了解多离心式空气压缩机系统的控制
介绍
市场上大多数“定序器”都被设计成与螺杆(或往复式)压缩机一起工作，“正置换”型。当这些控制器适应于离心式压缩机时，最终结果并不总是最佳的。与人工单独操作相比，这种方法的能耗更高，可靠性更低。
其次，离心式压缩机不能将进口流量减少到“喘振”点以下，即满负荷能力的60%到80%之间，这取决于具体的气动特性。螺杆压缩机可以以多种方式(变速、变速、卸载、启停或组合)有效地从0%运行到100%。
第三，离心式压缩机一般设计为“比例”控制，而不是“离散”控制。通常，它们不是作为load-unload运行的。它们的轴承也不是通常设计用于频繁的在线/离线操作。我知道有一些离心机正在引进市场上声称能够像螺杆压缩机一样操作，并有反向推力轴承。然而，对于本文将采用传统的离心压缩机设计与高速轴向轴承。
最后，有些离心式压缩机的部分负荷性能有时不佳，甚至没有放气。压缩机是10%至20%的“最佳效率点”时，运行进口调节。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，我对一个带有4台800马力Joy TA离心压缩机的压缩空气系统进行了一级审计。如图1所示，该系统是在2002年发现的。其中三辆同时运行，带有局部控制，另一辆运行在系统的分段部分。两个压缩机会被释放，每个子系统一个，大约10%，对于这么大的系统来说仍然是一个很高的数字，大约5万美元/年的浪费。它们都通过再生干燥器运行，其中一些是净化式的，当它们开始净化时，给压缩机增加随机负荷。
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所示。系统布局，在改进之前
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。级联式多离心式压缩机系统的放气
图3。压缩机运行串级控制
为了消除，或至少减少放空，需要实施一种不同于串级控制的主控制类型。评估了几种替代方案。本文将讨论两个，“负载共享”和“混合”。
负载共享
想象两匹拉车的马，在同一块犁上平行地拉着。要做到这一点，它们需要正确地驾驭，均匀地拉直。犁本身倾向于调整，以保持拉力甚至在他们之间。否则它不会保持直的。拉车的马比离心式压缩机更容易“部分装载”。如果它们出现产能“激增”问题，就好像它们只能用力拉或根本不能拉，或者冒着拉项圈、然后放松、来回移动的风险。
驾驶员有多个级别的控制，包括挽具调整和缰绳。每匹马的马具都可以调整，假设马的拉力相等，那么“轨迹”中的力就可能是平衡的。然后，车夫用缰绳控制每匹马尽可能均匀地拉，或者故意不对称地拉来转动负载。
同样，在一个系统中运行的两台离心压缩机需要足够的负载才能均匀地分担，当负载时需要一个补偿机构来均匀地分担负载。如果压缩机不像拉车的马那样并排的话，这就更加困难了。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%开启:
- 3300年icfm
- 650千瓦
- 比性能= 5.08 icfm/kW
最小负载，进口阀45%开启，BOV开始开启:
- 2,300 icfm(71%容量，29%关断)
- 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。
如果所有的都被设定在相同的压力下，比如说100 psig，并且它们之间的管道足够大，它们几乎可以自己分担负载。然而，在实际系统中，在每个压缩机排气和公共集管之间有不同的压差。这导致了分配不均。例如，如果该系统中的一个压缩机有一个限制管道，需要多2psi才能达到与其他三个相同的排气压力，那么该压缩机的容量就会超过30%。其中3台压缩机可能处于90%，而第4台压缩机处于60%。60%的单位在放气。如果它在那里停留太久，局部控制可能会卸载设备，压力会迅速下降，它将需要立即重新加载，从而造成不稳定。
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
远程启停负载共享
一些负载共享算法只平衡压缩机。他们不关闭压缩机的点，有足够的下降。对于平面负载的系统来说，这是可以的。但如果需求浮动，一个能够启动和停止以及负载分担的主控制系统将节manbetx客户端12-5下载省更多的能源。
例如，在9900 acfm或更少的情况下，运行着四个压缩机，负载共享主控制器可以指导其中一个离心压缩机卸载，然后在其他单元能够完全加载并携带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，使其平稳切换，而不会出现压力下降。
实现需要的不仅仅是添加一个黑盒。旧的压缩机可能需要新的进口和排气阀门执行器，以及更好的喘振控制，以提高压缩机的速度和精度，以跟踪负载，而不需要喘振。我们知道有几家压缩机oem提供负荷分担，但要求客户的DCS系统指示压缩机启动或停止。有些可能包含启停功能。咨询你的经销商。无论如何，这是一个团队的努力。我们强烈建议对每个压缩机进行流量计量，由合格的离心式压缩机技术人员对压缩机进行彻底的检查，测试喘振，并集成主控制系统。manbetx客户端12-5下载
混合动力系统
由于当进口阀门关闭时，性能会下降，在本示例项目中为15%，有人可能会建议使用一个混合系统，使用一个螺杆压缩机作为阀内件，离心压缩机底座负载。如果螺杆式压缩机足够大，这是可以工作的。在大多数较大的系统中，安装一个足够大的螺杆压缩机是不实际的。它需要超过3300 ifcm，超过800马力。一个混合系统使用一个简单的基础加上修剪控制，然后只在最高范围的负荷分担，将比纯粹的负荷分担更有效。根据负载的不同，系统可以达到最佳效率点(离心压缩机的满负荷)。
例如，在11000 acfm，你可以基本负荷三个离心机和修剪一个500马力螺杆压缩机，结果比纯负荷分担系统少10%的能源。总功率只有2161千瓦，比纯负荷分担少194千瓦。图5为策略，假设500马力，2200 icfm负载-卸载微调压缩机。
图5。混合负载共享/基本装饰控制策略
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。提出系统设计
这个项目花费了大约90万美元。他们还得到了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，您可能没有足够的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控制就可以节省一半，每年超过4.5万美元。项目的控制部分成本低于10万美元，包括所有的工程和安装。在他们的公用事业激励措施之后，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。
欲了解更多信息，请联系Tim Dugan，电话:(503)520-0700，邮箱:Tim.Dugan@cmop-eng.com,或者访问http://compression-engineering.com．
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