尿素/合成氨压缩机组防喘振控制的研究

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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GE_GMR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。
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