燃气-蒸汽联合循环发电机组(CCPP)可以将炼铁过程中产生的副产高炉煤气作为燃料用于发电,从而实现副产煤气的回收再利用,在钢铁企业防污减排、节能降耗中发挥了重大作用。作为上游炼铁工艺和联合循环发电机组的中间过渡环节,煤气系统对副产煤气进行缓冲、加压和热值调整等处理,起着承上启下的作用。离心压缩机是煤气系统的关键设备,其运行状态的好坏直接影响到后续联合循环发电机组的效率和可靠性。因此,对离心压缩机进行状态监测和故障诊断是十分必要的。目前,对离心压缩机故障诊断方法的研究主要是利用振动信号对其机械故障进行诊断。然而,离心式压缩机作为能量转换设备,气体流动或工艺参数的任何变化都直接影响其热力性能的变化,而热力性能的变化往往是机械故障的先兆。当离心压缩机通流部分发生故障时,其压力、温度、流量等热力参数中蕴含了大量的故障信息。因此,利用热力参数对压缩机进行监测和诊断,有助于在故障发生早期诊断并排除故障,对保障压缩机的安全运行具有重要意义。本文以宝钢备用电厂联合循环机组煤气系统的离心压缩机为研究对象,在深入分析系统工作原理和故障机理的基础上,对离心压缩机通流部分常见故障的诊断方法进行了深入研究。本文的主要工作归纳如下:1.CCPP煤气系统包含离心压缩机、冷却器和调节阀等诸多部件,是多影响因素、强非线性、强耦合的复杂系统。本文在已有理论研究的基础上,基于气体等熵压缩过程的能量传递及能量损失机理,建立了单级离心压缩机机理模型,并采用逐级叠加法建立多级离心压缩机模型。同时,对煤气系统中其它主要部件进行建模,并利用正常工况下的历史数据对煤气系统模型中的关键参数进行了辨识。在此基础上,结合故障的机理分析,模拟了煤气系统离心压缩机的两个典型故障,为后续故障诊断方法的研究奠定了基础。2.针对离心压缩机通流部分典型故障,提出一种基于热力参数和定性仿真的故障诊断方法。定性仿真方法可以利用系统内部结构原理等“深层”知识和设备操作经验等“浅层”知识建立系统的定性模型,尤其适合由于系统过于复杂或知识不完备而无法建立精确数学模型的情况。通过对压缩机机理和故障机理的分析,分别建立系统在正常工况和故障工况下的定性模型。当系统发生某个故障时,通过比较系统变量观测值的变化趋势与定性模型推理得到的定性状态序列,来确定与系统实际行为最相符的定性模型,并根据该定性模型包含的故障信息得到故障诊断结果。3.针对定性仿真方法由于其固有缺陷导致定性推理结果冗余的问题,本文提出了一种结合因果关系和模糊知识的定性仿真故障诊断方法,并用于离心压缩机排气量不足原因的诊断。为了使定性模型包含更多的定量信息,本文将系统变量间存在的因果关系定义为一种新的定性约束。同时,定义了定性模型的外部变量,将其观测值提取出的定性趋势作为定性模型的已知条件。另外,将生产过程中的操作经验总结为模糊知识包含在定性模型中,并提出基于变量定性趋势和模糊定性值约束的滑动窗口加权匹配策略来确定故障诊断结果。最后,在总结导致离心压缩机排气量不足原因的基础上,对本文所提方法进行了验证。4.针对CCPP煤气系统离心压缩机容易发生喘振的问题,本文提出一种离心压缩机临近喘振的诊断和状态评价方法。喘振能够对压缩机和管网造成严重的损坏,是压缩机运行过程中尽量避免出现的工况。本文对导致压缩机喘振的常见原因进行总结,建立了离心压缩机动力学模型并对压缩机的喘振工况进行模拟。当压缩机工作点由安全区向喘振区移动时,利用基于定性仿真的诊断方法判断压缩机是否存在发生喘振的可能,如果存在则利用模糊综合评价方法计算压缩机临近喘振的程度。实验结果表明,本文所提方法能够在压缩机趋向喘振但还未发生喘振时给出比较准确的诊断和评价结果,对预防压缩机喘振的发生具有重要的现实意义。最后,在总结全文的基础上,对离心压缩机故障诊断技术未来的研究热点问题进行了展望。