張延升

（沈陽鼓風機集團自動控制系統(tǒng)工程有限公司，遼寧 沈陽 110000）

離心壓縮機防喘振控制系統(tǒng)探討

張延升

（沈陽鼓風機集團自動控制系統(tǒng)工程有限公司，遼寧 沈陽 110000）

離心壓縮機是一種重要的機械設(shè)備，被廣泛應(yīng)用在制藥、冶金、空分、化工、石油等領(lǐng)域。離心壓縮機在實際應(yīng)用中，經(jīng)常會發(fā)生喘振現(xiàn)象，造成流量、供氣壓力等參數(shù)產(chǎn)生波動，使離心壓縮機被破壞，葉輪和葉片之間的噪聲增加。為了有效控制離心壓縮機喘振現(xiàn)象，應(yīng)加大對防喘振控制系統(tǒng)的分析和研究，優(yōu)化離心壓縮機防喘振控制系統(tǒng)設(shè)計。本文簡要分析了離心壓縮機喘振情況，對離心壓縮機防喘振控制系統(tǒng)進行研究。

離心壓縮機；防喘振；控制系統(tǒng)

離心壓縮機具有輸送流量小、排氣壓力高的優(yōu)點，但是其易發(fā)生喘振，穩(wěn)定工作區(qū)域較窄。喘振嚴重危害離心壓縮機的安全、正常運行，為了提高離心壓縮機的安全性和耐久性，應(yīng)配備相關(guān)防喘振控制系統(tǒng)，避免發(fā)生喘振現(xiàn)象。

近年來，相關(guān)控制技術(shù)快速發(fā)展，防喘振控制水平和方法不斷提高，但還是面臨著防喘振控制和經(jīng)濟性問題，因此應(yīng)仔細研究離心壓縮機防喘振控制系統(tǒng)。

1 離心壓縮機喘振分析

1.1 喘振原理

離心壓縮機在運行時，其流量往往會發(fā)生變化，當離心壓縮機流量下降到最低流量點時，離心壓縮機管道中會產(chǎn)生氣體介質(zhì)渦動，嚴重影響正常的流動，造成離心壓縮機出口壓力大幅度下降。由于管網(wǎng)系統(tǒng)和離心壓縮機是聯(lián)合運行的，當發(fā)生這種情況時，如果不能及時調(diào)整管網(wǎng)系統(tǒng)壓力，不能快速降低氣壓，會造成壓縮機出口壓力遠遠小于管網(wǎng)原氣體壓力，造成管網(wǎng)氣流方向改變，當壓縮機出口壓力和管網(wǎng)壓力相同時，這時倒流停止，向著管網(wǎng)壓縮機持續(xù)供氣，一旦發(fā)生上述情況，離心壓縮機運行過程中，管網(wǎng)氣流壓力達到原本正常壓力時，離心壓縮機流量快速下降，形成倒流，這種氣體振蕩情況具有周期性被稱為喘振。

1.2 喘振危害

當離心壓縮機發(fā)生喘振情況時，其流量、供氣壓力等參數(shù)發(fā)生較大波動，很容易造成壓縮機損害，并且葉輪、葉片的噪聲增加，離心壓縮機各種動靜部件之間產(chǎn)生較大磨損，軸頸和軸承容易發(fā)生損壞，甚至破壞潤滑油膜，離心壓縮機運行效率不斷降低，易引發(fā)火災(zāi)事故，導致離心壓縮機相關(guān)聯(lián)的元器件設(shè)備發(fā)生損壞，而離心壓縮機喘振越嚴重，其危害性越強。

2 離心壓縮機防喘振控制系統(tǒng)研究

2.1 喘振點判斷

當出現(xiàn)以下任意一點時，可判斷離心壓縮機發(fā)生喘振現(xiàn)象：其一，觀察離心壓縮機振動檢測界面，振幅信號發(fā)生輕微突變；其二，監(jiān)測離心壓縮機出口壓力過程中，發(fā)現(xiàn)出口壓力值下降；其三，離心壓縮機入口壓力產(chǎn)生大幅度波動；其四，離心壓縮機出口和入口發(fā)出低頻的異常脈動聲音。這時應(yīng)及時打開防喘振閥。

2.2 喘振解決處理

為了防止離心壓縮機發(fā)生喘振，應(yīng)使離心壓縮機遠離喘振區(qū)，基于穩(wěn)定的進口條件，合理控制防喘振閥和出口閥，逐漸升高離心壓縮機出口壓力。一旦離心壓縮機發(fā)生喘振現(xiàn)象，及時打開防喘振閥和出口閥，停止壓力調(diào)節(jié)。

結(jié)合不同工況點的離心壓縮機喘振情況，將喘振閥及時打開，若離心壓縮機出口發(fā)生堵塞，將出口放火炬閥打開，仔細分析離心壓縮機喘振原因，如果其流量、氣體壓力等參數(shù)發(fā)生變化，將出口放火炬打開，徹底控制喘振情況以后，然后調(diào)整氣體參數(shù)，優(yōu)化離心壓縮機運行。

2.3 喘振主動控制技術(shù)

通過喘振主動控制技術(shù)，對喘振引起的氣流不穩(wěn)定情況實現(xiàn)直接抑制，優(yōu)化離心壓縮機運行性能，防止發(fā)生喘振現(xiàn)象。

離心壓縮機喘振主動控制主要采用PID模式，使用可變導葉、注氣、節(jié)流閥、放氣閥、返回閥等執(zhí)行機構(gòu)，選擇驅(qū)動式壓縮機作為喘振控制器，如圖1所示，離心壓縮機防喘振主動控制系統(tǒng)，壓縮機出口緊接CCV控制閥，該防喘振控制系統(tǒng)采用數(shù)字直接防喘振控制系統(tǒng)，充分考慮各種影響因素，在該系統(tǒng)中通過解耦技術(shù)，有效協(xié)調(diào)了多個防喘振回路或者防喘振性能控制和運行控制之間的關(guān)系。

圖1 離心壓縮機主動控制

2.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

離心壓縮機防喘振控制系統(tǒng)包括工程師站、操作站、以太網(wǎng)通訊鏈路、3500測振系統(tǒng)、TS3000控制器等幾部分。

2.4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

工程師站、操作站作為上位機，PLC控制器作為下位機，下位機和上位機之間通過以太網(wǎng)線進行連接，基于DDE和TCP/IP通訊協(xié)議，實現(xiàn)雙網(wǎng)冗余。

通過光纖連接下位機的遠程和就地機架。離心壓縮機防喘振控制系統(tǒng)中的工程師站利用冗余通訊方式，和控制器通訊接口進行連接，用于控制器的維護、軟件裝載、測試、修改、除錯和組態(tài)。工程師站具有順序事件記錄、打印組態(tài)圖形和數(shù)據(jù)的功能，對順序事件記錄軟件進行配置，操作站和工程師站應(yīng)配置相同規(guī)格的PC機，配置光盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器，預(yù)留人機接口，操作站和控制器之間由冗余光線進行連接。

2.4.2 通訊網(wǎng)絡(luò)

離心壓縮機防喘振控制系統(tǒng)除了通過以太網(wǎng)進行通訊以外，還可通過MODBUS實現(xiàn)信息通訊。DCS、3500測振系統(tǒng)通過TCM通訊卡串口和TS3000系統(tǒng)進行通訊。在防喘振控制系統(tǒng)中，這些端口可基于RTUMODBUS或ASCII傳輸協(xié)議支持RS-485或RS-232通訊。該系統(tǒng)考慮到離心壓縮機防喘振控制傳輸距離，選擇RS-485通訊模式，MODBUS屬于主從協(xié)議，其規(guī)定了防喘振控制系統(tǒng)中主從設(shè)備通訊的斷開和建立、錯誤檢測、信息交換等。

3500系統(tǒng)和控制器之間的通訊，3599系統(tǒng)作為從站，控制器作為主站，基于簡單的通訊連接，控制器接收3500系統(tǒng)傳輸?shù)碾x心壓縮機位移、振動等參數(shù)。和DCS系統(tǒng)進行信息通訊時，TS3000系統(tǒng)作為從站，DCS系統(tǒng)作為主站，基于RTU協(xié)議，控制器將離心壓縮機運行參數(shù)傳送到DCS系統(tǒng)中。

2.5 系統(tǒng)功能

2.5.1 性能參數(shù)調(diào)節(jié)

離心壓縮機的水路和油路運行參數(shù)、進出口壓力和溫度以及排氣量的自動調(diào)節(jié)。

2.5.2 數(shù)據(jù)采集和處理

采集離心壓縮機的溫度、壓力和轉(zhuǎn)速傳送到相關(guān)處理軟件中，離心壓縮機運行過程中，防喘振控制系統(tǒng)循環(huán)、連續(xù)地監(jiān)測離心壓縮機的軸向位移和水路、油、氣系統(tǒng)的關(guān)鍵運行參數(shù)、主要性能參數(shù)。

2.5.3 故障報警和分析

當離心壓縮機出現(xiàn)排氣壓力過高、排氣溫度過高、冷卻水量較少、油壓降低、油位偏低、電動機過載、短路、欠壓等情況時，控制系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，并且利用打印機打印或者屏幕顯示故障記憶。

2.5.4 測控

離心壓縮機防喘振控制系統(tǒng)根據(jù)具體操作程序和標準工藝流程，對離心壓縮機進行程序控制或者順序控制，與離心壓縮機性能模擬參數(shù)進行比較，實現(xiàn)離心壓縮機程序的自動卸載、停車或者啟動，提高離心壓縮機工況參數(shù)，使其保持最佳運行狀態(tài)。

2.5.5 性能參數(shù)顯示

離心壓縮機防喘振控制系統(tǒng)可顯示離心壓縮機防喘振控制的流程圖、變化趨勢、控制參數(shù)、溫度和壓力變化趨勢、溫度參數(shù)、壓力參數(shù)等。

3 結(jié)語

離心壓縮機防喘振控制是一個復(fù)雜、重要的研究領(lǐng)域，其涉及多項內(nèi)容。喘振嚴重影響離心壓縮機的正常、安全運行，應(yīng)仔細分析離心壓縮機喘振原因，有針對性地進行處理，優(yōu)化離心壓縮機防喘振控制系統(tǒng)設(shè)計，利用PID自控系統(tǒng)，不斷提高離心壓縮機防喘振控制水平。

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