技術領域

本文中公開的主題的實施例大體涉及在包括壓縮機的系統中執行基于模型的防喘振死區時間補償的方法和裝置。

背景技術

因為石油和天然氣仍然是世界經濟中不能被以足夠大的比例替代的能源，所以開發新的生產田的興趣持續增大。常常在用于將來自生產現場的天然氣運送給煉油廠、冷卻系統、燃氣輪機等中的消耗裝置的管線中使用壓縮機。在壓縮機中，通過對流體流增加動能/速度(例如，通過壓縮機的內部的轉子或葉輪的旋轉)來增大流體流的壓力。

壓縮機的運行可受喘振現象的出現的影響。喘振現象出現在壓縮機不能增加足夠的能量來克服系統阻力時，這導致流量和排出壓力的快速下降。喘振的出現可伴隨著高的振動、溫度升高和軸向推力的快速變化，這可損害壓縮機。反復的和持久的喘振可導致災難性的故障。包括壓縮機的大多數系統設計成檢測喘振趨勢以及運行來逆轉喘振趨勢。例如，為了逆轉喘振趨勢，可通過修改再循環通過壓縮機的流體的量來調節通過壓縮機的流體流。

圖1是包括壓縮機10的常規系統1的示意圖。系統1包括防喘振回路20，在壓縮機10的出口22處輸出的流體的一部分可通過防喘振回路20再循環到壓縮機10的入口24。通過防喘振回路20再循環的流體的量取決于沿著防喘振回路20定位的防喘振閥30的促動器位置。防喘振控制器40控制防喘振閥30，從而確定再循環的流體的量。通過修改再循環的流體的量來修改通過壓縮機10的流。壓縮機10接收來自膨脹器42的流體。流體線路傳感器和流體處理構件通常沿著防喘振回路而存在，但是圖1提供了與當前論述有關的最少的一組元件。

會在防喘振控制器40將新位置傳輸給防喘振閥30時與發生通過壓縮機10的流的實際修改時之間出現時間延遲。這個時間延遲通常稱為防喘振響應的死區時間(dead?time)。該死區時間可由于防喘振閥的促動器的非線性而引起，并且沿著防喘振回路20的流體運送管而延遲。死區時間效應包括穩定性邊界的減小和用以保持系統的穩定性(例如低增益設置)的不良的動態性能。

圖2中示出了常規系統1中使用的常規防喘振控制器的示意圖。常規防喘振控制器50與過程60交互。在圖2中，過程60表示包括壓縮機(例如圖1中的10)和具有防喘振閥(例如圖1中的30)的防喘振回路(例如圖1中的20)的系統。防喘振控制器50接收來自過程60的關于系統的運行的信息(共同稱為現場測量結果)。

防喘振控制器50的計算方框70使用接收自過程60的現場測量結果來計算防喘振參數的值。防喘振參數的值與通過壓縮機的總流量的值成比例，總流量是流體的輸入流量和再循環流量的和。例如，防喘振參數可與h_s×P_sd/P_s成比例，其中，h_s是通過位于壓縮機的吸入口附近的流元件的差壓，P_sd是吸入壓力的設計值，而P_s是吸入壓力的實際值。

加法/減法方框80比較防喘振參數的計算值與這樣的邊界：該邊界為被看作對于系統的運行而言安全的防喘振參數的值。比例積分(PI)控制器90確定新位置且將新位置輸出給防喘振閥。在PI控制器90之前，死區(dead-band)誤差濾波方框85對輸入給PI控制器90的信號進行濾波，以便避免信號噪聲影響朝向防喘振閥(輸出)的新位置。在PI控制器90將新位置輸出給防喘振閥之后，速率限制器95可調節新位置，以確保該位置不以大于運行安全值的速率變化。

在位置已經改變之后不久，現場測量結果由于死區時間的原因而不反映該變化。因此，常規防喘振控制器可使發送給防喘振閥的位置過度修正或修正不足。在常規控制器中未提供針對死區時間的預防或修正。圖3是防喘振參數110和位置120相對于時間(的關系)的曲線圖，其示出了由于閥的位置的過度修正或修正不足而引起的振蕩。

可處于1-10s的范圍中的死區時間的存在使得防喘振回路20不穩定。為了避免這個不穩定，可關于防喘振線(其可為跨過壓縮機的壓力比率相對于通過壓縮機的出現喘振現象處的流量(的關系)的曲線圖中的線)而基于額外的邊界來運行系統1，但是這種運行方式會減小壓縮機的運行包絡。

因此，提供避免前述問題和缺陷的系統和方法將是合乎需要的。

發明內容