尿素/合成氨压缩机组防喘振控制的研究

论文摘要

在现代化工生产装置中,大型压缩机组是压缩和输送气体的核心设备。但压缩机在小流量工况下容易发生喘振现象。喘振发生时,压力和流量产生剧烈的周期性振荡,使压缩机效率大幅降低,同时剧烈的震荡还会对压缩机造成致命的危害。所以压缩机防喘振控制系统是十分必要的,离心式压缩机的防喘振的控制需要解决的问题主要包括：其一,控制系统控制回路单一,没有考虑回路耦合因素,导致控制质量不好,不能最有效、及时地进行防喘振控制。其二,防喘振控制导致气体回流量太大,造成能源浪费。常规的PI控制无法进一步提高控制品质。其三,控制系统的可靠性和容错性有待提高。针对以上问题,本文基于GEGMR系统提出了合成氨／尿素的离心压缩机组综合控制策略。首先,改进了常规的基于PI控制的防喘振算法,附加了“阀跳变”和“快开慢关”控制。与以往的控制相比,“阀跳变”功能使压缩机快速离开喘振区,阀门的“快开慢关”控制能够减少阀门关闭过程中对系统的扰动。同时提出了基于P-模糊-PI控制的压缩机防喘振控制方法,对控制效果进行了仿真验证。仿真结果表明P-模糊-PI控制在防喘振控制比传统PI控制有着更好的控制效果。其次,充分考虑了压缩机组中汽轮机和离心式压缩机的控制回路耦合关系,设计了解耦控制系统。整套系统采用三重冗余结构,对转速、压力和温度等进行实时在线冗余监测,提高了系统的可靠性和容错性能。最后基于CIMPLICITY7.5开发了压缩机综合控制系统的监控软件,设计了防喘振、汽轮机调速、压缩机油路等监控画面。该监控系统功能操作简单,人机界面友好,对压缩机系统的运行起到了积极的作用。本套压缩机组控制系统投入使用以后,取得了良好的控制效果的,对类似系统的设计有着极大的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 工艺生产过程
• 1.3 压缩机组综合控制系统介绍
• 1.3.1 压缩机组概述
• 1.3.2 国外压缩机综合控制系统发展
• 1.3.3 国内压缩机控制系统现状
• 1.4 本文研究的主要目的和意义
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 压缩机喘振分析及主要控制方法
• 2.1 离心式压缩机工作原理
• 2.2 离心压缩性能曲线
• 2.3 压缩机运行的管网特性
• 2.4 喘振机理分析
• 2.5 影响喘振发生的因素
• 2.6 防喘振控制的主要方法
• 2.6.1 防喘振的主动控制
• 2.6.2 防喘振的被动控制
• 2.7 本章小结
• 第3章 防喘振控制系统的设计
• 3.1 压缩机组控制系统框图
• 3.2 压缩机组过程转速控制系统
• 3.3 压缩机防喘振控制系统
• 3.3.1 温度压力补偿算法
• 3.3.2 防喘振线计算
• 3.3.3 工作点判断和最小流量点计算
• 3.3.4 防喘振阀控制
• 3.3.5 防喘振阀跳变控制
• 3.4 解耦控制
• 3.4.1 解耦控制器设计
• 3.4.2 解耦控制方案实施
• 3.5 P-模糊-PI控制在防喘振控制的应用
• 3.5.1 模糊控制系统的基本结构
• 3.5.2 P-模糊-PI控制器的结构
• 3.5.3 P-模糊-PI控制器设计基本方法
• 3.5.4 Matlab仿真结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统的硬件平台搭建
• 4.1 控制系统的硬件组成
• 4.2 控制系统通讯网络
• 4.3 Woodward505E透平控制
• 4.3.1 控制概述
• 4.3.2 启动控制
• 4.3.3 临界转速避免
• 4.3.4 升速模式选择
• 4.3.5 转速调节
• 4.4 GMR系统硬件框架设计
• 4.4.1 GMR系统概述
• 4.4.2 PLC子系统介绍
• 4.4.3 输入子系统
• 4.4.4 输出子系统
• 4.4.5 控制站配置
• 4.4.6 I/O卡件配置
• 4.4.7 GMR系统的组态
• 4.5 本章小结
• 第5章 上位机软件与系统调试
• 5.1 开发平台
• 5.2 上位机软件功能
• 5.3 监控画面介绍
• 5.3.1 主画面
• 5.3.2 防喘振和速度控制画面
• 5.3.3 辅助油路系统
• 5.4 安装调试经验总结
• 5.4.1 安装环境
• 5.4.2 电缆敷设
• 5.4.3 程序调试
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢