压缩空气系统配套的总管制后处理的平衡输配控制方法与流程

本发明涉及气体处理技术，特别涉及一种基于运行阻力特性可视化的压缩空气系统配套的总管制后处理的平衡输配控制方法。

背景技术：

1、压缩空气系统是一种应用广泛的公用工程。根据用户的需求差异，在不同现场会对提的供压缩空气提出不同的品质要求。为了达成这些品质要求，压缩空气系统需要配套相应的后处理系统(包括但不限于干燥机、粉尘过滤器等设备)。

2、如图1所示，在传统的压缩空气后处理系统中，通常为每台压缩机配备专署的后处理设备，即采用一一对应的运行方式。这种运行方案的优势在于压缩机和后处理直接耦合，在运行过程中不用考虑水力平衡问题(注：水力特性是流体力学的基本术语，不局限于水)。在给定的设计负荷条件下，后处理设备通常是与对应压缩机配套运行的，单纯从设备的角度出发更容易实现管控。但是，这种运行方案存在的最大弊端是，一旦压缩机由于某种原因出现停机，其配套的后处理设备也必须停机，无法实现多主机运行机制的总体调度。又或者，由于后处理设备出现问题，导致与其配套的压缩机也无法投入运行。从多主机压缩空气系统的整体调控角度，这种强耦合的一一对应方式必然地存在既有资源无法及时利用的风险。另一方面，对于不同工况的压缩空气系统进行输配阻力损失优化或者说供气压力的优化，是降低系统能耗的一个重要优化途径。而传统的一一耦合方式，后处理设备的投运台数必须也只能与压缩机的投运台属匹配，从而导致整个体系无法对后处理设备阻力损失进行优化管控。

3、随着后处理技术的发展，以及对管网阻力损失优化认知的深入，设计人员针对后处理系统提出了基于总管制的后处理运行方案。如图2所示，总管制的后处理方案是通过在压缩机出口侧和干燥机进口侧设定对应的主管，将压缩机和后处理分为两个相对独立的环节。基于总管体系，压缩机的运行管控也就与后处理的运行管控可实现解耦运行。即对于给定的压缩机组，其投运设备的控制目标在于保证所需的总管压力取值；配套的后处理系统的运行也因此解耦，只要保证总管中所处理成品气的品质参数达到需求即可。具体运行哪台压缩机组或后处理系统，以及压缩机组或后处理系统的单独运行状态，都可以独立控制。这种解耦机制，直接解决了既有资源无法充分投运的问题，也是系统整体安全顺行的一个有效保证。在一些现场的拓展方式中，如对于喷油螺杆机甚至连过滤器也都总管制的方式来投运。从这个角度可以了解到，总管制的优势在于对投入设备的充分利用，这是直观效益。另外，总管制为运行阻力的优化提供了一种可能性，即对于相应的处理气量投入的后处理设备台数可控，比如投运的后处理设备数量可以多于对应的压缩机数量，通过降低各投运后处理设备的处理流量并通过管网的并联，可有效降低后处理环节的阻力损失，从而为压缩空气系统整体降耗运行，提供一种可行的优化方式。

4、但是，现有技术中所投运总管制后处理体系都普遍存在一种局限，即后处理环节的水力失衡。这种水力失衡带来双重问题：(1)由于管网水力特性的差异，同一个后处理系统中，不同的后处理设备所处理的气量差生差异，有的设备由于所处管网水力特性限制(比如距离总管较近，即水力特征有利的用户)，其相应的处理量偏大，容易出现处理品质不达标的问题；而有的设备由于水力特性为不利用户，处理量较小，设备处理容量无法充分利用。这个角度是总管制从根本上就带有的问题，因此相对于传统一一对应的方案，就必须考虑配制对应的控制体系；但目前总管制体系在这方面的技术还处于空白状态；(2)后处理设备本身随着运行工况不断变化，比如相同处理气量不同环境工况，或者相同环境工况不同处理气量，抑或两者均改变时，本身须在一定的调节范围匹配变化。把这些具有一定调节能力的后处理设备，组成相应的后处理环节，就又一次必须考虑到后处理系统的水力平衡问题。或者说，单一设备的调节能力对于整个后处理环节的优化运行只能是必要而不充分的条件。

5、从上述两个角度可以看出，为确保压缩空气品质以及影响压缩空气系统运行能耗的总管制后处理环节，需要面向不同厂家产品和不同现场情况，构建一种具有普适性的平衡优化输配控制方案。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种压缩空气系统配套的总管制后处理的平衡输配控制方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的解决方案是：

3、提供一种压缩空气系统配套的总管制后处理的平衡输配控制方法，包括以下步骤：

4、(1)构建基于总管制的压缩空气及后处理平衡输配系统：

5、该系统包括：至少两台并联运行的压缩机组，以及至少两台并联运行的后处理设备；各压缩机组的输出端均接至压缩气体总管；各后处理设备的输入端均接至压缩气体总管，且输出端均接至净化气总管；储气罐的输入端接至净化气总管，且输出端接至去用户总管；所述后处理设备至少包括串联的干燥机和粉尘过滤器；在后处理设备的输入端设有压力监测设备，在后处理设备的输出端设有依次串联的压力监测设备、平衡调节阀和流量计；

6、(2)在安装调试阶段基于设备的初始状态，利用平衡调节阀的调节功能并配合使用后处理设备两端的压力表及流量计，测定多组不同气体流量工况点下的压力和流量数据；根据测定结果计算实际压力损失与流量之间关系，建立各后处理设备的可视化初始阻力损失曲线和对应的阻力特性数组，并在此基础上构建整个系统的后处理设备可视化的初始阻力特性数据库；

7、(3)在步骤(2)的基础上，利用多点插值的最小二乘法建立各后处理设备从最小流量到最大流量的插值拟合阻力特性曲线或分段插值拟合阻力特性曲线，并在此基础上构建整个系统中后处理设备的插值拟合阻力特性数据库；

8、(4)在各后处理设备来自相同生产厂家且设备型号统一的情况下，按照下述方式进行后处理设备的平衡输配控制：

9、(4.1.1)按下述公式计算符合基本运行需求的后处理设备数量：

10、

11、该式中，n为需要投运的后处理设备台数；q总为当前工况需要处理的成品净化气的总流量，nm3/min；q额定为单台后处理设备的额定处理流量，nm3/min；

12、(4.1.2)计算平衡输配条件下每台后处理设备需要处理的气体流量q：

13、

14、(4.1.3)以气体流量q的取值为目标，利用后处理设备配套的平衡调节阀将每台设备处理的流量调整为基本一致；然后利用插值拟合阻力特性数据库分别对各台后处理设备的阻力特性进行判定，对相应的流量条件下各台后处理设备的阻力损失δpi进行排序；

15、如果排序结果满足下述的公式(1)，则认定系统中各台后处理设备的阻力特性基本一致，各设备的处理流量能够保持一致；

16、

17、如果某台后处理设备的阻力特性符合下述公式(2)，则需要对该设备先进行维护，确保满足公式(1)所述的阻力特性一致的要求；

18、

19、以上公式(1)和(2)中，δpi为单台后处理设备的阻力损失，i为系统中单台后处理设备的给定编号。

20、作为本发明的优选方案，在实现流量输配平衡的基础上，进一步对系统的运行压力进行优化，具体方法是：逐步降低压缩机组中可变频螺杆压缩机的工作频率，在保证阻力损失平衡的前提下逐渐开大各处理设备出口端的平衡调节阀开度，直到某个阀门的最大开度数值大于80％。

21、作为本发明的优选方案，在各后处理设备来自不同生产厂家或来自相同生产厂家但设备型号不一致的情况下，将所述步骤(4)改为按下述方式操作以实现平衡输配控制：

22、在系统安装完毕后的调试阶段，对于给定的设计工况，将每台后处理设备的处理量调整至额定工况运行；测定各后处理设备的压力和流量数据，计算每台设备阻力损失数值和相应比例；在实际的运行过程中，即便系统处理的总流量发生变化，各后处理设备也按照比例分配流量，使整个系统在基本保持流量输配平衡的状态下运行。

23、作为本发明的优选方案，该调整后的步骤(4)具体包括：

24、(4.2.1)对于给定的设计工况，通过平衡调节阀将每台后处理设备的处理量调节至额定工况，根据监测数据计算对应的阻力损失值δpi额定；随着设备编号i取值的改变，得到初始的阻力特性数组{δpi额定}；

25、(4.2.2)取其中一个指定编号的设备，将其阻力损失作为整个系统的静态阻力特征值；各后处理设备的额定工况初始阻力损失与该特征值的比值，构成一个比例数组{εi}，将这一数组记录在整个系统的插值拟合阻力特性数据库中；

26、(4.2.3)当实际运行的总处理流量工况发生变化时，均根据比例数组{εi}的取值进行各后处理设备的流量分配，使整个系统在基本保持流量输配平衡的状态下运行。

27、作为本发明的优选方案，对于任意一台实际运行过程中的后处理设备，根据其输出端的实测流量判断所处流量区间；然后利用插值拟合阻力损失曲线计算对应流量条件下的初始状态阻力损失值；如果根据实测监测数据计算得到的运行阻力损失值与该初始状态阻力损失值之间的相对偏差的最小值大于预设阈值，则发出警告信息提示该台设备需要进行维护。

28、作为本发明的优选方案，步骤(2)中所述设备的初始状态是指，后处理设备尚未投运，不存在运行导致的设备条件变化时的相对理想状态。

29、作为本发明的优选方案，所述压力监测设备是压力表或压力传感器，后者通过信号线连接至上位的计算机。

30、作为本发明的优选方案，所述平衡调节阀是电控调节的气动蝶阀，或者是电动蝶阀，并通过信号线连接至上位的计算机。

31、作为本发明的优选方案，在所述平衡调节阀的两端各设有一个手动检修阀，该手动检修阀是闸阀或蝶阀。

32、与现有技术相比，本发明的技术效果是：

33、1、相对于现有技术的构建阻力模型的方法，本发明提出的基于多点实测方法构建可视化初始阻力特性的方式，不限定设备类型，具有更强的统用性和普适性。

34、2、基于不同后处理设备的实测数据进行阻力特性计算，并进一步利用多点插值的最小二乘法构建阻力特性曲线或者分段阻力特性曲线；可以对设备从最小流量到最大流量的阻力特性进行监测和分析，实现阻力特性可视化。

35、3、基于插值拟合阻力特性数据库的应用，本发明可以根据实测监测数据计算得到运行阻力损失值，并根据与初始状态阻力损失值之间的差异情况，对设备是否需要维护做出预警。

36、4、本发明针对后处理设备型号差异情况，分别提供了两种情况下水力平衡可视化管控的方案，且各方案均能使整个系统在基本保持流量输配平衡的状态下运行。