电驱离心管线压缩机先进控制方法及应用

电驱离心管线压缩机先进控制方法及应用

程宝清

南京科远智慧科技集团股份有限公司 江苏 南京 210000

摘要：在对电驱离心管线压缩机进行运用的过程中，所要应用的辅助设备数量较多，因此，在将其运行的过程中，若通过手动方式对辅助设备进行启动，则会造成人工与时间的损耗现象。与此同时，通过手动方式启动设备，还对工作人员的综合素质具备极高的要求。本文对以上问题提供了相应的处理措施，如“一键启动控制方法”与“负荷分配控制方法”，以供相关人士参考。

关键词：电驱；管线压缩机；控制方法；应用

前言：离心式压缩机为一种速度型压缩机。在这其中，存在一个或多个旋转叶轮（通常设置于侧面）使得气体加速，且主气流为径向。由于离心式压缩机隶属于涡轮压缩机，且在对其进行使用的过程中具备平稳、体积小、产量高、处理效率高、结构简单等优势，使其在我国诸多方面都得以广泛使用，如化工方面、石油方面、纺织方面与机械制造等方面。鉴于此，其在运行过程中程序的简便性与安全性均受到人们的重视，且在工农业的生产工作中具备极大作用。例如，在我国天然气得到广泛使用的时代背景下，各石油公司中的使用者也对天然气管线压缩机控制工作的智能化提出更高的需求。在天然气压气站的智能化进程中，电驱离心管线压缩机组的控制情况起到决定性的作用。本文主要以天然气中应用的电驱离心管线压缩机为例，对管线压缩机的启动环节与机组并联运行情况进行分析，并对其提出相应的改进措施。

1. 离心式压缩机工作的基本特点与原理

在离心式压缩机运行的过程中，基本原理是通过对叶轮高速转动的运用，使得动机内部的气体也随之出现旋转现象。这样一来，会在使压力得以提升的同时，叶轮与气体旋转的速度也随之升高，进而产生较之前相比更大的离心力，从而使气体所获得的势能得以提升。在离心压缩机的主要组成成分中，当气流经过叶轮后方的扩散器部位时，由于横截面的逐步扩大，使得气流前方与后方的速度不具备一致性。具体而言，前方速度较慢，后方速度较快。这样一来，就会使得气体的势能转化为静压能量。这样一来，可以使压力得到更深层次的提升。在离心式压缩机将所排出的气体传输至管网中时，若压缩机所排出的气体与气流压力稳定性较高，则说明两者表现具备协调性与一致性，且工作状态具备较高的稳定性。在此过程中，为使其稳定性得到保障，则要对以下内容加以满足：1.在压缩机中，要求排气量与管网进气量保持一致，以此使压缩机稳定性得到保障；2.在压缩机中，要求排气压力与管网需求压力保持一致，以使压缩机稳定性得到保障[1]。

2. 离心压缩机的喘振

离心机的喘振现象即其运行过程中在某一状态下所产生的特有现象。例如，进入压缩机的气体流量无法满足压缩机的具体需求时，则会造成外部系统的压力大于压缩机内部压力的情况。此时，在整个扩压器流路中，将会出现较为激烈的旋转失速情况，压缩机出口位置的压力随之大幅度减少。这样一来，会使得压缩机出口压力与管网压力相比较低的情况发生，从而出现气体向压缩机流回的现象，该现象一直持续至网管压力低于压缩机出口压力。在这之后，压缩机继续向管网提供气体，从而使得压缩机运行情况处于正常水平。在管网压力处于正常水平后，气体流量并无法与喘振流量相适应，使得压缩机出现较为激烈的旋转失速现象。在出口压力持续减少情况下，会造成管网中气体流回压缩机的现象发生。这样一来，会使得一定时间段内气体被输送至管网中，且压缩机气流会流回压缩机，从而造成压缩机流量与出口压力呈周期性变化现象的出现，致使压缩机中气流波动较大的情况产生，从而导致机器发出砰砰的声音，此现象便是喘振现象。

在离心式压缩机的使用过程中，喘振现象是具备独特性的。通常来说，管网容量与喘振振幅呈正相关，与频率呈负相关。若管网具备较大的容量，则喘振振幅也会随之增大，频率会随之降低。相反，若管网具备较小的容量，则喘振振幅也会随之降低，频率会随之升高。

3. 一键启动控制方法

以天然气管线压缩机组的控制技术为基础，以该设备前一次停机方法的区别为依据，可以将一键启动环节划分为以下两方面：

3.1压缩机正常停车或保压紧急停车后的一键启动

在此过程中，对于其启动的主要流程如下：1.按下一键启动相应按键，后进行下一步；2.对外部启动条件与要求间的符合程度进行比较，若全部符合，则进行下一步；3.对隔离器压力与正常范围内数据间的契合度进行比较，若合乎标准，则进行下一步；4.对润滑油泵进行运行，并在运行T1分钟后，对润滑油压力与正常范围内数据间的契合度进行比较，若合乎标准，则进行下一步骤；5.对干气进行开放工作，与此同时，对外部气源阀门进行密封操作。在经过T2分钟的开放过程后，要求相关工作人员对气密封系统的运行情况与要求间的契合度进行比较，若合乎标准，则进行下一步；6.对阀门顺序控制程序进行运行，以使机组冲压，在此之后进行下一步；7.对前六步的实际情况与要求标准间的契合度进行再次检查，若均符合标准，则进行下一步；8.对主电机进行运行，并将转速调至最小工作转速。在这之后，一键启动过程得以完成

[2]。

3.2压缩机泄压紧急停车后的一键启动

在此过程中，其启动的主要流程如下：1.按下一键启动相应按键，后进行下一步；2.对外部启动条件与要求间的符合程度进行比较，若全部符合，则进行下一步；3.对隔离器压力与正常范围内数据间的契合度进行比较，若合乎标准，则进行下一步；4.对润滑油泵进行运行，并在运行T3分钟后，对润滑油压力与正常范围内数据间的契合度进行比较，若合乎标准，则进行下一步骤；5.对干气进行开放工作，与此同时，对外部气源阀门进行密封操作。在经过T4分钟的开放过程后，要求相关工作人员对气密封系统的运行情况与要求间的契合度进行比较，若合乎标准，则进行下一步；6.对压缩机气体置换程序进行执行，并在此程序完成后进行下一步；7.对前六步的实际情况与要求标准间的契合度进行再次检查，若均符合标准，则进行下一步；8.对主电机进行运行，并将转速调至最小工作转速。在这之后，一键启动过程得以完成。

在此过程中，要求以以下步骤对置换程序进行执行：1.对阀门实际状态与相应标准件的契合度进行比较。在此过程中，应确保入口加载阀处于全开状态、外部密封气阀处于打开状态、防喘阀处于全开状态、放空阀处于打开状态、入口切断阀处于全关状态、出口切断阀处于全关状态。在此之后，进行下一步；2.对防喘阀进行关停处理；3.对入口加载阀进行打开处理，使吹扫压缩机管路的置换工作得以顺利进行。与此同时，应将吹扫步骤所花费时间延长T5分钟；4.使防喘阀处于开放状态，对使吹扫压缩机管路的置换工作得以顺利进行。与此同时，应将吹扫步骤所花费时间延长T6分钟；5.将放空阀关闭。在这之后，置换程序得以完成。

4. 负荷分配控制方法

为对多个压缩机并联运行易产生一些问题的情况进行处理，如负荷分配不均、抢负荷、无法对总管压力与流量进行实时控制、互相干扰等，要求相关工作人员在使设备与机组运行过程的稳定性得到保障的基础上，完善与改进相应控制方法与系统。本文以图1为基础，对负荷分配控制方法进行阐述。

图1 电驱离心管线压缩机组负荷分配控制示意图

在该示意图中，由1#压缩机与2#压缩机对负荷分配管网中的两台压缩机进行替代。在负荷分配控制系统MCS中，可以对相应主控制器进行设立，以此对主控工艺参数的调节进行负责,并采用设定值的形式,将运算所得负荷结果分配给各压缩机的性能控制器中。在负荷分配控制器中,可以分别使用LSC1和LSC2对一压缩机和二压缩机的配置性能控制器进行指代。在压缩机工作过程中,LSC1和LSC2的功能主要是对负荷分配主控制器的负载设定值进行接收,并通过变频器,对压缩机的转速进行调节，以此使压缩机在全过程中均能与主控制器所要求的标准相适应。除此之外，MCS还对两压缩机各设置了防喘振控制器，1#压缩机对应AS1,2#压缩机对应AS2。通过对防喘振控制器的设置，可以对防喘阀门进行控制，以对机组中喘振隐患的预防工作得以保障。与此同时，可以通过对防喘振阀门进行相应打开或关闭，以此对控制器对于负荷分配主控制器预设负荷值的维持工作起到促进作用[3]。

因此,在出口总管的压力调节中,在对负荷分配方式实施调节的过程中,调整动作又可以区分为如下两层:第一层是用MCS测量的出口总管压力。在这其中,通过以对MCS自身PID计算的输出为基准,对气体压缩机速度进行了监控,并将其结果传送至各台分机的性能控制器LSC1和LSC2中。而在此之后,又通过对LSC1、LSC2监控功能的应用,对变频电机的速度进行了监控，以此使对压缩机总体负荷的调整工作得以完成，并对出口压力的调整工作进行满足。在第二层调节过程中，要以第一层调节为基础。在第一层对压缩机进行调节的过程中，虽然使得排气压力的要求得以满足，然而并未使各机组间具备较为突出的平衡性。鉴于此，在对第一层进行调节的过程中，要对全部压缩机中的喘振控制器进行计算，并以此为基础，对其运行点距防喘线的距离值K1与K2进行测量，并通过加权平均运算的方式计算出结果，将所得结果向相应性能控制器传输，并将此结果作为该控制器中PID的设定值。在此之后，要使LSC1、LSC2中的PID调节相应以上层调节为基础，将所得结果进行输出，以对压缩机转速进行控制。在此过程中，要求两控制器相平衡，以使其达到等距效果。

结束语

本文中所提及到的电驱离心管线压缩机“一键启动控制方法”与“负荷分配控制方法”均由相应单位进行验证，结果可得，上述两种方法具备较高的先进性与可靠性。通过对一键启动控制方法与负荷分配控制方法的使用，可以使管线压缩机的自动化控制水平得到大幅度的提升，压缩机启动过程所耗费的时间得到大幅度缩减，使得资源与人力的消耗量都得到最大程度的节约，从而使得其经济效益得到最大程度的提升，并为未来压气站无人化值守目标的实现奠定了相应的技术基础。与此同时，还可以将一键启动控制方法与负荷分配控制方法运用于同类型机组中，因此，上述两种方法具备极高的推广价值。

参考文献

[1]杨明成,程宝清,张汝峰,任昱宁.管线压缩机组负荷分配控制方案的仿真与实现[J].热能动力工程,2023,38(01):191-201.

[2]马亮,张磊,许铁岩,闫昌盛.首台国产天然气长输管线压缩机组负荷分配控制系统研究[J].热能动力工程,2021,36(03):130-137.

[3]马凯,张庆,赵林涛,刘幸红.电驱离心管线压缩机先进控制方法及应用[J].工业仪表与自动化装置,2019(05):107-109.