[发明专利]一种基于LNG特性的潜液泵恒压PID控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及LNG领域，尤其是一种LNG加液装置中潜液泵的PID控制方法。

背景技术

LNG是液化天然气英文Liquefied Natural Gas的缩写。天然气经净化处理（脱除CO2、硫化物、烃、水等杂质）后，在常压下深冷至-162℃，由气态变成液态，称为液化天然气，液化天然气的体积量为同量气态天然气体积的1/625，重量为同体积水的45%左右。

在LNG加液装置中，潜液泵用于将LNG从储液罐中抽出并通过管道将LNG输出到汽车等设备中做燃料使用。一般来说潜液泵是由一变频器驱动，而PLC通过控制变频器间接控制潜液泵的转速。如图1所示。

目前采用的LNG加液方法包括控制潜液泵以恒定压力进行加液（恒压控制）与控制潜液泵以恒定转速进行加液（恒频控制）。其中恒压控制方式具体采用PID控制环，参见图2，采集潜液泵的泵后压力（潜液泵输出口的压力）实际值作为PID控制环的一个输入量，将泵后压力设定值作为PID控制环的另一个输入量，通过PID控制运算计算得到潜液泵转速的控制量，变频器根据转速控制量驱动潜液泵运转，最终使潜液泵的泵后压力实际值等于或接近设置值。

然而LNG潜液泵由于LNG的物理特性决定了很容易发生汽蚀、抽空、供液断续等现象，常规PID算法会因为这些原因造成压力波动大，超调明显，震荡等问题，使得加液过程不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于LNG特性的潜液泵恒压PID控制方法。

本发明采用的技术手段是：包括以下步骤：

采集潜液泵的泵后压力实际值；将泵后压力实际值与泵后压力设定值作为PID控制环的两个输入量，PID控制环的输出量为潜液泵转速的控制量。

进一步还包括以下步骤：

判断泵后压力实际值是否大于泵后压力设定值，若大于则使用a×P作为PID控制环的增益，若小于则使用b×P作为PID控制环的增益；其中0＜a＜b，P为PID控制环的标准增益。这样的作法是在PID控制的震荡期采用不同的增益，当泵后压力实际值超过设定值时，采用较低的增益使泵后压力实际值缓慢增加，而当泵后实际压力超过设定值时，采用较大的增益使泵后压力实际值快速下降，形成加速下冲的效果从而减少超调情况的发生。

进一步还包括以下步骤：判断泵后压力实际值与泵后压力设定值差值的绝对值是否小于设定阈值，若小于则将PID控制环的差值设为0。这样的设计思想是当泵后压力实际值与设定值相差小于一定值的时候，我们就认为实际值已经达到了设定值，无需继续进行PID调节，从而快速度过震荡期，使泵后压力快速达到稳定。

加液过程中潜液泵因为液位低、压头不足的原因，储罐到泵池的管道内液体气化产生气液混合物的断续流，使供液跟不上泵输出流量，泵输出压力会下降，低于泵后压力设定值，但又不至于达到停机值，这时候常规的PID会自动增大输出值，控制泵加速抽取LNG，实际上却因无液体供给而压力升不上去，最终恶性循环使泵转速很快，当流入液体量满足输出量时，由于PID环输出量的延迟及下冲速度跟不上会造成泵的输出压力突然超高，严重者会超过报警值和安全阀起跳，为避免出现此现象，本发明进一步还包括以下步骤：

采集潜液泵的入口压力；将泵后压力限制值减去所述入口压力得到泵当前的允许升压压力，然后根据潜液泵的扬程曲线（除了根据泵厂家提供的资料外，还可以通过工艺系统搭建完成后实际测试得到更准确的转速扬程曲线）将允许升压压力转换为当前泵的最大允许转速控制量；

将所述PID控制环输出的潜液泵转速控制量与所述当前泵的最大允许转速控制量比较，若小于则将所述PID控制环输出的潜液泵转速控制量作为潜液泵转速的最终控制量，若大于则将所述当前泵的最大允许转速控制量作为潜液泵转速的最终控制量；

使用潜液泵转速的最终控制量去控制潜液泵的转速。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明有效减少了潜液泵恒压控制时的超调现象，结合死去切除法降低LNG恒压控制中的震荡，同时通过设置泵后压力的限制值进而限制潜液泵的最大转速，克服了传统PID调节不能适应LNG供液断续情况的缺点，保证了潜液泵恒压控制的稳定性及安全性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为潜液泵驱动控制电路示意图。

图2为现有的恒压控制PID控制原理图。

图3为本发明中一个具体实施例的PID控制原理图。

具体实施方式