进口空压机控制系统在青钢空分的应用与讨论
青岛钢铁公司氧气厂10000Nm３/h空分装置采用内压缩流程，其配套的空气压缩机及空气增压机均为美国某公司产品.机组设有机旁柜，由自带的控制系统控制，采用通讯的方法，将机组的参数传送至DCS，在DCS操作站上进行监视。其自带控制系统控制策略周全,具有节能，安全,适应不同工况能力的优点.
1 .基本控制
依据空分装置的工艺要求，机组采用恒压控制，空压机的压力测点设在分子筛后，增压机的压力测点二级出口设在进增压透平膨胀机前，四级出口设在四级出口止回阀后。控制原理图（以空压机为例）。
正常用气时系统会调节进口导叶的开度，使系统压力恒定。控制系统会自动检测压缩机状态与设定值之间的关系，通过表１的三个进口导叶调节回路来调节进口导叶的开度，来维持系统压力的稳定，并防止电机过载。
两个放空阀调节回路来防止压缩机在过高压力下运行（最大排气压力），并维持压缩机在达到最高允许压力（系统压力偏移值）运行。其控制曲线如压缩机运行控制曲线（图二）所示。
２.不同过程的控制
压缩机起动时，最大马达电流会控制进口阀，使压缩机沿图二曲线Ｄ快速加载，渡过喘振区。如系统流量过小，则最小流量控制器会取得控制权，在最小流量控制方式下，进口阀会沿图二中曲线Ｂ在位置２与位置３间运行，如系统压力达到偏移值则系统压力调节器会调节放空阀开度，系统压力会稳定于偏移值。如系统流量过大，则最大负载控制器会取得控制权，进口阀不再开大防止电机过载。
３.防喘振控制
压缩机单级或多级产生逆流，高温气倒流压缩机，此时压缩机仍旧维持原状不变，会使压缩机的转子产生强烈的震动并可能损坏轴承密封近而造成事故。当喘震发生时，由于气流的脉动和周期性的震荡，在叶片末端形成前列的瘠薄，叶轮的动应力大大增加，使叶片产生强烈振动发生疲劳断裂，对其防止和控制极为重要。
喘振的原因是压缩机的运行工况远离设计工况，流量超过最小值，在压缩机流道中出现严重的旋转脱离和失速。喘振的控制方法，就是在机组进入最小流量时，通过开回流阀增加气量使机组工作于最小供气能力，避免喘振发生。即使采取以上方法，避免机组进入喘振区，仍有喘振发生的可能，例如：
1. 级间温度或进口温度升高，导致无效能增加。
2. 系统用气的突然改变，机组的响应速度跟不上。
3. 仪表的错误输出，例如电网电压的变化，使压缩机的功耗与电流值不能匹配。
4. 阀门响应不正确。
为保证机组的运行安全,控制系统设有喘振线的右侧设有一条安全限制线和一条控制线(如图二所示).
如前所述，压缩机正常工作时维持系统压力。当需气量进一步减少，则系统不允许进口阀进一步关小，此时系统压力会升高，当达到偏移值时，系统压力调节回路获得控制权，控制放空阀的开度使系统压力稳定于其设定值。若管网出现异常（如切换阀故障等）回导致机组排气压力的突然升高至排气压力设定点，则排气压力控制器会获得控制权，放空阀会快速响应，避免机组进入喘振区。如外界因素影响使机组运行状况达到安全限则系统会进行记录，同时将控制线右推对机组的运行喘振控制线进行修正，保证机组的安全运行。
４.电机的控制
对电机的运行设有四种状态，分别为：STARTING，RUNING，STOPPINGH，STOPPED。依据各状态的不同系统会运行不同的保护与控制逻辑。
４.1.起动压缩机
当按下现场控制盘上的“START”键，系统初始化起动控制逻辑进入“STARTING”状态，显示屏会显示启动允许序列和启动步骤。在此过程保护逻辑为启动保护生效，此时轴振动连锁值为正常运行报警值的三倍，以使机组能顺利渡过临界区完成启动过程又能保护机组。若所有启动步都通过，启动程序结束进入“RUNNING”状态，此时运行保护逻辑生效，运行时其保护连锁又分为两个级别：紧急连锁和一般连锁。紧急状态下（油压，轴振动），控制系统会先停主电机,再卸载压缩机.低于紧急级别的点组态为一般连锁（例级间温度，级间压力）,连锁发生时,控制先卸载压缩机后停主电机,运行“STOPING”停机逻辑。
按下现场控制盘的“STOP”键将激活停机程序，进入“STOPING”状态，压缩机会卸载并停机。
５.控制模式的讨论
系统提供三种控制模式以响应不同用户需要。分为AUTO-OFFLINE，AUTO-STANDBY，AUTO-UNLOAD。其控制过程相同，但是对管网用气量变化的响应不同。
5.1 .AUTO-OFFLINE 系统检测系统压力与排气压力的压差，当该值超过止回阀设定值时，机组进入卸载操作，运行于图一的位置。当系统压力低于设定值时机组复载。
５.2 .AUTO-STANDBY 该模式下如判别情况１发生，压缩机不会卸载而是调节放空阀保持排气压力稳定于系统压力值减去标准模式偏移量
5.3 .AUTO-UNLOAD 放空阀为非调节阀，只能全开全关，不适应空分工艺。
６.内部参数的整定
考虑外部条件对机组的影响，其控制基于几个基本参数。
１.HEAD：基于排气压力，进口温度和级间温度由软件进行计算的计算值。用于喘振测试，指示稳定压力机头下的喘振点。
２.流量：基于电机电流和HEAD计算值。
３.SURGE CONTROL OFFSET 控制软件会根据喘振测试结果建立喘振曲线的数学模型。该偏移量叠加于喘振线作为进口阀在最小流量状态下的控制线，进口控制器用该变量作为最小流量控制，避免机组进入喘振区。
４.SURGE SAFETY OFFSET 同控制偏移，该值叠加于喘振线作为放空阀的控制值，如运行中达到该值，则放空阀快速反应全部打开，机组脱离喘振区。
５.SURGEWATCH TRIP 当喘振监视值接近该值时会定义为发生一次喘振（可能机组并未有异常），喘振检测计数器进行计数，并且系统会将原始喘振曲线进行修正，各控制线向右推移，提高机组安全系数。
7 .调试与运行存在问题的处理
１.增压机组空载调试运行非常平稳，可是与空分连动时出现二级出口压力的大幅波动，并有加载卸载的波动现象。而对膨胀机来说，要求其进气压力需要非常稳定。通过对Gain(增益)对控制回路调节性能的影响进行分析如图四。我们认为影响因素有两个：一是放空系统压力，建立压力的过程或正常运转的过程中，如其Kp值小，会使得System Pressure 与实际产生很大的误差，无法达到设定值。二是最小流量设定，如其Kp值过大，使得实际反应之流量曲线振幅过大或发散，导致
1 .基本控制
依据空分装置的工艺要求，机组采用恒压控制，空压机的压力测点设在分子筛后，增压机的压力测点二级出口设在进增压透平膨胀机前，四级出口设在四级出口止回阀后。控制原理图（以空压机为例）。
正常用气时系统会调节进口导叶的开度，使系统压力恒定。控制系统会自动检测压缩机状态与设定值之间的关系，通过表１的三个进口导叶调节回路来调节进口导叶的开度，来维持系统压力的稳定，并防止电机过载。
两个放空阀调节回路来防止压缩机在过高压力下运行（最大排气压力），并维持压缩机在达到最高允许压力（系统压力偏移值）运行。其控制曲线如压缩机运行控制曲线（图二）所示。
２.不同过程的控制
压缩机起动时，最大马达电流会控制进口阀，使压缩机沿图二曲线Ｄ快速加载，渡过喘振区。如系统流量过小，则最小流量控制器会取得控制权，在最小流量控制方式下，进口阀会沿图二中曲线Ｂ在位置２与位置３间运行，如系统压力达到偏移值则系统压力调节器会调节放空阀开度，系统压力会稳定于偏移值。如系统流量过大，则最大负载控制器会取得控制权，进口阀不再开大防止电机过载。
３.防喘振控制
压缩机单级或多级产生逆流，高温气倒流压缩机，此时压缩机仍旧维持原状不变，会使压缩机的转子产生强烈的震动并可能损坏轴承密封近而造成事故。当喘震发生时，由于气流的脉动和周期性的震荡，在叶片末端形成前列的瘠薄，叶轮的动应力大大增加，使叶片产生强烈振动发生疲劳断裂，对其防止和控制极为重要。
喘振的原因是压缩机的运行工况远离设计工况，流量超过最小值，在压缩机流道中出现严重的旋转脱离和失速。喘振的控制方法，就是在机组进入最小流量时，通过开回流阀增加气量使机组工作于最小供气能力，避免喘振发生。即使采取以上方法，避免机组进入喘振区，仍有喘振发生的可能，例如：
1. 级间温度或进口温度升高，导致无效能增加。
2. 系统用气的突然改变，机组的响应速度跟不上。
3. 仪表的错误输出，例如电网电压的变化，使压缩机的功耗与电流值不能匹配。
4. 阀门响应不正确。
为保证机组的运行安全,控制系统设有喘振线的右侧设有一条安全限制线和一条控制线(如图二所示).
如前所述，压缩机正常工作时维持系统压力。当需气量进一步减少，则系统不允许进口阀进一步关小，此时系统压力会升高，当达到偏移值时，系统压力调节回路获得控制权，控制放空阀的开度使系统压力稳定于其设定值。若管网出现异常（如切换阀故障等）回导致机组排气压力的突然升高至排气压力设定点，则排气压力控制器会获得控制权，放空阀会快速响应，避免机组进入喘振区。如外界因素影响使机组运行状况达到安全限则系统会进行记录，同时将控制线右推对机组的运行喘振控制线进行修正，保证机组的安全运行。
４.电机的控制
对电机的运行设有四种状态，分别为：STARTING，RUNING，STOPPINGH，STOPPED。依据各状态的不同系统会运行不同的保护与控制逻辑。
４.1.起动压缩机
当按下现场控制盘上的“START”键，系统初始化起动控制逻辑进入“STARTING”状态，显示屏会显示启动允许序列和启动步骤。在此过程保护逻辑为启动保护生效，此时轴振动连锁值为正常运行报警值的三倍，以使机组能顺利渡过临界区完成启动过程又能保护机组。若所有启动步都通过，启动程序结束进入“RUNNING”状态，此时运行保护逻辑生效，运行时其保护连锁又分为两个级别：紧急连锁和一般连锁。紧急状态下（油压，轴振动），控制系统会先停主电机,再卸载压缩机.低于紧急级别的点组态为一般连锁（例级间温度，级间压力）,连锁发生时,控制先卸载压缩机后停主电机,运行“STOPING”停机逻辑。
按下现场控制盘的“STOP”键将激活停机程序，进入“STOPING”状态，压缩机会卸载并停机。
５.控制模式的讨论
系统提供三种控制模式以响应不同用户需要。分为AUTO-OFFLINE，AUTO-STANDBY，AUTO-UNLOAD。其控制过程相同，但是对管网用气量变化的响应不同。
5.1 .AUTO-OFFLINE 系统检测系统压力与排气压力的压差，当该值超过止回阀设定值时，机组进入卸载操作，运行于图一的位置。当系统压力低于设定值时机组复载。
５.2 .AUTO-STANDBY 该模式下如判别情况１发生，压缩机不会卸载而是调节放空阀保持排气压力稳定于系统压力值减去标准模式偏移量
5.3 .AUTO-UNLOAD 放空阀为非调节阀，只能全开全关，不适应空分工艺。
６.内部参数的整定
考虑外部条件对机组的影响，其控制基于几个基本参数。
１.HEAD：基于排气压力，进口温度和级间温度由软件进行计算的计算值。用于喘振测试，指示稳定压力机头下的喘振点。
２.流量：基于电机电流和HEAD计算值。
３.SURGE CONTROL OFFSET 控制软件会根据喘振测试结果建立喘振曲线的数学模型。该偏移量叠加于喘振线作为进口阀在最小流量状态下的控制线，进口控制器用该变量作为最小流量控制，避免机组进入喘振区。
４.SURGE SAFETY OFFSET 同控制偏移，该值叠加于喘振线作为放空阀的控制值，如运行中达到该值，则放空阀快速反应全部打开，机组脱离喘振区。
５.SURGEWATCH TRIP 当喘振监视值接近该值时会定义为发生一次喘振（可能机组并未有异常），喘振检测计数器进行计数，并且系统会将原始喘振曲线进行修正，各控制线向右推移，提高机组安全系数。
7 .调试与运行存在问题的处理
１.增压机组空载调试运行非常平稳，可是与空分连动时出现二级出口压力的大幅波动，并有加载卸载的波动现象。而对膨胀机来说，要求其进气压力需要非常稳定。通过对Gain(增益)对控制回路调节性能的影响进行分析如图四。我们认为影响因素有两个：一是放空系统压力，建立压力的过程或正常运转的过程中，如其Kp值小，会使得System Pressure 与实际产生很大的误差，无法达到设定值。二是最小流量设定，如其Kp值过大，使得实际反应之流量曲线振幅过大或发散，导致
图四 Kp值对控制回路调节性能的影响
实际流量到达Surge Safety点，回流阀打开。为此我们对二级的防空阀系统压力控制回路之Kp值由１.2改为1.8，最小流量控制回路之Kp值有0.08 下调为0.03。二机系统压力不稳与回流阀突然打开的现象不再出现。
２.空压机组存在喘震计数不断增长的问题，导致其控制曲线不断右移，进口阀进入最小流量控制状态，放空阀被迫打开，致使电耗的升高同时空分进气在分子筛不同的工作过程压力的不稳定，影响了工艺的运行。其原因如下：一是仪表的错误信号，二是外部环境的改变机组无法适应，检测到喘震，三是喘震检测敏感度太高，机组并未进入喘震而程序误判断，四是内部参数组态设置不合适或内部程序出现问题。通过长期观察机组的运行喘震计数增加时机组运行平稳，外部环境也无大的改变，电流及功率值变化亦非常的小。基本可排除前两个原因。因其内部组态在机组运行是不能进行修改，我们对其SURGEWATCH TRIP值进行修改，适当放大其值喘震的计数速度有所减缓，后又利用停机的机会对喘震监视值的组态进行了修改，喘震计数值不再增加，机组运行平稳。
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