浅析TRIDENT防喘振控制系统在离心压缩机中的应用

摘要：本文介绍了TRICONEX公司TRIDENT系统的在离心压缩机控制中如何实现防喘振控制。

关键词：离心压缩机 喘振线 防喘振线 设定点

随着PLC和DCS在压缩机控制领域中应用的深入，国内外的各大厂家对压缩机的防喘振控制做了大量的研究工作，提出了许多的先进的防喘振控制算法。TRICONEX防喘振技术就是其中之一。

一、防喘振控制基本原理

机组投入运行后，TRIDENT系统将根据压缩机入口流量、入口压力、出口压力及相应的温度，利用TRICONEX独特的防喘振技术来判断是否发生喘振。如发生喘振，则由防喘振控制器的输出值进行调节防喘振控制阀。如图1

（图1 通用喘振线）

二、喘振参数

压缩机的喘振点可由压比（Pd/Ps）及入口流量表或喉部压差测出的入口流量计算得出。入口流量的测量值与 Pd， Ps， Td，及Ts等可用来计算等价孔板值h（该孔板可视为位于压缩机的入口），进而作出喘振预测。

三、防喘控制方框图

TRIDENT的防喘控制系统可由各个独立的功能模块来描述，每个模块都有各自已定义的功能，并通过输入输出信号（均给出位号名）与其它功能模块相互连接和作用。如图

（图2 防喘模块方框图）

四、TRIDENT喘振控制器特性

因为喘振发生得很快，必须使用特殊的控制技术来保证防喘阀及时打开。TRIDENT控制器的运算速度很快，而且能够高效处理复杂的算法，所以TRIDENT控制器可以理想地实现防喘控制。

防喘控制策略的标准特性有：

1.可选择Pd/Ps对h/Ps或Dp对h的算法

2.如果喘振发生，喘振安全裕度可自动调整

3.设定点浮动线功能可以在工作点向喘振线窜动时及时打开防喘阀

4.特殊的喘振控制器带有适应增益及快开/慢关响应等功能

5.比例调节功能可以‘迫使’防喘阀独立于控制过程而打开

6.灵活的起机和跳车逻辑

7.可选择手动控制帮助设定、测试和故障排除

8.当喘振逼近或跳车时，电磁阀触点输出可“打开”防喘阀

五、安全裕度重校

如果系统检测到工作点越过喘振线，表示喘振已发生，喘振控制线将被自动调节到右方，而加大安全余量。

1.可能导致喘振的条件有：

1.1因压缩机磨损导致喘振线移位

1.2变送器调校不准确

1.3安全裕度不足

1.4过程条件突变

1.5喘振线设置错误

每当如前述喘振被检测到，安全裕度增加（控制线右移）一个校准量。输入一个裕度新值可使瞬态计数器归零，且使重校后的裕度等于输入值。系统可组态为每次增加一个固定量（如2%），或一个累加量（如1，2，4，8%等）。重校发生的最大次数亦可组态。

2.系统可显示如下量：

2.1喘振发生次数（校准次数）

2.2初始安全裕度

2.3当前重校后的安全裕度

六、设定点浮动线

一般情况下，压缩机不会在喘振线上持续运行或过长时间运行。当工作点在控制线右方（安全区域），喘振控制器的设定点（线）须在当前h值的某一可设百分比范围内以可设值移动。当工作点越过设置点（浮动线）如图3，以小幅快速向喘振线窜动时，将发生如下情形：

1.防喘阀迅速打开

2.设定点浮动线将以可设值移动直至防喘阀全关

3.新工作点建立

如果设定点浮动线与喘振控制线重合，系统将保持回流以保证在喘振控制线上运行，此特性并非在所有条件下应用，在应用前亦需作充分评估。

（图3 设定点浮动线）

七、适应性增益和非对称响应

喘振控制器提供了一种适应性增益特性。当工作点在喘振控制线右方时，该特性减少了比例动作。当工作点在喘振控制线右方的操作裕度超过设定距离，则调用适应性增益特性。根据比例或积分响应，防喘阀可打开，但STRAIGHT RAMP功能限制了防喘阀的关闭。该特性使得防喘阀响应快。当工作点安全地移到喘振控制线的右方，防喘阀以设定速率慢关，保证将透平驱动机及工况控制器调整到新的工作条件下。

八、比例功能

系统有一纯比例调节阶段，该阶段可独立于正常PI控制器打开防喘阀。当工作点移到喘振控制线左方，而正常PI控制器无法提供足够响应，可能导致严重的过程失序时，则进入该阶段。亦即在控制线左方到达某一特定裕度，则打开防喘阀，进入该阶段。当工作点与喘振线重合时，防喘阀全开。换言之，工作点进入喘振控制线及喘振线之间时，防喘阀按比例打开。该比例阶段是由信号选择器来实现的。控制器的反馈动作迫使控制器输出跟踪该阶段。即使在喘振控制器失调情况下，此特性仍可保护机组。

九、手操控制

有两种手操控制可选：第一种为全权手操控制功能。它允许防喘阀不顾防喘振控制器的作用而关闭。这种选择仅在测试和设定的时候有用，但不可组态为正常操作。因为如果系统被置于手操状态，防喘振控制器将无法开阀防喘。第二种为限权手操控制功能。这种选择设定了一个防喘阀的最小开度，它允许操作员开阀；如果防喘振控制器需要开阀避免喘振的话，手动关阀动作不起作用。TRIDENT提供了可与调节阀同比例的线性度，因而可产生更为线性化的增益。当系统在不同点而非耦合点运行时，则避免了任何可能的不稳定性。大多数应用场合下，总有一个防喘阀是气开阀，它需要防喘阀输出反转。TRIDENT系统可组态为径向或反转操作。

十、DUMP输出

当向喘振控制线左方出现特定窜动时，可组态一个触点输出打开大功率电磁阀，来使防喘阀快开。此特性对于有较短阀程的大阀门来说很有用。当系统从喘振状态回来时，电磁阀关。对阀的控制则可从比例控制恢复到正常的喘振控制。

十一、结论

喘振是离心压缩机的固有特性，在化工企业也时有发生。但是只要能对喘振现象的产生的先兆加以快速和准确的预测和判断，通过先进的控制系统加以控制，喘振也是完全可以避免的。

参考文献

[1] Surge Functions Library SGB410.LT2，January， 2005.

作者简介：姚龙 （1983-），男，陕西榆林人，陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司，助理工程师。