工艺性能实时监测与评估技术在大型压缩机装置上的应用研究
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摘要
大连理工大学涡轮机教研室坚持科研与生产实践相结合的原则，把解决工程实际问题作为自己的科研重点，多年来一直致力于石化企业的核心设备——透平式压缩机组热力性能在线监测与评估系统的研究开发，取得了丰硕的成果，最近又与沈阳鼓风机厂合作开展了“离心式压缩机运行性能在线监测与评估系统通用化软件”的编制开发工作，本文就是其中的部分研究内容。
在该系统的开发过程中，继承了以往监测与评估系统的研究成果，并在软件通用化、程序设计优化等方面做了大量新的工作。整个软件系统在真实气体的热力性质计算过程中，针对非极性和极性工质分别选择了L-K方程和M-H方程来计算其单组分及混合气体的热力学性质，提高了计算精度；采用系数矩阵拟合法模拟建立了压缩机特性曲线库；对表征压缩机运行性能的重要参数如排气压力、多变效率、轴耗功率等进行了较精确的计算，并应用相似变换原理计算了它们的预期值，通过两者的比较得到压缩机运行性能的评估值，并在系统界面上以图形的方式实时地显示出来；针对压缩机运行的危险工况——喘振给出了不同调节方式下的防喘裕度；根据系统通用化的需要编制了“压缩机工艺流程图快速生成系统”。
目前，该系统的开发研制工作已经全部结束，通过对大量实例进行的试算和测试，结果表明该系统的性能完全达到设计的要求，并得到沈阳鼓风机厂的认可，最后的验收工作正在进行之中。
The stuff of turbine group of Dalian University of Technology insists on the principle which combines theory with practice and focus on solving the engineering problem. They have been working on the research and development of the critical equipment of petrochemical industry, turbine compressor, emphasizing particularly on online inspection and evaluation of compressor group.'The online inspection and evaluation system software of centrifugal compressor running performance 'is an example and the paper is from it.
The advantage of former inspection and evaluation system is inherited and a lot of work is done in the software generalization. The precision is promoted because the system uses L-K equation and M-L equation to analysis the thermodynamics property of monomeric gas and mixture gas aimed at polarity and nonpolarity media respective. We establish a simulative compressor characteristic curve library by means of modulus matrix fitting. Several important parameters such as out pressure, levity efficiency and shaft-consume power are calculated accurately to indicate compressor running -performance and expectation value is gained on the base of similarity conversion principle. Evaluation value is gotten by comparison and real-time showed in graphics mode. Anti-surge is given in term of different adjust method for solving dangerous point of compressor. 'Rapidly create system of compressor technical process drawing' is finished to meet the need of generalization.
Now the research works is finished and results meet the need of design requirement based on the large numbers of real cases calculation and inspection. It received the authorization of Shenyang Blower Works and is waiting for the last check and accept.
在该系统的开发过程中，继承了以往监测与评估系统的研究成果，并在软件通用化、程序设计优化等方面做了大量新的工作。整个软件系统在真实气体的热力性质计算过程中，针对非极性和极性工质分别选择了L-K方程和M-H方程来计算其单组分及混合气体的热力学性质，提高了计算精度；采用系数矩阵拟合法模拟建立了压缩机特性曲线库；对表征压缩机运行性能的重要参数如排气压力、多变效率、轴耗功率等进行了较精确的计算，并应用相似变换原理计算了它们的预期值，通过两者的比较得到压缩机运行性能的评估值，并在系统界面上以图形的方式实时地显示出来；针对压缩机运行的危险工况——喘振给出了不同调节方式下的防喘裕度；根据系统通用化的需要编制了“压缩机工艺流程图快速生成系统”。
目前，该系统的开发研制工作已经全部结束，通过对大量实例进行的试算和测试，结果表明该系统的性能完全达到设计的要求，并得到沈阳鼓风机厂的认可，最后的验收工作正在进行之中。
The stuff of turbine group of Dalian University of Technology insists on the principle which combines theory with practice and focus on solving the engineering problem. They have been working on the research and development of the critical equipment of petrochemical industry, turbine compressor, emphasizing particularly on online inspection and evaluation of compressor group.'The online inspection and evaluation system software of centrifugal compressor running performance 'is an example and the paper is from it.
The advantage of former inspection and evaluation system is inherited and a lot of work is done in the software generalization. The precision is promoted because the system uses L-K equation and M-L equation to analysis the thermodynamics property of monomeric gas and mixture gas aimed at polarity and nonpolarity media respective. We establish a simulative compressor characteristic curve library by means of modulus matrix fitting. Several important parameters such as out pressure, levity efficiency and shaft-consume power are calculated accurately to indicate compressor running -performance and expectation value is gained on the base of similarity conversion principle. Evaluation value is gotten by comparison and real-time showed in graphics mode. Anti-surge is given in term of different adjust method for solving dangerous point of compressor. 'Rapidly create system of compressor technical process drawing' is finished to meet the need of generalization.
Now the research works is finished and results meet the need of design requirement based on the large numbers of real cases calculation and inspection. It received the authorization of Shenyang Blower Works and is waiting for the last check and accept.
引文
[1] 黄钟岳，《化工透平式压缩机》，大连理工大学出版社，1989年
[2] 苏长荪，《高等工程热力学》，高等教育出版社，1987年
[3] 中石化生产经营协调部，《赴美考察大机组安全保护及故障诊断系统技术总结》，1996年2月
[4] 王晓放，《透平式压缩机运行性能评估监测与性能衰退原因计算方法研究》，大连理工大学硕士论文，1998年6月
[5] 张西宁、李艾华、屈梁生，《大型回转机械实时在线监测和故障诊断网络系统的研制》，机械科学与技术，1998年(5)：817—819
[6] 徐宝鹏译，《机械诊断》，德国SCHENK公司，1998年5月
[7] 王雪等，《监测与诊断系统中传感器信号可靠性的确认》，华中理工大学学报，1993年(1)：58—61
[8] 方泽南、褚福磊等，《大型汽轮机与发电机联合的状态监测与诊断系统的研究》，清华大学学报(自然科学版)，1996年(7)：79—85
[9] 夏松波、王飞等，《汽轮机组状态监测与故障诊断系统的研究及其应用》，机械工程学报，1994年(4)
[10] 彭年才、景敏卿、周健等，《汽轮机在线监测系统的设计与实现》，机械科学与技术，1996年(3)：404—406
[11] 戈仰宗、王晓放、黄钟岳，《离心式压缩机运行热力状态监测系统设计》，电子技术应用，1994年(11)：11—16
[12] R. C. Reid, J. M. Prausnitz and T. K. Sherwood, The properties of Gases and Liquids, New Yook, 1954
[13] 西安交通大学透平压缩机教研室，《化工用离心式压缩机热力设计中的压缩性系数》，西安交通大学科技报告，1976年
[14] 谭连城，《含有热力偏导数的流体热力性质的计算—Lee-Kesler方程的导数压缩性系数及其研究》，化工学报，1981年(4)：320—333
[15] 徐中，《非极性混合物的假临界常数》，化工学报，1987年(2)：191—200
[16] 麻得贤，《氨合成系统高压混合气体热力学函数的电子计算机计算及其在工程中的应用》，化学工程，1978年(3)：39—55
[17] 王晓放、黄钟岳、戈仰宗，《离心式压缩机组运行性能在线监测与评估系统软件中两个问题的分析与研究》，辽宁省工程热物理学会年会，1996年4月
[18] 黄钟岳、王晓放、周宁，《离心式压缩机运行性能在线诊断中压缩机预期性能的计算方法》，辽宁省工程热物理学会年会，1997年6月
[19] 高望东、刘素珍，《数值计算方法》，大连理工大学出版社，1992年
[20] 李岳生，《数值逼近》，人民教育出版社，1987年
[21] 张西宁，《大型回转机械运行状态的智能化在线监测》，西安交通大学学报，1999年(7)：75—78
[22] Richard A. Herod, Leon Tietz, 《On-line Expert Systems and Their Role in the Control System of the Future》, ISA, 1987
[23] 侯虞钧、张彬，《马丁—侯状态方程向液相发展》，化工学报，1981年(1)：1—10
[24] 陈选华、詹正坤，《实际气体的△U和△H的计算》，高等函授学报(自然科学版)，2000年(2)：36—37
[25] 张秉坚、侯虞钧，《用马丁—侯方程理论式计算流体P-V-T性质》，高校化学工程学报，1995年(3)：221—224
[26] 刘金红、王晓青，《三参数对应状态原理在热力学性质计算方面的应用》，南通职业大学学报，2001年(4)：38—40
[27] Lenoir. J. M, K. D. Hayworth, H. G. Hipkin, Enthalpies of Benzene with n-Octane [J]. J. Chem. Eng. Data 1971, 280, (16)
[28] 谭浩强、张基温、唐永炎，《C语言程序设计教程(第二版)》，高等教育出版社，1998年
[29] 钱能，《C++程序设计教程》，清华大学出版社，1999年
[30] Pitzer, K. S. etal., J. Am. Chen. Soc., 77(13) 1955(3433)
[31] Benedict. M, G. B. Webb and L. C. Rubin, Chem. Eng. Prog. 47, 1951 (419)
[32] 黄钟岳，《关于压缩机特性线场的数据处理及换算》，手稿，1995年3月
[33] 张冬阳，《压气机特性线的系数拟合法》，燃气轮机技术，1993年(3)：27—32
[34] 黄钟岳、王晓放、周宁，《在线诊断中离心式压缩机预期性能计算》，大连理工大学学报，1998年(3)
[35] 母舰、王晓放等，《化工压缩机热力状态在线监测及性能评估系统通用化设计》，风机技术，2003年(3)：29—32
[36] 黄钟岳，《离心式压缩机运行性能衰退原因的在线诊断》，手稿，1982年2月
[37] Jude. Golla, Centrifugal Compressor Variable Surge Line Computation and Control, ISA, 1987
[38] R. A. Huntington, J. 05Eng. for gas turbine and power. (Tran, ASME, 1985)
[39] Ge yangzong, Wang xiaofang and Huang zhongyue, 《The Design for Centrifugal Compressor Operating Estimating System》, 3rd International Marine Engineering Conference, 1996
[40] Mark Spinrad, 《Facilities for Closed-loop Control in Real-time Expert Systems for Industrial Automation》, ISA,. 1989
[41] 孔瑞莲等，《航空发动机可靠性工程》，航空工业出版社，1996年(1)
[42] 王晓放、戈仰宗、黄钟岳，《离心式压缩机运行性能评估计算软件》，风机技术，1996年(6)
[43] Tarantola. A., Inverse problem Theory, Elsevier Science Publisher B. V., 1987
[44] 曲延滨、腾飞、赵丽，《大型离心式压缩机组运行参数在线监测系统的设计》，风机技术，2001年(1)：47—50
[45] Xie. G. Q., A new iterative method for solving the coefficient inverse problem of the wave equation, Communication on pure and applied mathematics, 39:3(1986), 307—312
[46] 虞和济、侯广琳，《故障诊断的专家系统》，冶金工业出版社
[47] 陈凤义，《进口温度的变化对空气压缩机热力性能的影响》，风机技术，1993年(6)
[48] 王晓放、黄钟岳，《锦西化机厂空气压缩机实际通流能力核算与间冷器换热效果对通流能力的影响》，风机技术，1995年11月
[49] W. Solano Torres, et, al. Virialseries expansions and gas-liquid transition preditions from two-parameter real gas models[J]. Revista Mexicanade Fisica1991, 37(2): 255～267
[50] 丛文相，《求解粘性系数的迭代方法及其收敛性》，系统科学与数学，1994年(4)317—326
[51] LiYong、LuYong-Ping、XuGenFa、XiaSongBo, 《On-line current feed and computer aided control tactics for automatic balancing head》, Journal of Harbin Institute of Technology (New Series), Vol. 9, No. 2, 2002
[2] 苏长荪，《高等工程热力学》，高等教育出版社，1987年
[3] 中石化生产经营协调部，《赴美考察大机组安全保护及故障诊断系统技术总结》，1996年2月
[4] 王晓放，《透平式压缩机运行性能评估监测与性能衰退原因计算方法研究》，大连理工大学硕士论文，1998年6月
[5] 张西宁、李艾华、屈梁生，《大型回转机械实时在线监测和故障诊断网络系统的研制》，机械科学与技术，1998年(5)：817—819
[6] 徐宝鹏译，《机械诊断》，德国SCHENK公司，1998年5月
[7] 王雪等，《监测与诊断系统中传感器信号可靠性的确认》，华中理工大学学报，1993年(1)：58—61
[8] 方泽南、褚福磊等，《大型汽轮机与发电机联合的状态监测与诊断系统的研究》，清华大学学报(自然科学版)，1996年(7)：79—85
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[12] R. C. Reid, J. M. Prausnitz and T. K. Sherwood, The properties of Gases and Liquids, New Yook, 1954
[13] 西安交通大学透平压缩机教研室，《化工用离心式压缩机热力设计中的压缩性系数》，西安交通大学科技报告，1976年
[14] 谭连城，《含有热力偏导数的流体热力性质的计算—Lee-Kesler方程的导数压缩性系数及其研究》，化工学报，1981年(4)：320—333
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[17] 王晓放、黄钟岳、戈仰宗，《离心式压缩机组运行性能在线监测与评估系统软件中两个问题的分析与研究》，辽宁省工程热物理学会年会，1996年4月
[18] 黄钟岳、王晓放、周宁，《离心式压缩机运行性能在线诊断中压缩机预期性能的计算方法》，辽宁省工程热物理学会年会，1997年6月
[19] 高望东、刘素珍，《数值计算方法》，大连理工大学出版社，1992年
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[32] 黄钟岳，《关于压缩机特性线场的数据处理及换算》，手稿，1995年3月
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[37] Jude. Golla, Centrifugal Compressor Variable Surge Line Computation and Control, ISA, 1987
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[40] Mark Spinrad, 《Facilities for Closed-loop Control in Real-time Expert Systems for Industrial Automation》, ISA,. 1989
[41] 孔瑞莲等，《航空发动机可靠性工程》，航空工业出版社，1996年(1)
[42] 王晓放、戈仰宗、黄钟岳，《离心式压缩机运行性能评估计算软件》，风机技术，1996年(6)
[43] Tarantola. A., Inverse problem Theory, Elsevier Science Publisher B. V., 1987
[44] 曲延滨、腾飞、赵丽，《大型离心式压缩机组运行参数在线监测系统的设计》，风机技术，2001年(1)：47—50
[45] Xie. G. Q., A new iterative method for solving the coefficient inverse problem of the wave equation, Communication on pure and applied mathematics, 39:3(1986), 307—312
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[47] 陈凤义，《进口温度的变化对空气压缩机热力性能的影响》，风机技术，1993年(6)
[48] 王晓放、黄钟岳，《锦西化机厂空气压缩机实际通流能力核算与间冷器换热效果对通流能力的影响》，风机技术，1995年11月
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[50] 丛文相，《求解粘性系数的迭代方法及其收敛性》，系统科学与数学，1994年(4)317—326
[51] LiYong、LuYong-Ping、XuGenFa、XiaSongBo, 《On-line current feed and computer aided control tactics for automatic balancing head》, Journal of Harbin Institute of Technology (New Series), Vol. 9, No. 2, 2002