了解多离心式空气压缩机系统的控制
介绍
市场上的大多数“定序器”设计用于螺杆（或往复式）压缩机，“正排量”型。当这些控制器适用于离心式压缩机时，最终结果并不总是最优的。其结果是，与手动单独操作相比，能耗更高，可靠性更低。
其次，离心式压缩机不能将入口流量降低到其“喘振”点以下，大约在满负荷能力的60%到80%之间，这取决于特定的空气动力学特性。螺杆压缩机可以以多种方式（变速、变排量、装卸、启动-停止或组合）从0%到100%高效运行。
第三，离心式压缩机通常设计为“比例”控制，而不是“离散”控制。通常，它们不会作为加载卸载运行。它们的轴承通常也不是为频繁的在线/离线操作而设计的。我知道市场上有一些离心机，声称可以像螺杆压缩机一样工作，并且有反向推力轴承。然而，对于本文，将假设采用高速轴向轴承的传统离心压缩机设计。
最后，一些离心式压缩机的部分负载性能有时不好，即使没有排气。运行入口调节时，压缩机比其“最佳效率点”低10%至20%。不错，但不理想。
这些差异使得多台离心压缩机的控制与多台螺杆压缩机有很大的不同。
实际项目
15年前，我对装有四台800 hp Joy TA离心式压缩机的压缩空气系统进行了1级审核。该系统如2002年所示，见图1。三个并联运行，带有本地控制，一个在系统的分段部分运行。两台压缩机将被排放，每个子系统中一台，约占10%，对于如此大的系统来说，这仍然是一个很高的数字，每年约50000美元的废物。它们都是通过再生干燥器运行的，其中一些是吹扫式的，每当它们开始吹扫时，都会给压缩机增加随机负载。
在1级报告中，我推荐了一个主控制系统来优化压缩机的运行，以及升级干燥器。manbetx客户端12-5下载那时，我还没有实现这种类型的主控件的经验，可能已经过度简化了站点的过程。
图1。改进前的系统布局
2010年，我再次来到这个地方，在一个不太完美的项目实施后，我观察了这个系统。他们决定在没有主控制器的情况下，为所有四个压缩机单独安装新的控制面板升级，并(以“级联”方式)将它们分级。新的控制忠实地开始和加载/卸载最后的四个压缩机。这主要是由于错误的负载从干燥机清洗，并循环第三个时，干燥机停止清洗。联合压缩空气系统比2002年有更多的排放，大约8万美元/年的废物。能量上升了，而不是下降了。当您级联控制多台离心式压缩机时，大约70%的时间内会发生吹气，见图2。请参见图3，了解这个特定系统的实际功率与时间的关系。
图2。多级离心压缩机级联系统的排污
图3。串级控制中的压缩机运行
为了消除或至少最小化排放，需要实施与串级控制不同的主控类型。评估了几种备选方案。本文将讨论两个问题，“负载共享”和“混合”。
负荷分担
想象两匹牵引马，两匹都在同一个犁上均匀地平行牵引。要做到这一点，它们需要正确地系好安全带，均匀而笔直地拉动。犁本身倾向于调整，以保持它们之间的拉力均匀。否则它就不会保持直线。牵引马比离心式压缩机更易于“部分加载”。如果他们有一个低容量的“激增”问题，那就好像他们只能使劲拉或者根本拉不动，或者冒险猛拉衣领，然后放松，来回走动。
驾驶员有多个控制级别，包括线束调整和缰绳。每匹马的马具都可以调整，因此“轨迹”中的力可能是平衡的，假设马的拉力相等。然后，驾驶员使用缰绳控制每匹马尽可能均匀地拉动，或故意不对称拉动以转动负载。
类似地，在一个系统中运行的两台离心式压缩机需要足够的负载，以便能够均匀地分担负载，并且在负载时需要一个补偿机构来均匀地分担负载。如果压缩机不像牵引马那样并排放置，这将变得更加困难。但是，进行负载共享仍然是可行的。
负荷分担基本上是通过在一个压力范围内“撞击”压缩机设定值来完成的，以使两个压缩机(或一组多于2个)都在较高的范围内运行，如果可能的话，没有吹气。系统中共享的压缩机越多，联合“关断”的次数就越多，放空的可能性也就越小。例如，对于示例项目中的压缩机，我们测量了以下性能点:
满载，进气阀100%打开：
- 3300年icfm
- 650千瓦
- 比性能=5.08 icfm/kW
最小负载，入口阀45%打开，BOV开始打开：
- 2300 icfm（71%容量，29%关闭）
- 542千瓦
- 比性能= 4.24 icfm/kW
一台压缩机运行时，关小率仅为1000 icfm。有两台时，两台压缩机合起来的关度为2000等等。因此，运行的压缩机越多，潜在的联合关断量就越大。这是，如果一个人可以改变所有单位的设定值，让它们平均分担负荷。
例如，如果需求是11000 acfm，我们将不得不运行4台压缩机。集合的容量百分比为11000 / (4 x 3300) = 83%。这一比例超过了71%，因此这套压缩机理论上可以分担负荷，满足需求。在一个完美平衡的系统中，总功率分别为2355千瓦和589千瓦。
如果所有设备都设置在相同的压力下，比如100 psig，并且它们之间的管道足够大，那么它们几乎可以自己分担负载。然而，在实际系统中，每个压缩机排放口和公共集管之间存在不同的压差。这导致了不平等的分享。例如，如果该系统中的一台压缩机具有限制性管道，需要2 psi以上的压力才能达到与其他三台相同的排放压力，则可能使压缩机摆动超过30%的容量。其中三台压缩机可能为90%，而第四台压缩机为60%。60%的机组将处于排放状态。如果它在那里停留太久，本地控制可能会卸载装置，压力会迅速下降，需要立即重新加载，从而导致不稳定。
一个负荷分担的主控制器将实时感知所有压缩机的进口和排气阀门的状态，并在排气过程中“撞击”压缩机的设定值，以将其取出。在这种情况下，它会使单位在60%到100.25 psig，然后是100.5 psig，直到排污阀关闭和进口打开。当压力轻微上升时，其他单元也会同时减速，设定点不会发生变化。四个人一组，三个人的比例是85%，第四个人的比例是75%，没有吹气。性能不会“完美”，但比以前好多了。在部分节流状态下的具体性能仍低于满负荷状态，但要好于放空状态。系统会更稳定。然而，在较低的流量下，排污是不可避免的。在两台和三台压缩机运行时，没有足够的转速来避免它。见图4。
图4。纯负载共享控制策略
远程启动-停止负载共享
一些负载共享算法仅平衡压缩器。他们不会在足够低的音量时关闭压缩机。这对于负载平坦的系统来说是可以的。但如果需求浮动，能够启动和停止的主控制系统，以及负载分担，可以节省更多能源。manbetx客户端12-5下载
例如，在9900 acfm或以下，四台压缩机运行时，负载共享主控制器可指示其中一台离心式压缩机卸载，然后在其他机组能够满载并承载9900 scfm时停止。这种转换存在一些控制风险，但合格的主控制工程师可以调整压缩机和主控制器，使其在无压力下降的情况下平稳移动。
实现需要的不仅仅是添加一个黑盒。较旧的压缩机可能需要新的进气阀和排气阀执行器，并添加更好的喘振控制装置，以提高压缩机跟随负载的速度和精度，而不会产生喘振。我们知道有几家压缩机OEM提供负载共享，但要求客户的DCS系统引导压缩机启动或停止。有些可能包括“开始-停止”功能。请咨询您的经销商。无论如何，这是团队的努力。我们强烈建议在每个压缩机上进行流量测量，由合格的离心式压缩机技术人员彻底检查压缩机，测试喘振并集成主控制系统。manbetx客户端12-5下载
混合系统
由于进气阀关闭后性能下降，在本示例项目中为15%，因此建议采用混合系统，使用螺杆压缩机对离心压缩机的基本负载进行微调。如果螺杆压缩机足够大，这可以工作。在大多数大型系统中，安装足够大的螺杆压缩机是不现实的。它需要超过3300 ifcm和800 hp。混合动力系统首先使用更简单的基础+配平控制，然后仅在上限范围内共享负载，将比纯负载共享更有效。根据负载，系统可能处于最佳效率点（离心式压缩机的全容量）。
例如，在11000 acfm时，您可以对三台离心机进行基本负载，并对一台500 hp螺杆压缩机进行微调，从而使能量比纯负载共享系统减少10%。总功率将只有2161千瓦，这比纯负荷分担少194千瓦。如图5所示，假设一台500马力、2200 icfm加载-卸载微调压缩机。
图5。混合负载分担/基本配平控制策略
真正的项目
我的客户决定实现“混合”系统。图6显示了系统设计。除了增加微调压缩机，他们改进了压缩机排放总管管道，并更换了一个干燥器。
图6。拟议的系统设计
这项工程耗资约90万美元。他们还获得了39.2万美元的奖励，每年节省了9.2万美元的能源，所以对他们来说，这是值得的。对于您的系统，您可能没有预算来完成我的客户所做的所有改进。仅仅是负载共享和DCS控制就可以节省大约一半的成本，超过45000美元/年。项目的控制部分成本不到10万美元，包括所有工程和安装。在他们的公用事业激励之后，这将是一个不到一年的回报项目。
结论
负荷分担是多台离心压缩机主控制系统的重要组成部分。manbetx客户端12-5下载它最大限度地减少放空的基础上，可关。此外，当负载浮动在不同范围时，远程启停更省电。最后，添加一个螺杆压缩机和实现混合控制系统可能会节省最多的能源和提供最好的备份。manbetx客户端12-5下载在任何情况下，一个仪表良好的系统都可以让工程师和操作人员对系统进行评估、优化和调整。
有关更多信息，请联系Tim Dugan，电话：（503）520-0700，电子邮件：Tim.Dugan@cmop-eng.com，或参观http://compression-engineering.com．
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