空壓機(jī)工藝簡(jiǎn)介
撫順乙烯空分裝置采用法國(guó)空氣液化公司的專利，該裝置以空氣為原料，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、壓縮、凈化、精餾、蒸發(fā)等工序，最后分離出產(chǎn)品氧氣和產(chǎn)品氮?dú)?。吸入的原料空氣?jīng)過(guò)濾后除去灰塵和雜質(zhì)，過(guò)濾后的空氣由空氣壓縮機(jī)K601進(jìn)行壓縮，加壓后送往下游凈化崗位?？諌簷C(jī)K601系離心式壓縮機(jī)，由電機(jī)帶動(dòng)，分兩級(jí)壓縮，兩級(jí)分置于電機(jī)兩側(cè)即K601A和K601B?？諌簷C(jī)K601設(shè)計(jì)流量為31500 Nm3/h，功率為3200kw，轉(zhuǎn)速為1450
rpm，由法國(guó)蘇爾壽（SULZER）公司制造。
喘振現(xiàn)象的產(chǎn)生
壓縮機(jī)在工作過(guò)程中，當(dāng)入葉輪的氣體流量小于機(jī)組該工況下的最小流量（即喘振流量）限時(shí)，管網(wǎng)氣體會(huì)倒流至壓縮機(jī)，當(dāng)壓縮機(jī)的出口壓力大于管網(wǎng)壓力時(shí)，壓縮機(jī)又開(kāi)始排出氣體，氣流會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生周期性的振蕩，具體體現(xiàn)在機(jī)組連同它的外圍管道一起會(huì)作周期性大幅度的振動(dòng)，這種現(xiàn)象工程上稱之為喘振。
喘振是離心式壓縮機(jī)的固有特性，當(dāng)發(fā)生喘振時(shí)需采取措施降低出口壓力或增大入口流量，盡量降低喘振時(shí)間。為了確保壓縮機(jī)穩(wěn)定可靠地工作，防止用量波動(dòng)發(fā)生喘振，該裝置設(shè)計(jì)了防喘振放空閥，當(dāng)下游工藝設(shè)備空氣用量減少或壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振時(shí)，可由放空閥減量放空來(lái)平衡。
防喘振方案的實(shí)施
離心機(jī)防喘振控制常采用以下兩種方法：
定極限流量法：就是使壓縮機(jī)的流量始終保持大于某一定值流量，從而避免進(jìn)入喘振區(qū)運(yùn)行。此法通常用于恒速運(yùn)行的離心機(jī)且一般流量調(diào)節(jié)器的給定值應(yīng)大于額定喘振點(diǎn)流量的7%～10%，此法優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是當(dāng)機(jī)組變速運(yùn)行且處于低負(fù)荷情況時(shí)，防喘振控制投用過(guò)早，造成能耗加大。
變極限流量法：在變速運(yùn)行的壓縮機(jī)中，隨著不同工況（壓縮比、出口壓力或轉(zhuǎn)速），極限喘振流量是個(gè)變數(shù)。變極限流量法是采用隨動(dòng)防喘振流量控制系統(tǒng)在壓縮機(jī)的不同工況下沿喘振曲線（實(shí)際上是沿防喘振操作曲線）自動(dòng)改變防喘振流量調(diào)節(jié)器的給定值，使防喘振調(diào)節(jié)器沿喘振曲線右側(cè)安全控制線（防喘振操作線）工作，這樣既安全又節(jié)能。
本裝置防喘振控制采用變極限流量法，變極限流量系統(tǒng)喘振曲線的數(shù)學(xué)模型可以從離心機(jī)流量－壓力特性曲線、氣體動(dòng)力學(xué)方程及壓縮機(jī)入口流量計(jì)算公式導(dǎo)出，此喘振曲線在h(入口流量?jī)x表的差壓)－P2/P1(壓縮機(jī)的壓縮比)坐標(biāo)上是一條直線參見(jiàn)圖1中M1 -M2罩畢
h/P1=V×P2/P1+K
式中：h—?dú)鈮簷C(jī)入口流量差壓變送器量程的百分?jǐn)?shù)；
P1—?dú)鈮簷C(jī)入口壓力（絕）變送器量程的百分?jǐn)?shù)；
P2－壓機(jī)出口壓力（絕）變送器量程的百分?jǐn)?shù)；
V—常數(shù),直線M1 -M2盞男甭剩
k—常數(shù)，直線B的截距。
變極限流量法防喘振操作線繪制確定（圖1中B線）方法為根據(jù)壓縮機(jī)制造廠提供的如圖2氣體壓縮機(jī)特性曲線上的M1,M2點(diǎn)（喘振限曲線上的任意兩個(gè)臨界工況點(diǎn)）數(shù)據(jù)折算成與流量差壓變送器及壓力變送器的刻度值相對(duì)應(yīng)的h(或h/P1)和P2(或P2/P1)的相對(duì)值（%），在圖1的坐標(biāo)上確定對(duì)應(yīng)于M1,M2的M1’和M2’點(diǎn)，連接M1’和M2’就可畫出壓縮機(jī)的喘振限直線A。然后再作A線的平行線B。A,B線的間距△Q為流量刻度7%～10%。對(duì)應(yīng)的△h按具體機(jī)組設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算
△h%＝△Q%×（2 Q%+△Q%）
式中：△h%－A,B線的間距，取差壓變送器量程的百分?jǐn)?shù)；
△Q%—節(jié)器給定值與喘振點(diǎn)之間的間距，一般取喘振點(diǎn)流量值的7%～10%；
Q%—振點(diǎn)的流量差壓變送器的相對(duì)百分?jǐn)?shù)；
圖1中A線就是壓縮機(jī)的理論喘振限直線；B線就是壓縮機(jī)的隨動(dòng)防喘振安全操作線。
如果壓縮機(jī)的特性曲線換算到圖1上不是一條直線A，而是一條不規(guī)則的曲線時(shí)，可沿此曲線繪制近似的平行線作為安全操作線B來(lái)使用。
圖1：離心式氣體壓縮機(jī)喘振限直線及隨動(dòng)防喘振控制操作線示意圖
圖2：多級(jí)離心式氣體壓縮機(jī)流量壓力特性曲線
防喘振控制系統(tǒng)描述
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用GE Fanuc 90-30 PLC 作數(shù)據(jù)采集和控制，為了保證系統(tǒng)的可靠性，控制部分采用雙機(jī)熱備結(jié)構(gòu)，電源、CPU、通訊模塊和通訊總線、以太網(wǎng)通訊模塊等都是冗余的，通過(guò)GBC網(wǎng)絡(luò)通訊模塊與雙機(jī)熱備軟件共同起作用，從而實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備功能，保證系統(tǒng)的高可靠性。
數(shù)據(jù)采集部分配置兩層10槽機(jī)架，第一層為帶CPU的10槽I/O機(jī)架，另一層為隸屬于第一層機(jī)架的10槽I/O擴(kuò)展機(jī)架，兩層機(jī)架之間通過(guò)擴(kuò)展電纜進(jìn)行連接和通訊。雙機(jī)熱備部分與數(shù)據(jù)采集部分利用Genius Bus Controller (GBC)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊通過(guò)Genius雙總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊與傳輸。
現(xiàn)場(chǎng)的各類模擬信號(hào)、電磁閥閥位回訊和報(bào)警接點(diǎn)信號(hào)、PLC輸出到現(xiàn)場(chǎng)電磁閥的起停信號(hào)等均通過(guò)端子排與PLC I/O模塊相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制。
上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件選用日本Digital公司的GP-470觸摸屏，操作系統(tǒng)為WINDOWS NT 4.0，運(yùn)行的監(jiān)控軟件為基于WINDOWS NT 的Cimplicity Server版（700點(diǎn)）。這臺(tái)監(jiān)控站即可以作為工程師站用來(lái)組態(tài)各類畫面，又便于操作人員進(jìn)行操作和監(jiān)視。同時(shí)它又是一臺(tái)服務(wù)器，本系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在此服務(wù)器的硬盤中，在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理和存取操作。上位機(jī)（通過(guò)網(wǎng)卡）和PLC（通
過(guò)以太網(wǎng)通訊模塊）之間使用通用的標(biāo)準(zhǔn)10M以太網(wǎng)進(jìn)行通訊連接。
系統(tǒng)的優(yōu)化
為了使PLC能夠快速執(zhí)行PID算法，并實(shí)時(shí)刷新計(jì)算輸出，選用PLC 90-30中的高檔模塊CPU351來(lái)完成。利用PLC功能強(qiáng)大的編程軟件LogicMaster提供的梯形圖功能，根據(jù)變極限流量防喘振控制方案來(lái)實(shí)現(xiàn)防喘振算法和相關(guān)聯(lián)鎖邏輯功能。
此次改造在軟件中增加聯(lián)鎖停車事故第一信號(hào)的捕獲功能，使壓縮機(jī)停車原因具體、明確，便于事故分析。為了便于現(xiàn)場(chǎng)操作和維護(hù)，將PLC硬件和工藝操作用的觸摸屏均安裝在防爆控制柜上，將防爆控制柜安裝在壓縮機(jī)附近的現(xiàn)場(chǎng)操作室里。
防喘振控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
PLC系統(tǒng)選用美國(guó)通用電氣公司（GE_Fanuc）的90-30系列控制系統(tǒng)，性能優(yōu)良，性價(jià)比高。
PLC系統(tǒng)具有雙機(jī)熱備功能，實(shí)現(xiàn)PLC主機(jī)冗余、電源冗余、通訊模塊和通訊總線冗余，主機(jī)、從機(jī)可無(wú)擾動(dòng)切換，模塊在線可更換，增加了系統(tǒng)的可靠性。
上位機(jī)與PLC之間通過(guò)10Mb/S的高速以太網(wǎng)ETHERNET實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚?、可靠?BR> 系統(tǒng)具有強(qiáng)大的通訊功能，支持多種通訊總線協(xié)議，具有開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可與其它廠家的PLC和DCS進(jìn)行通訊。
系統(tǒng)具有容錯(cuò)能力和強(qiáng)大的自診斷功能。
PLC的微處理器選用高性能的INTEL處理器，系統(tǒng)運(yùn)行速度高，能快速執(zhí)行PID算法，并實(shí)時(shí)刷新計(jì)算輸出。
PLC具有功能強(qiáng)大的梯形圖編程軟件LogicMaster，可實(shí)現(xiàn)防喘振算法和相關(guān)聯(lián)鎖邏輯功能。
具有實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理功能，聯(lián)鎖停車事故第一信號(hào)的捕獲功能。
可顯示操作狀態(tài)及流程圖畫面、調(diào)速畫面、機(jī)組喘振控制畫面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫面、歷史趨勢(shì)畫面、報(bào)警歷史畫面等。
本裝置的防喘振控制系統(tǒng)自投用后，運(yùn)行效果很好，壓縮機(jī)沒(méi)有再發(fā)生喘振現(xiàn)象，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
（轉(zhuǎn)載）
