12000m3/h 空分装置膨胀透平机的防喘振控制

一、前言 　　莱钢新建12000m3/h空分装置主体设备为杭氧生产的国内先进制氧工艺设备，单体设备包括空压机、中压压缩机、膨胀透平机、氮压机四种设备。其中膨胀透平机系统是过程空气制冷的主要设备，由增压压缩机和膨胀机两部分构成，它是由美国ACD公司产的先进压缩设备，主要功能是将增压压缩后的空气通过膨胀，消耗能量使气体降温，其控制性能稳定与否直接影响整个工艺流程的运行。膨胀透平控制系统采用浙大中控公司生产的SUPCON DCS系统，用于完成系统的运行和过程监控。本文主要阐述膨胀透平机系统的核心控制——防喘振控制。 二、工艺流程 　　工艺空气经分子筛吸附器MS吸附后，在进冷箱前分成两股气流，其中少部分空气直接进入冷箱的主换热器，另外大部分的空气经中压压缩机压缩到3.45MPa后，再分成两股，一股进膨胀机进行降温，同时产生的能量驱动增压压缩机转动，另一股进增压端增压后进入冷箱得主换热器，经膨胀后的空气绝大部分直接进入后续设备进行工艺气体分离过程。工艺流程示意图如图1所示： 三、防喘振系统配置 　　膨胀透平防喘振系统跟空分控制系统共用一台工程师站，一台操作员站，一台报警打印机，它只需一台PLC控制器，模入、模出模板各一块，和一块开关量输出模板。其硬件结构如图2所示： 四、防喘振控制 1、防喘振的原理 　　流量与压力不匹配，压力过高而对应流量过小就会引起设备喘振。在莱钢新建12000m3/h空分装置中，当流经增压压缩机的流量小于一个最小值时：基于某一压比（出口压力和进口压力之比），会造成部分或全部气体回流，机器轴承所承受的应力会变大，温度升高，这种现象称为“喘振”，喘振会对设备造成损坏，甚至造成重大事故。对应压缩机设备有着相应的正常工作参数和极限工作参数，根据这些可以绘制喘振曲线，防喘振原理就是在设备动态运行中通过控制使设备运行状态避开喘振曲线。喘振曲线如图3所示： 2、防喘振控制的实现 　　为保障生产的安全进行，防止设备损坏，增压压缩系统设有防喘振保护，通过调节入口导叶和旁通阀开度，用于控制通过增压压缩机的流量和压力。 2．1流量控制 　　由喘振试验得出的喘振曲线示意图可知，当增压端的流量进入到喘振区时，压缩机自动进入防喘振保护控制，此时旁通阀调节器HC401A自动调节旁通阀的开度，使其完全打开。为了防止增压端的流量突然达到喘振流量而损坏设备，我们绘制了一条和喘振曲线相平行的防喘振控制线，当流量达到控制线时，调节器自动调节旁通阀的开度，降低设备发生喘振的几率。 2．2数学模型的建立 　　由喘振试验得到压力比与吸入流量关系曲线，将曲线近似直线处理，取其中两端点坐标（x1,y1）,(x2,y2)作为固定点，得到对应的数值，由函数式Y=aX+b得到a、b值，就可以绘出喘振曲线。 　　防喘振控制线是由大于喘振流量10%的余度而建立的。当补偿后的进口流量小于喘振曲线对应的流量时，旁通阀调节器自动将阀全开；当流量低于控制线对应值，且未进入喘振区，旁通阀调节器会自动调节阀门的开度；当流量达到工作区时，旁通阀调节器自动调节并逐步关小。 2．3入口导叶和旁通阀的控制 　　入口导叶和旁通阀的控制均采用手/自动调节方式和就地/远程控制方式，通过串级回路实现手/自动调节，并进行了阀位跟踪，为系统的运行提供可靠的保证。 　　膨胀透平系统的防喘振就是通过控制入口导叶开度、旁通阀开度，从而调节压缩机的进口流量和压比来实现的。 五、结束语 　　膨胀透平机控制系统自2003年6月投运到现在，运行状况良好，防喘振系统时时发挥着重要作用，既保护了设备，又保证了生产的安全进行，此项技术在同类设备控制中有很好的推广价值。 参考文献 　　[1]章卫国，杨向忠 模糊控制理论与应用[M]。西安：西北工业大学出版社， 1999 　　[2]田瑞庭 可编程序控制器应用技术[M]。北京：机械工业出版社， 1994 作者简介 赵洁（1977-） 女 工程师 主要从事自动化控制系统的开发与应用。联系电话：0634-6823278