一、引言
南充炼油化工总厂液化气充装站装车流程主要是由2台互为备用、功率为7.5kW的离心泵将球罐区液化气输送至液化气充装站进行装车。由于装车负荷取决于当日车次，在一台离心泵工频状态下，维持输送管道压力时，泵出口压力考虑到环境温度变化，一般为1.4～1.7MPa。然而，泵输出总管压力≥1.3MPa时，即可满足装车要求。为了实现节能降耗的目标，从成本最优化角度出发，设计了恒压调节单回路控制系统(简称恒压控制），通过变频对离心泵转速的调整，控制液化气离心泵输出总管压力，满足下游端经济装车的需求。
二、恒压控制的构成
1.压力调节单回路控制系统简介
压力调节单回路控制系统是指由一个被控对象，一个测量变送器、一个调节器和一个执行单元所组成的单回路闭环控制系统。该控制回路结构简单、投资少，易于调整和投运。
液化气装车系统工艺流程中，作为装车质量指标最直接的变量，同时也能够对负荷变化有足够的变化灵敏度，所以选择液化气出口总管压力作为被控变量。
控制系统的操纵变量需要克服扰动对被控变量的影响。由于调节器输出到变频器，那么选择电机转速作为操纵变量，可使扰动通道的时间常数大一些，使控制通道的纯滞后时间较小，便于平稳控制。
2.控制回路各单元仪表的选用
考虑到液化气离心泵运行区域防爆等级高的特点，控制回路变送单元仪表选用本安型压力变送器、模拟量一入两出隔离栅、数字调节器、电流重复器。
三、调节器PID参数整定
通过PID的参数整定，调节器获得最佳参数。一般希望调节过程具有较大的衰减比，超调量要小些，调节时间越短越好，又没有余差。本文探讨的恒压控制通过自整定基本可以达到4:1的衰减比。
1.衰减曲线法
衰减曲线法整定参数的通常做法是：使系统处于纯比例作用下，在达到稳定时，使用给定值改变的方法加入阶跃干扰，观察被控变量记录曲线的衰减比，然后逐步从大到小改变比例度，使其出现4:1的衰减比为止。记下此时的比例度δS(4:1的衰减比例度)和它的衰减周期TS，然后按经验公式确定3种不同规律控制下的调节器的最佳参数值。
对于泵出口压力恒定控制系统，想得到4:1的衰减比曲线是不可能的，加之没有无纸记录仪将被控变量趋势显示，也不可能观察和分析它的衰减周期TS。此时，通常以被控变量来回波动两次而达到稳定，就近似地认为是4:1的衰减过程。
2.PID参数自整定
在本文所论述的恒压控制系统中，通过自整定，保持参数M5、速率参数P、滞后时间t、控制周期CtL都会自行更新。自整定实施过程为：用手动方式将输出调整到一定开度，在被控变量基本稳定在设定值时，投入自动状态。此时启动自整定程序，根据现场扰动的大小，自整定时间将有所不同。如果过渡过程不够理想，可以进入设置状态，将参数微调即可。
通过对控制4#、5#泵的2只调节器分别作自整定调试后，由于泵出口压力控制输出响应较快，自整定后调节器微分作用基本不明显；比例、积分作用增强，调节器调节规律是PI。对比4#泵和5#泵调节器t值有较大差异，这是因为5#泵调节器在偏差较小时，启动自整定，调节器跟踪及时，超调量较小；而4#泵调节器在负偏差时（被控参数＜给定值），启动自整定。自整定时间较长，系统始终认为过渡时间长，所以致使t=4，加入少许微分作用。2只调节器PID参数整定的结果对比恰好说明用给定值改变的方法加入阶跃干扰，调节器通过自整定能够设置出比较适合的控制参数。
四、离心泵变频节能工作原理
离心泵变频调速工作原理即改变泵的特性曲线，也就是通过改变泵的转速来实现。在不同转速下泵的流量特性曲线与管路特性曲线相交。这些交点就代表着泵在不同转速下的运行工作点。显然在不同的工作点，所对应的流量Q和压头H也不一样。这就是通过改变泵的转速达到泵出口压力恒定的依据。
使用变频调速的方法来调节压力，管路上无需装设调节阀，因此泵的使用效率比较高。在系统流量改变时，如果采用恒速泵，其工作点也相应改变。当系统压力升高，并且富余的压头增多，则最不节能。若液化气离心泵采用变频调速恒压控制，当设定压力为一定时，压力传感器检测出压力差，调节器输出信号减少，降低变频器输出频率使液化气离心泵的工况曲线降低。保持出口压力值不变，显然要比恒速工况下减小一段压头损失，因此恒压工况下有着明显的节能效果。
如果压头沿着管路特性曲线变化，使得液化气离心泵的工况曲线继续降低，节能效果将达到最优。但是，液化气充装站需要定时定量地完成槽车的充装工作，槽车充满压力为1.0MPa（夏季压力约为1.1MPa），假设泵出口压力接近这个压力，装车效率势必降低。
五、结语
液化气离心泵变频恒压控制的应用是南充炼油化工总厂液化气充装站节能降耗措施的体现。同时，变频恒压控制在液化气充装站的应用可以有效地提高工厂仪表自动化控制水平，增强生产操作的方便性和灵活性。值得一提的是，如果适当增加离心泵的额定功率，变频恒压控制效果将会得到更好地改善，实现节能与效率的双赢。