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摘要：随着大数据互联网信息化、智能化时代的到来，国内外工业自动化控制技术的发展迅猛。随之动态仿真技术应用于重要工业装置流程控制软硬件平台也就应运而生。传统压缩机机组控制主要凭有经验专家现场指导、培训，机组在用户现场运行过程结果见证于机组运行好坏。因而，动态仿真技术移植于压缩机装置运行控制中势在必行。通过分析、总结常规压缩机控制系统在用户谈判及现场实际中遇到的问题；动态仿真系统软硬件应用平台构成及移植于大型压缩机组中二次开发的应用；利用仿真系统所提供的热力学、动力学在压缩机装置设备中建模，实现对不同类别压缩机数据模型库的创建，仿真模拟压缩机组预期性能、优化机组一键开车运行、并网、停车等控制，从而验证实际机组控制系统应用软件包实效性。
关键词：压缩机；动态仿真；控制系统.
引言
压缩机是炼油、石化、长输管线、天然气液化等装置中最核心的动设备。如何确保压缩机机组按计划投运、有效节能、长期安全可靠运行、预期维护、检修，实现智能化一键式开车已是当今的压缩机控制领域专家追求的灵魂及方向。在传统制造向服务智能制造转型期的今天，客户有更高最大价值实现的需求。如：对压缩机组应用装置流程提供成套工程技术方案，运行风险评估及动设备预前仿真运行、预后故障远程诊断、长期零保姆式一站式服务技术及能力，这正是仿真技术得以发展的主要原因。
通过仿真系统对压缩机组进行调试、维护和排除故障工作，为用户实现节能减排、绿色环保、安全平稳生产提供可靠的技术保障。通过仿真技术基于UniSim软件开发适用于压缩机控制的模型，针对压缩机防喘振控制进行模拟验证并优化喘振控制达到降低能耗的目的，进而给用户带来巨大的社会效益和经济效益。
1 动态仿真系统结构及特点
1.1 动态仿真系统结构
压缩机组动态仿真系统结构一般是由仿真平台服务器和仿真系统操作站组成。具体结构如图1所示：
图1. 仿真系统结构图
仿真模型服务器用于运行客户化的模型，仿真模型服务器是仿真系统核心计算机。仿真服务器要求有强大的数据运算能力和良好的稳定性。模型服务器站提供如下标准功能：
（1）友好的图型建模功能使用工程模型库中预定义的单元模型算法，每个算法都基于严格的化工原理和热力学方法。
（2）模型软件包括准确的热力学物性库，而无需进行离线的性质回归。
（3）建模软件允许进行分工段的子模型开发，如乙烯装置的冷区和热区可以分开和运行，也可集成一个大模型中。
（4）可以检查过程条件的影响，如环境温度或冷却水温度可作为相关量。
1.2 动态仿真系统特点
压缩机动态仿真系统主要是研究压缩机组动态性能，搭建专业的模型通过算法并结合工艺流程验证模拟仿真的正确性。在多机组并网及负荷分配的问题上通过各组分的物性方程结合机组性能曲线模拟出机组最佳工作点并给出可行性操作方案，从而在不影响正常生产的情况下，使机组能节能环保、平稳高效运行。压缩机动态仿真系统还具有如下特点：
（1）机组开工前，对压缩机组启动方案进行模拟验证，提供一个可靠、可行的开成方案，缩短开车时间，节约成本。
（2）机组投产中，根据生产过程中可能导致的工况变化情况，制定应对方案，防止改变工况对机组造成喘振、停车等状况的发生。
（3）压缩机组后期维护，针对操作设备的工艺和仪表人员进行培训考核，使操作人员熟练掌握开停车步骤，提高操作人员对现场故障分析、判断、解决的能力。
2、在控制系统中仿真技术的应用
仿真系统可以提供更准确流程模拟模型，主要技术包括：采用严格的化工基理模型，模块化的基本操作单元，稳态/动态平台的统一[1]。UniSim综合工业物性数据包可采用国际权威的DIPPR数据库，经过严格修订的物性推导方程，其求解引擎更是采用联立方程法，而区别与传统的序贯模型方法，收敛速度更快；UniSim被用于各种工厂操作程序的操作实践，并培训操作人员使之可以熟练地操作生产装置从而保证装置平稳高效地运行[2]。对于控制系统的应用如下：
2.1 压缩机模型及PLC程序
结合压缩机组性能曲线，对机组控制方案可行性提供保证。根据控制系统程序及现场实际工艺需求，采用仿真分析功能对压缩机组智能控制，实现一键式开车。动态仿真系统利用分析功能对压缩机模型、性能分析、负荷分配、抽气、补气、机组开车等方案进行验证，缩短开车时间，减少系统误差。
2.2 外操环境的实现
常规的控制系统只局限在控制系统范围内的操作，对于现场就地仪表的操作无法涉及，造成控制系统不能涵盖所有设备的控制，这是控制系统的局限性导致的利用仿真技术能弥补这一点，根据工厂设备安装情况，搭建三维工厂模拟外操环境，使工艺、设备、仪表结合在一起完整操作。外操功能的实现，不仅方便了用户对机组的维护、检修和操作，同时对压缩机组故障诊断也提供了更直观和可行性方案。
2.3 人机界面培训的合理优化
结合现场实际控制系统操作画面和工艺流程图，开发对应的动态仿真立体操作画面，确保模拟操作与现实操作统一结合完成对操作人员技能训练，使操作人员熟悉并熟练掌握压缩机组的操作方法，包括开车步骤、PID调节、设定参数修改等。仿真培训功能解决了用户投产后长时间不启停压缩机操作生疏的问题；提升工艺和仪表人员实际操作能力，和发现故障、分析故障、解决故障的能力；减少了操作人员由于误操作引起的事故，为企业节约培训成本，减少事故发生，实现安全、平稳、高效生产。
3、采用仿真技术如何优化压缩机组
随着科学技术的发展，压缩机无论在性能还是在运行的安全可靠性上都得到了很大的提高，但是它本身也存在一些难以消除的缺点，如稳定工况区较窄、容易发生喘振等。喘振的的出现轻则使压缩机停机，中断生产过程造成经济损失，重则造成压缩机叶片损坏，能引起压缩机设备报废甚至造成人员伤害。
为使压缩机稳定运行，控制系统会进行防喘振控制，目的就是避免压缩机出现喘振。设定一条喘振控制线，通常是在喘振线右侧5%-10%左右，其目的就是当管网流量小于喘振控制线流量时，能保持压缩机运行点始终在稳定区间内，将多余的流量通过喘振阀放空或回流，使压缩机平稳运行。常用的防喘振控制方法有固定极限流量和可变极限流量法[3] ，这种传统的防喘振控制在工业生产中得到了广泛应用，但是这样缩小压缩机实际工作范围，降低了压缩机工作效率。针对上述问题，利用动态仿真技术使压缩机工作范围拓宽进而达到节能、降耗提升压缩机组性能的目的。
通过仿真模拟分析，提高了压缩机工作效率。机组优化后不浪费能源，不存在风险。已有实际项目成功投产，通过现场实际运行证明，利用仿真技术优化控制系统的工作点不但运行可靠，而且节能高效。确保了整个装置安全、稳定、高效的运行。
4、结束语
使用仿真系统对压缩机进行仿真分析，可以在产品设计之初就通过仿真结果发现设计中的问题和不足，及时修正参数使设计方案趋于合理与最优化。针对压缩机喘振现象，根据压缩机特性方程，性能曲线等利用仿真技术与控制程序结合进行验证并找到最优工作点实现节能、降耗目的。
随着我国石油化工行业的快速发展，生产工艺越来越复杂，压缩机组设备越来越趋向于大型化、复杂化，压缩机组动态仿真技术在压缩机控制中的使用必然成为一种趋势，对压缩机实现全自动控制和节能控制将发挥越来越重要的作用。
参考文献
[1]Honeywell, UniSim Design User Guides，2006.
[2]Vance Chang，Honeywell UniSim Suite的技术特点及在煤化工方面的应用，全国化学工程与生物化工年会,2008.
[3]郑水成，董爱娜.离心式压缩机防喘振控制系统设计探讨[J]. 石油化工自动化， 2001,( 5):1 6一17.
论文作者:崔炜奇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/15
标签：压缩机论文; 机组论文; 仿真技术论文; 操作论文; 控制系统论文; 模型论文; 动态论文; 《建筑学研究前沿》2018年第1期论文;