有关压缩机防喘振控制的综述:压缩机防喘振曲线

　　【摘 要】当压缩机出现流量低的时候,就会出现压缩机发生喘振现象,这样就会使压缩机的工作状态产生非常不稳定。采取增加压缩机内部流量,在压缩机出口出增加单向阀防止倒流等办法,可有效防止压缩机进入喘振区,才能保证压缩机正常工作。
　　【关键词】防喘振；控制；压缩机
　　1 引言
　　压缩机也是在工业当中不能缺少非常重要的设备, 主要为石化提供制冷和分离组分。因为在石化行业是高危的行业, 并且生产处于连续作业, 这就要求压缩机拥有良好的性能。然而喘振又是离心式压缩机固有的特性, 因此对离心式压缩机的喘振问题进行探讨就显得非常必要。
　　2 喘振的产生及危害
　　2.1 喘振的产生
　　喘振现象一般都是在压缩机流道中, 由于工况改变, 流量很快就会减少, 出现更为严重的气流脱离, 然而流动的情况也会随之出现恶化现象。这时工作叶轮虽仍在旋转, 对气体做功大都变为能量损失,但气体的压力还是不能提高的, 于是压缩机出口压力显著下降。由于压缩机是和管网一起工作, 如果管网容量较大, 其反应不敏感, 这时管网压力并不马上降低, 于是管网压力有可能大于压缩机出口压力, 因而会产生气体倒流的现象, 一直到管网压力小于压缩机出口压力为止。
　　2.2 喘振的危害
　　当压缩机发生喘振后, 就会导致不能正常的工作, 出口压力减小, 低于出口管道系统压力, 使气体从管道系统向压缩机倒流, 直到管道系统中压力低于压缩机出口压力, 此时倒流停止, 压缩机恢复工作, 但是当出口管道系统的压力恢复到原值时, 通过压缩机的气体流量再一次减小, 这时又发生喘振, 如此反复, 使系统呈周期性振荡, 在整个过程中, 压缩机组强烈振动, 伴有异常噪声, 对压缩机内部的迷宫密封、轴承和叶轮等附属设施造成极大损伤,严重时压缩机会受到损坏, 与机组出口相连的管道也发生周期振动, 管道上的压力表、温度表及进口处流量计发生大幅度的摆动,与此同时, 压缩机在短时间内反复从空载到过载,这对驱动系统(如连接器、驱动机轴等)都是非常不利的。
　　3 防喘振控制技术
　　3.1 防喘振控制工艺流程
　　离心式压缩机防喘振控制工艺流程中由进出口压力、温度以及进口气体实际流量等参数的测量作为喘振控制系统的输入量。压缩机出口设有单向阀, 以防止天然气倒流。为防止打回流的气体温度过高, 防喘振回流入口的气体应经过空冷器冷却, 如果有的压缩机站无工艺气空冷器, 则要专门设置防喘振回流天然气的空冷器。
　　3.2 控制曲线在
　　正常运行情况下, 压缩机运行在运行点(OP)处,压力和流量在运行点与过程所需运行条件相适应。压缩机运行状态的典型特性曲线, O P 的位置决定于流量和压头, 当入口流量减少出口压力增加时将使压缩机运行点(OP)更靠近喘振线,压缩机的运行状况随时发生变化如停机, 入口或出口流量阀可能关小或关闭, 即通过流量改变影响压缩机运行, 使之可能出现喘振。为避免离心压缩机进入喘振区域, 被动控制方法是在系统工作的最小流量点与喘振点之间留有足够大的稳定区域, 阻止运行点到达喘振点。
　　4 控制方法
　　(1)在喘振点进行闭环控制,在压缩机控制软件中于喘振线右侧建立了喘振控制线(SCL),SCL 与恒定转速线交点即为喘振控制点, 在运行点 O P 快到达喘振控制点时, 控制器则打开回流阀。当 OP 缓慢移动时,防喘振控制将以控制的 PID 回路开回流阀,使 OP保持在喘振控制点处。
　　(2)快速RAMP 开路,由于防喘振控制并不能控制运行点移动速率, 只能对引起运行点加快移动的因素进行预测补偿, 压缩机控制软件在喘振线与喘振控制线之间建立第二条线(快速 RAMP 线)。如果防喘振控制无法将运行点保持在喘振控制线, 当运行点快到 R A M P 线时, 防喘振控制将向回流阀发。出信号, 开启至预定开度。来自控制器的信号为阶跃信号, 阀响应为快速开启动作, 即为开环控制动作。之后, 开环控制回路要求防喘振控制等待一小段时间,如果 OP 停止移动将开始关阀直至命令信号达到 PID 回路设定值, 如果第一次开环控制后, O P 仍向喘振点移动, 防喘控制将再次利用开环控制开阀。
　　(3)微分控制,如果运行点快速移动,而回流阀及管路回路延时较大, 防喘振控制应预测到运行点将超过喘振控制点的情况, 即微分控制测出运行点的快速移动, 在运行点到达喘振控制线之前, 向回流阀发出命令。在哪点给出命令开阀, 决定于运行点移动速率和回流阀响应时间, 因为控制系统必须在运行点到达喘振控制线之前使阀门有足够开度。
　　5 防喘振控制系统对设计要求
　　每套机组本身带有一套机组控制系统U C S , 含有防喘振控制单元, 该单元由传感器、变送器、喘振控制器以及防喘振阀或回流阀组成。在运行过程中, 机组喘振控制器通过接收入口、出口压力和温度及入口流量信号, 判断压缩机的工作状态, 以决定防喘振阀或回流阀的关启。如果无机组喘振控制,压缩机从出现异常到发生喘振的时间很短,因此要求设备和工艺设计应满足准确和快速反应的特点。入口流量测量设备应安装在气体扰动最小的位置, 并被设计成压缩机的满操作量程。变送器应安装在离测量设备尽可能近的地方, 以减少反应时间。设计工艺管道时, 压缩机出口管道及回流管道的容积应根据实际需要最小化包括减少管径(和长度)。喘振是离心式压缩机固有的特性主要是由其工作原理所决定的, 如果发生喘振, 将会对机组造成破坏, 影响管道正常运行, 因此,应保证机组和进出管路及附属设备组成可靠的防喘振系统, 以避免设备在运行中发生事故。
　　参考文献
　　[1]戴冀.离心压缩系统喘振的理论和实验研究.西安交大博士论文,2011
　　[2]谷骁勇,张孟超. 离心空压机喘振机理及防喘振控制方法的探讨[J]. 经营管理者. 2010(11)
　　[3]庞天照. 离心式压缩机防喘振模糊PID控制系统研究[J]. 科技创新导报. 2011(13)