Control antibombeo compresor centrifugo
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El documento describe un sistema de control antibombeo para un compresor centrífugo. El sistema controla el flujo de aspiración para evitar situaciones de bombeo límite mediante el uso de una válvula de recirculación. El controlador PID mantiene el flujo de aspiración por encima de un mínimo calculado en función de la diferencia de presión y parámetros de una ecuación de línea antibombeo. La interfaz gráfica muestra las variables del proceso y permite al usuario modificar parámetros del controlador y condiciones de
Control antibombeo compresor centrifugo
- 2. Manual de usuario. Control antibombeo de un compresor centrifugo. 1. Descripción del proceso Los compresores son máquinas que tienen por finalidad aportar energía a los fluidos compresibles (gases y vapores) sobre los que operan, para hacerlos fluir aumentando al mismo tiempo su presión. Durante la compresión se genera calor, y si no se elimina, se eleva la temperatura del gas a medida que se va comprimiendo. La unidad de proceso principal que se simula en este módulo consiste en un compresor centrífugo de velocidad variable, en el que se comprime un gas. Además, en el módulo están presentes un depósito, que recoge el gas de entrada y de la recirculación al compresor, y un cambiador líquido-gas a la salida del compresor, utilizado para refrigerar el gas de proceso. Como gas de proceso se considerará aire seco, y como líquido refrigerante agua. El modelo está basado en balances de materia y energía. Se realiza un modelo del compresor sencillo en el que no se modela la parte mecánica y se utilizan curvas reales de compresores. El interés de este módulo radica en que la operación de un compresor centrífugo puede llegar a ser inestable debido a cambios en alguna condición del proceso, principalmente el caudal de gas que llega al compresor, de manera que se llegue hasta la situación no deseable de surge o bombeo límite. Para evitar esa situación se utiliza una estructura de reciclo de gas en la que se controla el caudal que pasa a través de la recirculación, de modo que trata de garantizarse un caudal mínimo en la aspiración del compresor, en función del incremento de presión dado por el mismo (Figura 1). Figura 1 El objetivo es controlar el caudal en la aspiración del compresor, de forma que nunca descienda de un flujo mínimo. Para ello se cuenta con un controlador tipo PID que regulará el flujo volumétrico de aspiración, en condiciones ncm (normall cubic meters o condiciones normales), por medio del reciclo. La referencia de flujo para ese regulador se calcula de modo remoto, de acuerdo al procedimiento que se detalla a continuación, aunque el alumno podrá situar el regulador en local seleccionando el valor de la referencia para ese lazo. En condiciones de operación normales, la válvula de recirculación estará cerrada, y sólo cuando el sistema se aproxime a la situación de bombeo límite deberá abrirse la válvula de recirculación. El cálculo de la referencia de flujo de aspiración se hace en base a la ecuación de la línea antibombeo: 2 1 · B B E K SP + + = 2
- 3. Manual de usuario. Control antibombeo de un compresor centrifugo. Siendo: 9 SP: set point del caudal de gas en la aspiración del compresor, Nm3/h. 9 K: pendiente de la recta antibombeo, Nm3 /h·kg/cm2 . 9 B0: bias nominal de la recta antibombeo, Nm3 /h. 9 B1: suma del bias nominal y del bias del margen de control de la recta antibombeo, Nm3 /h. 9 B2: bias del margen de seguridad de la recta antibombeo, Nm3 /h, cuando se sobrepasa el limite de la alarma del error del lazo de regulación del caudal de aspiración. 9 E: Diferencia de presión entre impulsión y aspiración.. Los parámetros K, B1 y B2 pueden manipularse desde la interfaz del simulador, así como el umbral de alarma del error del lazo de regulación del caudal de aspiración. En condiciones de operación normales B2 será igual a 0., pero en el momento que se sobrepase el límite de la alarma del error del lazo de regulación del caudal de aspiración, B2 tomará el valor nominal especificado. También cuando se sobrepase el umbral de la alarma del error del lazo de regulación del caudal de aspiración se activará una señal de alarma. Cuando esa señal de alarma se desactive el alumno podrá reiniciar el valor de B2 a 0, para ello deberá pulsar el botón de RESET (cuando esté en rojo). B2 se desactivará progresivamente de acuerdo a una recta en el tiempo cuya pendiente podrá elegir el alumno. En definitiva, el objetivo del módulo es que el alumno sea capaz de parametrizar adecuadamente el sistema de control antibombeo del compresor centrífugo de acuerdo con la curva de carga del compresor (Figura 2). El alumno podrá modificar, además de los parámetros de la estructura de control, las siguientes variables: 9 Flujo volumétrico, acm, y temperatura del gas de entrada. 9 Presión en la línea de salida. 9 Velocidad del compresor. Algo a tener en cuenta en el manejo del compresor es que las variables flujo volumétrico, presión en la línea de salida y velocidad de giro del compresor deben ser consecuentes con las curvas de funcionamiento del compresor. Figura 2 3
- 4. Manual de usuario. Control antibombeo de un compresor centrifugo. 2. Interfaz gráfica La interfaz gráfica del módulo de simulación es la que corresponde a la Figura 3. Figura 3 En ella el alumno puede visualizar las siguientes variables: 9 FI-1: Caudal volumétrico suministrado al sistema, (Nm3 /h). 9 FC-2: Caudal volumétrico de aspiración, (Nm3 /h). 9 FI-3: Caudal volumétrico suministrado por el sistema, (Nm3 /h). 9 FI-4: Caudal volumétrico de reciclo, (Nm3 /h). 9 Desviación del flujo volumétrico de aspiración con respecto al valor de la consigna de control normal de FC-2 ( 1 · B E K + ) 2 , (Nm3 /h). 9 PI-1: Presión de aspiración (kg/cm ). 9 PI-3: Presión de impulsión (kg/cm2 ). 9 PDI-2: Diferencia de presión en el compresor (kg/cm2 ). 9 TI-2: Temperatura del gas que sale del compresor (ºC). 9 TI-3: Temperatura del gas que sale del sistema (ºC). 9 SI-1: Velocidad de giro del compresor (rpm) 9 B2: valor del bias de alarma de la recta antibombeo. También podrá modificar las siguientes variables: 9 FI-1: Caudal volumétrico que llega al sistema, (Nm3 /h). 9 TI-1: Temperatura del gas que llega al sistema (ºC). 2 ). etros y or se calcula de modo remoto, anual, y asignar 9 SI-1: Velocidad de giro del compresor (rpm) 9 Presión de la línea de salida de la etapa de compresión (kg/cm Con respecto al controlador de flujo de aspiración, se podrán modificar sus parám tipo (de acuerdo a como viene descrito en el documento del controlador). En este caso debe destacarse que la referencia de flujo para ese regulad de acuerdo al procedimiento que se detalla a continuación, aunque el alumno podrá situar el regulador en modo automático (con u set-point local) o en m n manualmente el valor de la señal de control. 4
- 5. Manual de usuario. Control antibombeo de un compresor centrifugo. Con respecto al sistema de control antibombeo el alumno podrá parametrizar los valores el valor de alarma (alarma en a momento (Figura 5). ndicador de RESET esté en rojo y el . de K, B1, B2, alarma de desviación y eliminación B2 (Figura 4). También podrá visualizar si el sistema ha sobrepasado rojo) o no (alarma en verde), así como el valor de B2 en cad También podrá reiniciar el valor de B2 cuando el i de alarm e a n verde, reiniciando B2 al pulsar el indicador de RESET Figura 4 Figura 5 5