离心压缩机组控制系统的研究与设计-硕士学位论文.doc

1、分类号 密 级 U D C 学 位 论 文离心压缩机组控制系统的研究与设计作 者 姓 名 ：指 导 教 师 ：申请学位级别： 硕士 学 科 类 别 ：专业学位学科专业名称： 控 制 工 程论文提交日期： 论文答辩日期：学位授予日期： 年 月 日 答 辩 委 员 会 主 席 ： 教授评 阅 人 ： 东 北 大 学II年 月东北大学硕士学位论文 摘 要III离心压缩机组控制系统的研究与设计摘 要离心压缩机广泛应用于冶金、石化、煤化工、PTA、长输管线等石油化工领域，是生产过程中十分重要的关键型设备，用来输送各种工艺气体或混合气体，通过叶轮的压缩并提高其压力，满足后续流程需要的各种工况条件的气体。随

2、着我国石油化工工业的飞速发展，对离心压缩机组及离心压缩机组控制系统的要求也越来越高，而控制系统及防喘振系统的自动化程度也显得尤为重要。 本课题的研究内容主要包括以下几个部分：（1）通过介绍离心压缩机的结构、分类及工作原理，了解离心压缩机的性能，为压缩机控制系统的设计内容确立了研究目标；（2）对压缩机组控制系统中的喘振的危害、喘振的原因、喘振线、防喘振线及快开线进行了详细的介绍，并对调速控制、压力调节系统、温度调节系统、液位调节系统、差压调节系统做了介绍，还描述了压缩机组控制系统一些必要的报警及联锁保护系统；（3）根据离心压缩机的工艺流程，介绍压缩机的气路系统和润滑油路系统现场仪表的选用；（4）

3、根据压缩机组的控制要求及各个调节系统控制要求对压缩机组控制系统的硬件进行研究与设计，并对压缩机控制系统的逻辑做了简单介绍。关键字：机组控制系统;防喘振控制;离心压缩机;检测仪表 东北大学硕士学位论文 AbstractIV Research and Design on Centrifugal Compressor Control SystemAbstractCentrifugal compressor is the crucial device during the process of the production for it widely are used in metallurgy, p

4、etrochemical, chemical, PTA, long distance pipeline and oil field of chemical industry. During this process production, the centrifugal compressor is utilized to convey various process gas or other gases, and the pressure is improved via the impeller compression, then the following needed gas under

5、the various case condition will be meet. With the rapid development of Chinas oil chemical industry, the requirement of both centrifugal compressor and centrifugal compressor control system is more power. Meanwhile, the automatically of both the control system and antis urge control system is partic

6、ularly important.The mainly research content includes the following four parts:(1) The structure, classification and working principle of the centrifugal compressor is introduced firstly, and the characteristic of the centrifugal compressor is learned fatherly. Based both the introduction and learni

7、ng, the research purpose of the centrifugal compressor is confirmed.(2) The surge harm, surge reason, surge line and anti-surge line of the compressor control system are expatiated firstly. The speed regulation control, pressure regulating system, temperature control system, liquid level control sys

8、tem and different pressure control system of the centrifugal compressor are all further introduced and the necessary alarm and interlock protection system are all described in this part.(3) According to the process flow of centrifugal compressor, take the compressor pneumatic system and lubricants r

9、oad system as two examples to complete the selection of the centrifugal compressor field instrument.(4) Based on the control requirement of the centrifugal compressor and each regulation system to design the hardware and software of the centrifugal compressor. And the logic of the centrifugal compre

10、ssor is introduced briefly.东北大学硕士学位论文 AbstractV Keywords: centrifugal compressor control system;anti-surge control system;centrifugal compressor; detection instrument. 东北大学硕士学位论文 目 录VI 目 录摘 要 .IIAbstract .III第 1 章 绪论 .11.1 研究的背景与意义 .11.1.1 研究的背景 .11.1.2 研究的意义 .11.2 离心压缩机控制系统现状和发展趋势 .21.2.1 离心压缩机控制系统

11、现状 .21.2.2 离心压缩机控制系统发展趋势 .31.3 论文研究的主要内容 .3第 2 章 离心压缩机的结构和工作原理 .52.1 离心压缩机的结构、分类 .52.2 离心压缩机的工作原理 .82.3 离心压缩机的性能曲线 .82.4 本章小结 .10第 3 章 离心压缩机组控制系统的设计 .113.1 离心压缩机组的工艺流程 .113.2 离心压缩机组系统的控制要求 .123.3 离心压缩机防喘振控制系统 .133.3.1 离心压缩机喘振线 .133.3.2 离心压缩机喘振产生的原因 .143.3.3 离心压缩机喘振的危害 .153.3.4 离心压缩机喘振的防治 .153.3.5 多种

12、防喘振控制系统方案 .153.3.6 离心压缩机防喘振线及快开线 .163.4 汽轮机转速控制系统及超速保护系统 .173.5 离心压缩机组的调节系统 .183.5.1 流量调节系统 .18东北大学硕士学位论文 目 录VII 3.5.2 压力调节系统 .193.5.3 温度调节系统 .203.5.4 液位调节系统 .213.5.5 差压调节系统 .223.6 离心压缩机组报警及联锁保护系统 .233.7 本章小结 .24第 4 章 离心压缩机组工艺参数检测 .254.1 离心压缩机气路系统工艺参数检测 .254.1.1 压力检测 .264.1.2 温度检测 .274.1.3 流量检测 .274

13、.1.4 调节阀的选用 .304.1.5 离心压缩机轴系振动、位移的检测 .334.2 离心压缩机润滑油路系统及工艺参数检测 .374.3 本章小结 .39第 5 章 离心压缩机组控制系统硬件及软件的研究与设计 .415.1 离心压缩机组控制系统总体要求 .415.2 离心压缩机组控制系统的配置图 .415.3 离心压缩机组控制系统下位机的硬件配置 .425.2.1 TS-3000 控制系统简介 .425.2.2 TS-3000 控制系统主要特点 .425.2.3 TS-3000 控制系统主要功能 .435.2.4 TS-3000 控制系统硬件配置 .435.4 离心压缩机控制系统的上位机配置

14、及功能说明 .465.5 离心压缩机控制系统的逻辑设计 .495.5.1 离心压缩机的允许启动逻辑 .495.5.2 离心压缩机的报警逻辑 .515.5.3 离心压缩机的联锁停机逻辑 .545.6 离心压缩机控制系统的组态软件设计 .565.7 本章小结 .56第 6 章 结论与展望 .576.1 结论 .576.2 展望 .57东北大学硕士学位论文 目 录VIII参 考 文 献 .59附 录 .61致 谢 .63东北大学硕士学位论文 第 1 章 绪论- 1 -第 1 章 绪 论1.1 研究的背景与意义1.1.1 研究的背景随着我国国民经济的迅猛发展，中小型炼油装置、小型空分装置、煤化工装置及

15、乙烯装置规模已经远远不能满足国民生产、生活的需要。我国在近几年内要长足发展大型高效、低耗炼油装置、大型空分装置、煤化工装置及乙烯装置，以获取巨大的规模效益，逐步实现大炼油、大化肥、大乙烯、大空分、大型煤化工和长输管线的国产化。离心压缩机是大型石油、化工、煤化工、长输管线、天然气、制冷等装置的核心设备，在装置运转中有着不可替代的作用。随着我国石油化工工业的高速发展，各装置的规模也越来越大，由于压缩机是装置中的重要设备，除了对压缩机本身结构的要求越来越高，对离心压缩机组及离心压缩机组控制系统的要求也越来越高，对控制系统及防喘振系统的自动化研究也是非常重要的 1。为了保证离心压缩机整个机组能稳定、安

16、全的运行，必须通过各种检测仪表及自动控制系统对离心压缩机的整个运行状态进行检测，实现一系列自动控制，包括最主要的压缩机的防喘振控制，调速控制，各种联锁保护等等，提供工作效率的同时提高压缩机的效率 2。1.1.2 研究的意义离心压缩机是沈鼓的主打产品，广泛应用于冶金、石化、煤化工、PTA、长输管线等石油化工领域，是生产过程中十分重要的关键型设备，用来输送各种工艺气体或混合气体，通过叶轮的压缩并提高其压力，满足后续流程需要的各种工况条件的气体。随着我国石油化工工业的飞速发展，对离心压缩机组及离心压缩机组控制系统的要求也越来越高，而控制系统及防喘振系统的自动化程度也显得尤为重要 3。近些年我们国家石

17、油化工工业向世界先进领域靠拢，向大型化，巨大型发展，致使离心压缩机也向更大容量，更高压，更智能控制方向发展，为离心压缩机的控制提出了更高的控制要求。离心压缩机自身结构方面我们沈鼓已经跻身领先阶段，各种大型装置用的离心压缩机陆续国产化，东北大学硕士学位论文 第 1 章 绪论- 2 -如大型空分装置用压缩机：山东德州华鲁恒升 4.0 万空分装置、中国石化安庆分公司 4.8 万空分用装置、湖北化肥公司 4.8 万空分用装置等等；近几年来我公司完成了海南炼油、青岛炼油、惠州炼油、福建炼油、上海金山、华锦等一系列大炼油项目用压缩机；还有现在正在逐步国产化的长输管线用离心压缩机，2001 年为陕宁支线研制

18、出的 PCL303 压缩机，是我国第一台国产化长输管线压缩机。为了加快各种大型装置用离心压缩机国产化的步伐，离心压缩机的控制同样也要更近一步，向国际化进军。各种装置用压缩机的大型化、复杂化给压缩机组控制系统的设计与应用都提出了更高的要求，怎样能使压缩机平稳的运行，怎样使压缩机组的控制系统更加智能化，这也是研究的意义所在。1.2 离心压缩机控制系统现状和发展趋势1.2.1 离心压缩机控制系统现状自动控制系统是随着由于现代工业自动化的快速发展，计算机技术的广泛应用，使得离心压缩机的控制系统也迅猛发展起来，不在依赖于更多的人在现场做大量的工作，以此来保证离心压缩机组的平稳运行，而是更多的依赖于高科技

19、。就沈鼓来说，离心压缩机组的控制系统现在主要采用两种方式：（1）由装置的集散控制系统（Disteibuted Control System，简称 DCS）来实现对离心压缩机组的控制。DCS 集散控制系统，是一种集计算机技术、控制技术、通讯技术和 CRT 技术为一体的新型控制系统 4。DCS 控制系统采用分散控制，集中管理，具有较高的稳定性，也是许多工业化工企业选择的离心压缩机的控制方式之一，主要依赖于工业计算机的集中控制，通过网路将硬件连接起来。集散控制系统具有操作方便简单、维护方便、功能强大及易于扩展等特点。（2）把离心压缩机及驱动机作为一个整体，采用可编程逻辑控制器（Progrmnmable Logic Controller，简称 PLC）来控制，我们沈鼓的离心压缩机基本上大多数都是采用这种控制方式。PLC 控制系统以成为一种主流控制方式，可编程逻辑控制器 PLC 是在现在自动控制理论、计算机技术和现代通讯技术的基础之上发展起来的 5。它可以实现与上位机计算机的通讯，还可以实现与其他系统的通讯（旋转机械的振动、位移监测系统） ，根据工业设备及现场的环境条件选择控制器的硬件，在根据实际控制要求选择软件进行编程。可编程逻辑控制器 PLC 具有结构紧凑、运行速度快、稳定性高、接线简单、功能强大、