CCC防喘振控制介绍资料【全】ppt课件

CCC公司技术特点及其在炼油装置的应用CompressorControlsCorporation(CCC)美国压缩机控制公司2012CompressorControlsCorporation交流内容1.CCC公司控制技术特点2.可用性与可靠性4.CCC的工程实践3.并联负荷分配优化控制5.压缩机性能咨询(CPA)6.CCC公司5系列控制系统FCC机组优化节能系统2012CompressorControlsCorporation1.CCC公司控制技术特点2012CompressorControlsCorporationMachinery机组Process工艺Controls控制系统CCCTurbomachineryControlsCCC机组控制技术2012CompressorControlsCorporation流量压力增加控制裕度CCC控制技术-限制控制2012CompressorControlsCorporation扩大了操作范围一般的控制CCC的控制运行点极限运行点设定点基本因素-先进的算法-解耦控制-高速的硬件极限设定点2012CompressorControlsCorporation喘振现象Qs,volPd让我们用一个离心式空气压缩机向一密闭容器内供气的模型来解释喘振是如何形成的2012CompressorControlsCorporation导致出现喘振的因素开车停车在低负荷下操作在高负荷下运行出现下述工况:紧急停车动力降低操作人员失误工艺扰动负荷变化气体成份变化冷却器故障过滤器故障驱动故障喘振不仅仅出现在低负荷操作工况下，而是在各种工况下都可能出现。2012CompressorControlsCorporation如何避免喘振增快反应速度变送器阀控制器系统体积用专门 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的控制技术自动开环解耦控制可调喘振控制线自调整增益控制参数喘振线确定及喘振试验2012CompressorControlsCorporation压缩机控制所面临的挑战一个成功的压缩机控制系统应由下列部分组成：一个能够准确定义操作点及其相应的喘振极限的算法能够允许数字控制器进行快速及时的模拟控制的控制器执行速率控制响应能够针对不同的操作工况使用不同的安全裕度先进的控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 能够防止回路间相互作用所产生的负面影响动作迅速，流通能力适宜的防喘振控制阀去除整个系统内不必要的死区时间和滞后时间2012CompressorControlsCorporation控制算法典型的压缩机性能曲线图包括：(Qs,Hp),(Qs,Rc),或(Qs,pd)坐标系统,这里:Qs=能够表示为实际或 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 体积流率的入口流量Hp=多变压头Rc=压缩比(pd/ps)pd=压缩机出口压头ps=压缩机入口压头ks=等熵压缩指数这些定义的性能曲线图用于一组特定的入口条件:ps,Ts,MW及ks2012CompressorControlsCorporation控制算法通常情况下，使用由OEM厂家所提供压缩机性能曲线图的坐标系统所存在的问题是这些坐标系统与入口条件有关，如下所示：2012CompressorControlsCorporation控制算法那么，喘振极限就会变成一个曲面，而不是一条曲线为了实现控制目标，对于几何结构不变的压缩机，我们希望喘振线（SLL）由单一的曲线来表示2012CompressorControlsCorporation控制算法产生全新的控制算法的过程:审查实际需要开发一个数学模型通过计算机建模对控制算法进行模拟仿真将此控制算法应用到现场2012CompressorControlsCorporation控制算法表述压缩机操作特征的基本变量Hp=f0(Q,w,m,r,a,d,a)J=f1(Q,w,m,r,a,d,a)这里:Hp=多变压头J=功率Q=体积流率w=转速m=粘度r=密度a=本地音速d=特征长度变量a=入口导叶角度下述变量用于设计及对压缩机的特征进行表述通过参数分析（或归纳），我们分离出两组无关的坐标系这里:hr=简化的压头qr=简化的流量Ne=线性化的转速a=导叶角度jr=简化的功率Re=雷诺数Rc=压比2012CompressorControlsCorporation控制算法无关坐标系(hr,qr2)相关联的坐标系(Hp,Qs)这里:Hp=多变压头Qs=入口体积流量hr=简化的压头qr2=简化的流量的平方2012CompressorControlsCorporation控制算法相关坐标系(Rc,Qs)这里:Rc=压头Qs=入口体积流量qr2=简化的流量的平方无关坐标系(Rc,qr2)2012CompressorControlsCorporation控制算法无关坐标系Curve1:MW=4.62;Ps=6.033kg/cm2aCurve2:MW=5.90;Ps=6.800kg/cm2aCurve3:MW=7.90;Ps=14.900kg/cm2aCurve4:MW=8.20;Ps=6.800kg/cm2aCurve5:MW=9.70;Ps=14.900kg/cm2aCurve6:MW=10.8;Ps=14.900kg/cm2a循环氢压缩机相关坐标系2012CompressorControlsCorporation这里:Zs,d=压缩机入口，出口压缩因子Zavg=平均压缩因子=Ts=入口温度Rc=压缩比=Pd=出口压力Ps=入口压力R=-气体常数MW=分子量Ru–通用气体常数无关坐标系Cp=等压指数Cv=等容指数hp=多变效率ZsZd+2PdPs多变压头和质量流量的平方公式如下：ss1-=cR×savgRTZHpPPoss=D×ssRTZRuMWsh=-kkp1CpCvk=等熵指数=2012CompressorControlsCorporation无关坐标系每个公式内去掉因子A:根据经验,我们知道Zavg/Zs比率变化可以忽略不计。假设此比率在压缩机操作范围内为恒定常数：建立喘振线喘振参数可以被定义位如下:喘振线各点即可用涵数f1(hr)对应的值qr2计算hr喘振线上的各点(如右图)可用至原点的斜率来表示.采用实测方式得到.MajorChallenges2012CompressorControlsCorporation喘振参数SshrMajorChallenges2012CompressorControlsCorporation引入操作点至喘振控制线之间的距离第一步:引入参数d:d=1-Ssd>0d<0第二步:引入参数DEV(偏差值):DEV=d-喘振控制裕量DEV=0DEV>0DEV<0参数DEV与压缩机的尺寸无关,但对所有压缩机描述都是相同的优点:在全厂内一个标准的无量纲的喘振参数，操作人员很容易理解:DEV>0好DEV=0在控制线上DEV<0不好MajorChallenges2012CompressorControlsCorporation简化喘振参数采用Rc替代hr用压缩比Rc代替简化多变压头同样可以获得与入口条件无关的坐标系喘振接近变量Ss变成这种算法避免了使用Td和Ts变送器重要提示:CCC仍然强烈建议安装Td和Ts变送器以及转速N用于监视目的。MajorChallenges2012CompressorControlsCorporation2012CompressorControlsCorporation控制器执行速率模拟式控制器SLLSCL100%0%控制器输出100%0%优秀的工程承包商，会对控制器执行速率对压缩机的防喘振能力的影响进行评估建立压缩机的动态仿真在动态仿真层面上对数字式控制器与模拟式控制器进行对比模拟式控制器无执行周期，响应迅速精确整定的模拟式控制器，使超调量达到最小使数字式控制器获得同样的整定参数使数字式控制器获得同样的扰动操作点时间时间2012CompressorControlsCorporation控制器执行速率模拟式控制器SLLSCL100%0%控制器输出100%0%操作点SLLSCL100%0%控制器输出100%0%操作点数字式控制器(每秒两个执行周期)时间时间时间时间与模拟式控制器的整定相同模拟式控制器vs每秒两个执行周期的数字式控制器2012CompressorControlsCorporation执行周期模拟式控制器SLLSCL100%0%控制器输出100%0%操作点SLLSCL100%0%控制器输出100%0%操作点CCC防喘振控制器(每秒25个执行周期)时间时间时间时间与模拟式控制器的整定相同模拟式控制器vs每秒25个执行周期的数字式控制器2012CompressorControlsCorporation当操作点越过喘振控制线SCL时,PI控制将打开回流阀对于较小的扰动，PI控制将能够提供足够的保护PI控制在稳态回流操作工况下，将能够提供稳定的控制缓慢的扰动实例ARcBSLL=喘振线SCL=喘振控制线控制响应保护#1:喘振控制线(SCL)控制响应2012CompressorControlsCorporation增强PI控制器控制的有效性ARcB当操作点快速向SCL移动时,自适应的增益将SCL向操作点方向移动此项功能将使PI控制器尽早做出响应其结果是可以获得一个较小的稳态喘振控制裕度，而不会牺牲过程的稳定性快速扰动实例控制响应控制响应保护#2–自适应增益2012CompressorControlsCorporation控制响应RcSLL=喘振线RTL=阶梯响应线（RecycleTrip®）SCL=喘振控制线回流阀的输出Time阶梯响应（RecycleTrip®）PI控制响应控制器总的响应是PI控制与阶梯响应之和总的响应保护#2:阶梯响应（RecycleTrip®）2012CompressorControlsCorporation防喘振控制器操作SCL=喘振控制线如果操作点越过了安全线（SafetyOn®），则压缩机进入喘振状态RcSLL=喘振线RTL线=阶梯响应线(RTL）安全响应（SafetyOn®）将SCL和RTL右移增加额外的安全或喘振裕度PI控制和阶梯响应（RecycleTrip®）将使压缩机稳定在一个新的喘振控制线SCL上SOL=安全线（SafetyOn®）保护#3:安全响应线(SOL)2012CompressorControlsCorporation控制响应在一个典型的喘振周期内压力和流量的变化100%100%0%0%PdDPo20to50milli-seconds1TO2SECONDS在现场调试过程中 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 喘振特征确定喘振过程中流量和压力的变化率组态的喘振临界值比喘振时实际变化率略为保守当实际的变化率超过组态的临界值时即确定为喘振发生可以使用下面的方法进行喘振探测:流量和压力快速下降流量或压力快速下降流量快速下降压力快速下降当探测到喘振时将触发安全响应当喘振次数达到一个组态的数值时将触发一个数字量输出2012CompressorControlsCorporation2012CompressorControlsCorporation2012CompressorControlsCorporation通过变转速进行性能控制Pd轴功率2012CompressorControlsCorporation非集成化的性能和防喘振回路ADPoPIC-SPRcPsSLLSCLB我们现在操作在A点出现一个较大的扰动操作点在性能曲线上变化到B点性能控制器将通过降低转速,然后降低流量来降低操作点-操作点运行轨迹的切线如图所示这就意味着操作点必须使用一个很大的控制偏置来避免喘振,然后使压缩机稳定下来2012CompressorControlsCorporation集成化/防喘振和性能控制的解耦DPoPIC-SPRcPsSLLSCL我们现在操作在A点出现一个较大的扰动操作点在性能曲线上变化到B点此时我们对性能控制器的输出进行解耦防喘振控制器告诉性能控制器提高压缩机转速性能控制器的输出正在提高转速和流量,操作点运行轨迹的切线如图所示这种响应在扰动出现时会使控制效果非常平稳,如图所示其结果是防喘振控制器的作用只需要一个非常小的安全裕度,就能达到高效节能的效果2012CompressorControlsCorporation实例–富气压缩机分子量变化的问题SG2012CompressorControlsCorporation回路间相互影响多防喘振回路Rc,2RRc,1扰动2012CompressorControlsCorporation2.可用性与可靠性系统考量：可用性与可靠性2012CompressorControlsCorporation硬件和现场设备现场设备导致的故障要远远高于控制器对于故障率计算，控制器方面的考虑和现场设备方面的考虑相比，是微不足道的 传感器42%控制器8%2012CompressorControlsCorporation使用故障策略（Fallback）提高压缩机系统的可靠性和可用性超过95%的故障由现场设备而不是控制器造成的CCC控制系统使用故障策略（Fallback）来处理这些现场故障控制器连续地监视每个输入的有效性如果监测到一个输入故障，控制器将会忽略此输入，并自动切换到故障策略（Fallback）模式优点避免不必要的停车报警提示操作员严重的故障提高压缩机和过程的可用性系统考量：可用性与可靠性2012CompressorControlsCorporation基本的控制系统是否应与安全系统分离?基本的问题是:一致的标准是什么?政府规范是如何规定的?可靠性与可用性方面的技术问题有哪些?哪些是与利润率有关的问题?2012CompressorControlsCorporation国际上一致的标准IEC61511-1§11.2.2—“在任何实用的情况下,与安全有关的功能应于非相关安全的功能分开”IEC61511-2§11.2.4—(长达三页的描述说明)“一个安全仪表系统(SIS)正常情况下应与基本控制系统(BPCS)分离”2012CompressorControlsCorporation美国一致的标准ISA84.01§B.1.1—“BPCS与SIS功能的分离减少了控制与安全功能同时失效的可能性.或影响到SIS功能的降低.因此通常将BPCS与SIS功能分离是必须的ExxonMobil艾克森美孚公司政策是将SIS与BPCS功能分离2012CompressorControlsCorporation美国标准更明确的改进方向ISA84委员会已经决定向采用IEC61511的方向改进,这是由于IEC61511对控制与安全系统分离的文字上有更明确的文字说明.在2002年5月ISA年会上,委员会成员确认将完全放弃ISA84.01而采用IEC61511的决定被批准.2012CompressorControlsCorporation紧急停车的风险决大多数事故在启动,停车,或维护阶段发生.系统的紧急停车也会带来风险.一个与安全系统分离的BPCS将降低风险并保证过程仍在可控制之下,而不是简单地将系统进入紧急停车状态.2012CompressorControlsCorporation全寿命的成本安全与控制组合系统的投资成本较低只是在项目采购的初期阶段:减少了 培训 焊锡培训资料ppt免费下载焊接培训教程 ppt 下载特设培训下载班长管理培训下载培训时间表下载 减少备件而涡轮机组全寿命的成本主要是能耗-通常超过90%.没有一个能提高运行效率的专用的BPCS,额外所消耗的能耗将大大超过采购初期所节省的费用.2012CompressorControlsCorporation可用性的因果一个以SIS为基础的系统自然倾向于安全性,因此,将增加系统非必要的停车和误停车的机会和次数.一个BPCS自然倾向于可用性,而增加过程在线运行时间.在一个组合系统中,控制功能必须接受SIS对于安全的倾向性.其结果是:较多的停车和较低的利润.当SIS与BPCS同在一系统时,常使SIS超出它的处理能力,而使SIS不能及时处理紧急事故;最终使SIS不能达到它原本的作用.一个分离式的系统可以将安全与控制功能优化提高安全性和可用性.其结果是:较少的停车较多的利润系统更安全可靠2012CompressorControlsCorporation谢谢！中场休息2012CompressorControlsCorporation3.并联压缩机组负荷分配优化控制用于主、备风机及空压站2012CompressorControlsCorporation压缩机网络压缩机经常以并联模式操作，有时以串联模式运行压缩机网络的目的包括：压缩机备用压缩机使用灵活增加压缩机能力通常每台压缩机都是控制的，但是却忽略了压缩机网络控制。压缩机制造厂家通常会把注意力放在单台的压缩机上。在此应用中网络优化对于获得最优的喘振保护和网络性能优化至关重要。2012CompressorControlsCorporation压缩机网络并联压缩机控制目标:精确控制主性能变量(压力或流量)在压缩机网络内优化负荷分配，同时：避免喘振降低能耗降低每台压缩机启停机带来的扰动，实现自动并机、停机2012CompressorControlsCorporation工艺PIC11UICVSDS压缩机12UICVSDS压缩机2HIC1入口总管调整的压缩机不调整的压缩机提示所有控制器独立运行没有标注变送器最基本的压缩机负荷分配控制过程流程图2012CompressorControlsCorporationRc,1Rc,2压缩机1压缩机2调整的压缩机不调整的压缩机这里:QP=工艺流量QC=全部压缩机流量QC-QP=回流流量QP,1+QP,2=QP,1+QP,2提示:最基本的压缩机负荷分配效率很低最基本的压缩机负荷分配增加了压缩机喘振的风险，因为1#压缩机承担了全部扰动的风险。最基本的压缩机负荷分配需要操作人员频繁操作。不建议使用最基本的压缩机负荷分配最基本的压缩机负荷分配2012CompressorControlsCorporation工艺PIC11UIC压缩机1压缩机2入口总管提示性能控制器与防喘振控制器独立运行由于有额外的流量测量元件(FMD)所以需要较高的投资由于通过FMD会造成永久的压损，所以能耗较高1FIC2FIC2UICoutoutRSPRSPRSPoutRSP等流量负荷分配工艺控制流程图2012CompressorControlsCorporationRc,1Rc,2QP,1=QP,2等流量负荷分配并联压缩机控制压缩机1压缩机2这里:QP=工艺流量QC=全部压缩机流量QC-QP=回流流量2012CompressorControlsCorporation提示所有控制器响应通过串行网络相互协调在所有操作工况下使回流达到最小等距负荷分配工艺控制流程图2012CompressorControlsCorporationDEV=0SCL=喘振控制线Rc,1Rc,2压缩机1压缩机2提示:在没有回流或放空的前提下，提高负荷调整范围，达到节能目的。由于所有压缩机均衡地吸收工艺扰动，极大地降低喘振风险自动适应不同容量的压缩机CCC专利算法等距负荷分配并联压缩机控制2012CompressorControlsCorporation工艺1AUICVSDS1段VSDS1段ALSICoutRSP串行网络RSPBLSIC1MPIC串行网络串行网络2段2段2AUIC1BUIC1BUIC串行网络串行网络out机组B机组A如何对多段并联压缩机网络实现喘振控制线等距控制???对负荷分配系统内每台机组选择最靠近喘振控制线的那一段通过选择最靠近喘振控制线的那一段，保证同一机组其它段也没有回流。等距负荷分配用于多段并联压缩机分配负荷–所有机组DEV相等–在最靠近喘振控制线的压缩机段2012CompressorControlsCorporation4.CCC的工程实践2012CompressorControlsCorporationCCC的涡轮机械控制系列提供最优性能的专用硬件实现专用的算法,包含许多专利算法根据您的具体应用需要提供相应的冗余水平当前的硬件平台3++系列5系列Guardian超速保护系统2012CompressorControlsCorporation专用的硬件及软件确定性的专用功能的硬件最高标准的系统集成能力确保最优的回路执行速率适用于所有涡轮机械的已证实的,高性能的模块针对涡轮机械专用的软件专用的(有专利的)CCC专业知识标准化并现场证实的应用知识可组态的,而不需编程的可互相协作完成的设计/不依赖某单一个人的设计固化的专用控制回路程序,只能对其进行组态提高了系统标准化程度&系统的安全性简化了调试&长期的支持2012CompressorControlsCorporation快速的控制器执行周期基于分析,模拟仿真及经验,选择了每种应用的最优的执行周期防喘振控制器:20毫秒汽轮机速度控制器:20毫秒阀门伺服控制器:1毫秒控制器是确定性的;例如,控制器的扫描周期是固定的，不受组态引响控制器采样8次,然后计算每一个输出值,这种防止失真的技术过滤了高频干扰,而不失去有用的信号.例如:防喘振控制器每2.5毫秒对所有的输入进行一次采样,每20毫秒对输出进行一次更新2012CompressorControlsCorporation具针对性的系统工程能力系统工程师对您的工艺过程应用有丰富的经验CCC有优秀的工程师审查您的相关工艺过程和应用并提出改进建议专业化地从事涡轮机械控制及相关的系统设计强调完善的整体系统应用,包括机械,测量和最终控制元件,而不仅仅关心控制器和控制算法使用从上千个项目中提炼出来的方法和工具对每个用户的项目设计出具体项目的文档:详细的文档资料使安装,调试,以及系统故障查询非常容易2012CompressorControlsCorporationCCC如何开展工作?确定问题由于压缩机问题导致装置停车的次数?压缩机停车的次数?是否打开了回流阀或放空阀?工艺过程是否经常出现扰动,安全阀是否经常启跳?开车/停车是否有困难?是否有设备损坏?是否浪费能量?可能的解决方案管线的重新布置更换传感器,电缆,接地更换阀门,执行机构,转换器实现压缩机/汽轮机控制确定实际的喘振线调整安全给定点的设定CCC能够提供测算投资回报整体的解决方案有保证的运行效果2012CompressorControlsCorporation系统设计及要求流量测量元件(FMD)选择标准流量测量元件安装位置流量变送器的响应时间确定防喘振控制阀的大小防喘振阀的全行程时间和特性管线布置多段防喘振使用一个回流阀共用冷却器在压缩机入口安装冷却器减少冷却器的影响2012CompressorControlsCorporation系统设计的要求:流量测量元件(FMD)选择标准在防喘振控制系统中,FMD的主要选择标准是:测量的可重复性足够的信号-噪音比率FMD测量的准确性并不是关键问题必须尽量减少FMD的测量滞后当前的现状限制了选择流量计或基于流速测量法则的测量元件作为防喘振控制器使用的FMD,防喘振控制器使用的FMD有:孔板文丘里皮托管等等.建议FMD和变送器的流量量程是最大压缩机流量.建议与压缩机最大流量对应的差压值应是10”水柱(250mmH2O)或者更大.2012CompressorControlsCorporation系统设计的要求:过滤差压(流量)变送器的效果我们知道,流量测量对于决定压缩机运行点与喘振控制线(SCL)的距离是必要的过滤差压(流量)变送器将破坏重要的信息500-5001.252.503.755时间(秒)流量过滤差压(流量)变送器信号将使整个防喘振控制系统失灵!!!2012CompressorControlsCorporationFMD的理想安装位置:压缩机入口尽可能靠近压缩机入口法兰FMD不太理想的安装位置:压缩机出口应尽可能靠近出口法兰选择FMD的安装位置应基于:喘振检测的需要出口流量的测量经常是非常困难的购买流量测量元件的资金费用FMD的操作费用(永久的压降)系统设计的要求:流量测量元件安装位置2012CompressorControlsCorporation系统设计的要求:流量变送器的响应时间压缩机进入喘振的速度是非常快的在仅仅400ms内,DPO下降14%,而DPc下降了2%选择变送器的品牌和类型应基于以下两个主要因素:可靠性响应速度差压(流量)变送器的上升响应时间应是200ms或更低压力阶跃是100%一阶响应(63%)要小于200ms实际压力变送器输出63%响应1-(1/e)t1低于200ms压力变送器的上升响应时间应为500ms或更低2012CompressorControlsCorporation2012CompressorControlsCorporation系统设计的要求:确定防喘振控制阀的大小确定防喘振控制阀的大小的标准是基于CCC的经验对可能出现的最大的波动也能提供足够的防喘振保护在所有的操作区域内都能提供足够的防喘振保护确定防喘振控制阀的大小时应保证其所提供的最大流量大于稳定操作在防喘振线上所需要的流量确定防喘振控制阀的大小时应防止压缩机进入阻塞区从可控性的角度,防喘振控制阀不宜选择过大找出最大转速下的性能曲线与喘振线(SLL)的交点A计算A点的流通能力Cv,calc使用下列方法选择标准的防喘振控制阀的尺寸:1.8.Cv,calc