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1、仪表专题讲座,大型压缩机组的控制与联锁保护,压缩机组概述,分类,往复式压缩机：适用于流量小，压缩比高的场合。常用控制方案有气缸余隙控制；吸入管线上的顶开阀控制；旁路回流量控制；转速控制等；离心式压缩机：体积小、流量大、运行效率高、易损件少、维护方便、气缸内无油气污染等。,主机：原动机（电动机、汽轮机、燃气轮机）、压缩机、齿轮箱等；辅机：润滑系统、冷却系统、气路系统、调节和控制系统等。,离心式压缩机组的主要控制系统,气量控制系统（负荷控制系统）：通过控制流量或压力来实现。,转速调节：一般根据吸入压力来调节原动机转速。如：电机的变频调速控制；蒸汽透平的主蒸汽阀开度控制。压缩机吸入口或出气口的节流：
2、调节加装在管线上的导向叶片的角度，实现进气量或出气量的控制。,离心式压缩机组的主要控制系统,防喘振控制系统,喘振是离心式压缩机的固有特性。诱因为压缩机负荷下降，发生时会严重损坏机体。,离心式压缩机组的主要控制系统,固定极限流量（最小流量）法：旁路、放空等,可变极限流量法,离心式压缩机组的主要控制系统,压缩机各段吸入温度以及分离罐液位控制保证压缩效率，防止气体带液 压缩机的油路控制系统密封油（或密封气）、控制油、润滑油系统所对应的油槽液位、密封气泄漏量、油压、油温等的检测控制和联锁报警。压缩机轴振动及轴位移监测和联锁保护系统 BENTLY3300、3500，ENTEK6600,离心式压缩机组的联
3、锁保护,联锁的分类（从所起的作用）,启动联锁：B类联锁，“与”的关系；停车联锁：A类联锁（具备第一故障报警功能），“或”的关系；其它联锁：辅助油泵启动等。,联锁的实现,ESD、PLC系统（包含在主装置联锁系统中）：机组另配置电子调速器、超速跳闸模块等保护设备；机组综合控制系统ITCC：集成防喘振控制、联锁保护、电子调速、负荷调节等各种机组控制功能。,离心式压缩机组的联锁保护,联锁设计的原则（故障安全型）,联锁停车回路的发讯元件（如压力开关、停车按钮）在压缩机正常运行期间，触点均为闭合状态，参数越限时，触点断开。联锁停车回路的动作元件（如电磁阀、继电器）在压缩机正常运行时，为带电励磁状态（阀自身
4、或关闭或打开）。对于直接安装在油路上的电磁阀，可采取两阀并联的方式；对于安装在调节阀气路上的电磁阀，可采取两阀串联的形式。故障检测元件尽量采取“三取二”方式（部分参数“二取二”）设置。联锁系统选用具备容错、冗余、SOE等功能的系统。停车联锁信号具备第一故障报警功能，故障发生后，只有待其它联锁信号消失，方可复位。复位按钮、旁路开关采取动作时触点闭合的形式。,压缩机组主要的联锁保护回路,启动联锁：保证机组安全启动,不存在任何停车条件；润滑油压力正常：轴与轴瓦间建立足够的油膜；润滑油温度正常：更好地建立油膜；调速油、动力油压正常：保证调速系统正常工作；油槽油位正常：保证足够的润滑油、调速油等；盘车停
5、止：脱开盘车电机；防喘振阀全开：避免开车过程中出现喘振。其它工艺系统的启动条件：如进出口阀的打开或关闭。,压缩机组主要的联锁保护回路,停车联锁：避免产生设备及人身伤亡事故,轴位移过高：拉伤轴瓦和轴颈、导致转子与定子元件（如迷宫齿、叶轮）摩擦、碰撞致使其损坏。轴振动过高：机组的大多数故障均体现在振动异常升高上。设置振动联锁的场合，一般是水平和垂直两个方向相“与”。部分机组启动时，需要临时摘除振动联锁。转速过高：避免过高的离心力导致飞车，一般设置为原动机转速超过额定转速的10%15%。润滑油压力低：避免高速运动的转子与轴瓦间摩擦加剧，轴承温度飞升，烧坏轴承。,压缩机组主要的联锁保护回路,调速油压力
6、低：防止调速系统动作失灵，造成机组失控。,轴瓦温度过高：避免轴瓦烧坏。密封系统联锁：避免被压缩气体通过固定壳体和旋转轴间隙泄漏。采用油膜密封时，一般设置密封油槽液位低联锁；采用干气密封时，一般设置密封气泄漏量高联锁。吸入罐液位过高：防止气体带液而损坏叶轮。电机故障：电机运行信号的消失、电机绝缘性能下降、电机轴承（定子）温度高等。喘振联锁：一般以一段时间内发生了多次喘振来决定是否停车。,举例：某压缩机在连续10秒内发生二次喘振，将立即打开防喘振阀，使流量增加以脱离喘振区。若连续10秒内发生四次喘振，机组将采取停车措施。,压缩机组主要的联锁保护回路,其它联锁：主要辅助系统的联锁,工艺条件联锁：如入
7、口压力、温度过低或过高，段间出口温度过高，出口压力低或高，进出口阀关闭、相关工艺系统停车等等。,辅助油泵自启动：润滑油压力降低到正常油压的70%80%时，辅助油泵自动启动，确保润滑油压力系统正常。事故油泵自启动：原则上由柴油发电机单独供电。油路系统报警：如油过滤器压差高、油槽油位低等。凝汽式透平的相关联锁：真空度高联锁、凝液泵自启动联锁等。,压缩机组常用的监控系统,一、状态监测系统1、常用检测参数,振幅：反映机器振动剧烈程度，单位为m、mil（1mil=25.4m）；振动频率：转速的倍数频率，1X、2X、X/2；相角：转子某一瞬间所在位置；转速振动形式：时基波形（转轴位置和水平时间轴的关系曲线
8、）、轴心轨迹（轴截面中心运动轨迹的曲线）；其他参数：轴承温度、润滑油温度、介质压力、介质流量等。,压缩机组常用的监控系统,2、电涡流传感器系统,1）状态监测传感器类型：接触式、非接触式；2）常见电涡流传感器型号：BENTLY3300 5mm/8mm/11mm系列、BENTLY3300 XL 8mm系列、ENTEK1900系列、Metrix1005、1007系列等。3）电涡流传感器系统的构成：探头、延伸电缆、前置器（变送器）；4）工作原理：涡流效应（导体在变化磁场中所产生的感应电流）。,H2抵消部分H1，导致线圈阻抗Z、电感L、品质因数Q发生变化；选取某一参数（如：L、Z），经一定的转换电路可将
9、参数的变化转换成电压输出；研究参数与距离间的对应函数关系，使其构成单值函数，如：Z=f（、x、）,压缩机组常用的监控系统,5）BENTLY 3300 XL电涡流传感器型号简介,前置器：330180-AXX-BXX A：总长度和安装选项；B：批准机构延伸电缆：330130-AXXX-BXX-CXX A：电缆长度；B：接头保护器和电缆选项；C：批准机构传感器探头：部件号 AXX BXX CXX DXX EXX,压缩机组常用的监控系统,电涡流传感器系统特性,延伸电缆+探头长度应与前置器相匹配探头直流阻抗位于6.9510.77之间；3300 XL前置器到监测器 305 米；电涡流传感器系统只允许单端（
10、现场或控制室）接地；电涡流传感器系统的线性范围为 2mm（80mils）；电涡流传感器系统的灵敏度：标准5m、9m系统分别为7.87V/mm（200mV/mil）5、7.87V/mm（200mV/mil）6.5。,压缩机组常用的监控系统,6）传感器探头的安装,外观检查测量直流阻抗静态调校：TK3校验仪、数字电压表以测得探头线性范围的中点电压作为安装的参考电压（-8-10VDC）,根据确定的间隙电压，在正交方向安装固定两个振动探头；测量轴窜量，根据零点电压计算远、近端电压，根据此电压安装固定轴位移探头（远端电压=零点电压+窜量*选取的线性范围平均灵敏度/2；近端电压=零点电压-窜量*选取的线性范
11、围平均灵敏度/2）,压缩机组常用的监控系统,3、监测系统,1）BENTLY 3300监视仪特点：液晶数字式表头、通过DIP开关和内部短接片进行组态设定、414个可选位置的框架结构。主要硬件电源模件：3300/12（115、220VAC）、3300/14（DC电源）监测器模件：3300/03，对框架中的模件进行报警设定点调整、报警确认复位；连接键相位传感器，为其提供电源；实现框架内各安装模件的内部通讯等；双通道振动监测器模件（3300/16）：连续测量两个轴振动及间隙电压信号。LED指示灯有OK（绿，常亮，闪烁表示曾经发生异常）、ALERT/DANGER（红，常灭，有报警/联锁时，闪烁）、BYP
12、ASS（红，当通道的联锁功能或通道被旁路时，点亮）；具有DIP设定开关及内部跳线。双通道轴位移监测器模件（3300/20）：连续测量两个轴位移及间隙电压信号。,轴振动监测器的现场接线图,压缩机组常用的监控系统,2）BENTLY 3500监视仪,特点：基于Windows的软件操作平台、通过软件进行组态设定、卡件可热插拔、系统可靠性高。主要硬件（前端面板模件+背面I/O模件）电源模件：3500/15（110VAC、220VAC、24VDC可选），半高模块；机架接口模块RIM（3500/20）：实现机架与PC之间的通讯、报警确认复位等；监测器模件（3500/42M）：四通道，可实现轴振动、轴位移、偏
13、心度、加速度、速度等过程变量的监视，同时可对输入信号设置报警、联锁。四通道继电器模块（3500/32）：具有四路继电器输出，每路的输出状态由从一个或多个监测器模块送来的报警数值通过“与”、“或”逻辑判断后产生。键相位模块（3500/25）：半高模块，每个模块可接收两个键相位传感器输入，用于获取数字键相信号、机组转速。,压缩机组常用的监控系统,3500系统组态简介,组态步骤：打开组态软件连接PC机与3500系统上传缺省组态文件修改、设定组态数据下装组态文件并保存断开连接主要组态内容：位号、测量变量类型（振动、位移等）、I/O模件类型、量程范围、报警/联锁延时时间及是否自锁等、报警联锁值设置、联锁
14、动作逻辑设定等。日常使用：监控实时运行数据及系统状态、回路联校、报警/联锁旁路等。,压缩机组常用的监控系统,3500系统配置实例,压缩机组常用的监控系统,4、轴振动/位移异常原因,1）机械/工艺原因：修理不足，引起瓦块间隙增大；转子不平衡、转轴弯曲；机组润滑不良；油膜振荡（如润滑油带水）；介质带液；叶轮结焦、结垢且分布不均（导致转子不平衡）；压缩机憋压；喘振等。2）仪表原因：探头磨损；接头松动或接触不良；间隙电压过低或过高；电磁干扰；三芯电缆屏蔽层对地；探头、延伸电缆破皮；系统或卡件死机。3）仪表检查处理步骤：检查探头直流阻抗；检查间隙电压；紧固、清洗延伸电缆及前置器等各个连接处；检查电缆等的
15、屏蔽接地情况；对于卡件或系统的死机需要在摘除相关联锁后对系统、卡件停电重启。一般探头和前置器的检查可采取“替换法”。,压缩机组常用的监控系统,二、电子调速系统,组成：一次测量元件、电子调速器、电液转换器、调速阀等,Woodward 505E电子调速器,硬件：电源卡、存储器卡、速度信号输入模块（两个无源磁性探头MPU输入的频率信号高选）、执行器驱动模块（420/20160mAE/H）、模拟量输入/输出模块（各6个）、开关量输入（16个）/输出（8个）模块、串行通信模件,转速（频率齿数）*齿比*60,HP、LP存在耦合关系，单独改变一个开度，对透平转速、抽汽量等均产生影响,反作用，转速低于设定值时
16、，控制器输出增加，开大HP阀和LP阀,正作用，抽汽量高于设定值时，控制器输出增加，开大LP阀，关小HP阀。,压缩机组常用的监控系统,软件上主要的需组态程序模块,透平启动模块：选择透平的启动方式（手动、自动或半自动）等。速度控制模块：是否使用第2路速度输入、故障转速数值、PID参数等与转速控制有关的信息。速度参考模块：调速器的转速控制范围、是否使用远程设定、超速跳闸值等。抽汽控制模块：抽汽信号的单位/量程；回路的PID参数；回路的正、反作用形式等抽汽控制的有关数据。透平特性参数模块（比例限制器）：选择LP、HP的解耦方式，确定控制中是转速优先还是抽汽优先等。执行器输出模块：输出采用何种电流方式，
17、执行器发生故障时505E是否停机等。I/O模块：组态AI/AO/DI/DO的各通道是否使用，若使用，表示何种功能及量程范围等。,压缩机组常用的监控系统,三、超速跳闸保护系统 Protech 203,作用：避免调速器等控制设备失效造成透平失控，需单独设置组成：三个构造相同、相互独立的转速传感单元组成,各单元联锁继电器的输出通过一个“三取二”硬件表决器送出一般采用失励跳闸型,压缩机组常用的监控系统,四、汽轮机一压缩机组集成综合控制系统ITCC,代表产品：TRICONEX公司的TS3000、WOODWARD公司的MicroNet、CCC公司的5系列Vanguard综合控制系统、GE公司的Unicos
18、综合控制系统、德国ManTurbo公司的Turwin综合控制系统系统构成：以具备冗余、容错、TMR功能的控制系统为核心，配备人机接口单元（HMI）及相应的软件 以TS3000为例：其核心系统为TRICON的ESD系统，软件系统包括：Tristation 1131（需安装“机械控制软件包”，包括：喘振控制功能库、蒸汽透平功能库、燃汽轮机功能库等）、上位机组态软件 i.FIX 或INTOUCH,压缩机组常用的监控系统,特点：将以往用于压缩机的调速、防喘振、联锁等控制的多个系统功能集于一身，简化系统结构，易于维护操作，减少不同系统间的连接，降低故障率，提高系统可靠性。同时，提供了很多先进控制技术，能
19、提高机组运行效率。,压缩机组常用的监控系统,ITCC的主要功能,汽轮机控制：汽轮机启动、暖机、升速、运行、停止顺序控制；转速、抽汽量的控制等。,工艺过程控制：负荷调节；润滑油、密封等辅助系统的控制。,压缩机组常用的监控系统,防喘振控制：动态防喘振控制技术；防喘振控制与转速控制、负荷控制、工艺过程控制之间的解耦。,联锁停车（ESD）功能：实现故障时机组的紧急停车，并使防喘振阀、事故油泵等设备动作。,实时计算喘振线及防喘振控制线，为防喘振控制器提供设定点，使阀门动作及时；系统发生喘振后，对防喘振控制线安全边界重新调整（如向右平移）；防喘振阀的快开慢关响应（动作速率限制，PID参数可变等）,谢谢！,
