仅阐述各阀门及导叶的状态）：①入口导叶处于微开状态（为保证机组低负荷运转）；②机组防喘振阀、放空阀为全开状态。

开车时，机组整机性能调节以汽轮机转速调节为主，入口导叶调节为辅。同时，为了便于工艺人员根据流程要求随时调节其开度，入口导叶及入口阀门应处于手动状态，控制系统执行半自动程序，逐渐升速，使机组转速达到目标转速。同时也要逐渐增大入口导叶开度，直到全开，完成开车过程［2］。

机组正常运行后，性能调节以入口导叶调节为主，转速调节为辅。这里，低压缸入口导叶由低压缸入口压力信号经PID调节后输出的信号控制，汽轮机转速控制由低压缸入口压力信号经PID调节后输出的信号控制转速。

当低压缸入口压力高于设定值时，入口导叶自动跟踪，当入口导叶开度达到全开，氧压机输出压力仍旧不能满足设定值要求时，控制系统或调速器应以无扰动切换方式投入转速调节，此时，应先保证入口导叶处于全开状态，转速到氧压机的性能要求后，在此转速状态下稳定运行。

1.3入口导叶自动跟踪控制

入口导叶应具备手动、自动控制功能，并做、入口导叶开启、关闭卡位现象自动跟踪保护控制。

入口导叶位置反馈信号自动跟踪输出信号，反馈信号与设计值进行比较，超过给定极限值报警，并重新进行导叶调节直到一致。

1.4事故停车

当出现事故停车信号时，进行以下操作：①防喘振电磁阀失电阀门全开；②氧气入口电磁阀失电阀门全关；③氧气出口电磁阀失电阀门全开；④混合气放空电磁阀失电阀门全开；⑤氧气排出电磁阀失电阀门全关；⑥缸间回流电磁阀失电阀门全开；⑦汽轮机停机电磁阀失电阀门全关。

2 结束语

氧气压缩机组控制方案设计安全等级要求高，但在各相关部门的积极配合下，经过反复攻关、不懈的努力，终于制定出一套完整的控制方案。从上述关于氧气压缩机组控制方案的论述可以看出，该控制方案解决了氧气压缩机组运行过程中过程中控制复杂的技术难题，能够满足实际控制的要求。该方案已经在多个项目中得到实际应用。

［1］赵丰.离心压缩机防喘振控制系统研究［D］.大连理工大学，2006.

［2］王传鑫.离心压缩机综合控制方法研究［D］.大连理工大学，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

张鹏（1975-），女，辽宁沈阳人，高级工程师。主要从事压缩机组及流程控制系统设计。