P型空壓機(jī)喘振故障分析及對(duì)策

朱雪蓮

（攀鋼釩能源動(dòng)力中心設(shè)備室，四川 攀枝花 617062）

P型空壓機(jī)喘振故障分析及對(duì)策

朱雪蓮

（攀鋼釩能源動(dòng)力中心設(shè)備室，四川 攀枝花 617062）

離心式空壓機(jī)組在運(yùn)行中容易產(chǎn)生喘振故障,喘振的發(fā)生往往由于空壓機(jī)氣體流量的減小等原因從而引起空壓機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)失速。當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)一步惡化,空壓機(jī)工作狀態(tài)就由旋轉(zhuǎn)失速進(jìn)而發(fā)展為喘振,P型空壓機(jī)是離心式空壓機(jī)的一種，在投產(chǎn)初期常出現(xiàn)的喘振故障，針對(duì)喘振故障現(xiàn)象進(jìn)行了原因分析，找出了預(yù)防喘振的控制方法，減少喘振故障的發(fā)生，有利于空壓機(jī)在安全的狀態(tài)下運(yùn)行。

P型空壓機(jī)；調(diào)節(jié)；喘振控制；堵塞；PID參數(shù)；故障

1 引言

離心式空壓機(jī)的防喘振控制就是當(dāng)空壓機(jī)將要發(fā)生喘振時(shí),通過調(diào)節(jié)空壓機(jī)入口流量或調(diào)節(jié)空壓機(jī)出口壓力等使空壓機(jī)的工作點(diǎn)遠(yuǎn)離喘振區(qū)從而使機(jī)組在安全條件下工作。而空壓機(jī)喘振的控制大致都能歸入兩種:一是壓力控制;二是雙參數(shù)控制［3］。

離心式空壓機(jī)組在運(yùn)行中容易產(chǎn)生喘振故障,喘振的發(fā)生往往由于空壓機(jī)氣體流量的減小等原因從而引起空壓機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)失速［2-5］。當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)一步惡化,空壓機(jī)工作狀態(tài)就由旋轉(zhuǎn)失速進(jìn)而發(fā)展為喘振,同時(shí)機(jī)組的流道氣壓及氣體的排出量出現(xiàn)強(qiáng)烈的振蕩,空壓機(jī)電流亦忽高忽低變化劇烈,伴隨間歇、沉悶的氣流噪聲并發(fā)生“哮喘”或吼叫聲，過于頻繁的喘振會(huì)損壞擴(kuò)壓器、葉輪,嚴(yán)重時(shí)致使機(jī)組出現(xiàn)燒瓦事故。因此,預(yù)防喘振成為離心空壓機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 問題的提出及分析

能動(dòng)中心共有（FSELLIOTT）P型離心式空壓機(jī)4臺(tái)，荷花池空壓站3臺(tái)，空壓一站1臺(tái)；在P型空壓機(jī)調(diào)試及使用初期，發(fā)生喘振次數(shù)較多，空壓一站P型機(jī)啟動(dòng)46次，發(fā)生喘振20次，喘振發(fā)生率為20/46=43.5%；其次是荷花池空壓站P1機(jī)組，啟動(dòng)41次，發(fā)生喘振12次，喘振發(fā)生率為12/41=29.3%，喘振的發(fā)生嚴(yán)重影響P型離心機(jī)的安全運(yùn)行。

下面是這4臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行記錄及參數(shù)設(shè)定情況：運(yùn)行記錄見表1；參數(shù)設(shè)定情況記錄見表2。

表1 P型空壓機(jī)運(yùn)行記錄

表2 P型空壓機(jī)正常運(yùn)行參數(shù)設(shè)定記錄

3 P型空壓機(jī)發(fā)生喘振的主要因素

離心空壓機(jī)喘振的發(fā)生主要是由于機(jī)組流道內(nèi)氣體流量、壓力狀態(tài)突變而引起。除此之外,如分子量、溫度等也是造成空壓機(jī)喘振的原因［1］。

從能動(dòng)中心P型空壓機(jī)調(diào)試及運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)有以下幾種故障情況會(huì)發(fā)生喘振（機(jī)械損傷除外）：

（1）空壓機(jī)進(jìn)氣阻力大。由于外部環(huán)境臟，空氣中粉塵含量重、硫化物多，造成吸風(fēng)式過濾器堵塞，進(jìn)氣量減少，而用戶用量不變，形成喘振。

（2）空壓機(jī)流道堵塞。由于冷卻器泄漏或帶有粉塵和雜質(zhì)的空氣進(jìn)入空壓機(jī)，時(shí)間長了會(huì)使空壓機(jī)內(nèi)部葉輪結(jié)垢，流道粗糙，并且局部截面變小［4-5］。

（3）電網(wǎng)波動(dòng)，電壓不穩(wěn)，功率變化快，使電機(jī)失速，造成空壓機(jī)流量降至喘振區(qū)。

（4）出口壓力參數(shù)檢測與實(shí)際壓力不一致，控制閥門錯(cuò)誤動(dòng)作致使機(jī)組運(yùn)行工況發(fā)生改變，引起喘振。如離心機(jī)組在未并網(wǎng)啟動(dòng)過程中三排壓力檢測導(dǎo)壓管堵塞，造成檢測壓力小且不變化，而此時(shí)出口壓力實(shí)際已達(dá)到或接近機(jī)組運(yùn)行設(shè)定壓力，但控制系統(tǒng)檢測到的壓力為假值，系統(tǒng)錯(cuò)誤地認(rèn)為出口壓力不高，造成卸載閥仍不斷關(guān)閉至最小，導(dǎo)致機(jī)組三級(jí)排氣壓力不斷升高（不能送至管網(wǎng)），產(chǎn)生氣流倒灌現(xiàn)象，引起機(jī)組喘振。

（5）在空壓機(jī)開機(jī)和運(yùn)行過程中，卸荷閥、入口閥發(fā)生卡塞，不動(dòng)作或動(dòng)作緩慢也會(huì)形成喘振。

（6）參數(shù)設(shè)定不合適，如最小電流設(shè)定不合理；實(shí)際進(jìn)氣溫度高于設(shè)計(jì)值；進(jìn)氣閥/導(dǎo)葉或卸荷閥操作模式處于手動(dòng)狀態(tài)均會(huì)造成機(jī)組喘振。

4 對(duì)策及措施

結(jié)合空壓機(jī)喘振發(fā)生的因素，制定防止喘振發(fā)生的對(duì)策及優(yōu)化現(xiàn)有能動(dòng)中心P型空壓機(jī)喘振設(shè)定參數(shù)，并優(yōu)化現(xiàn)有空壓機(jī)控制模式。

（1）針對(duì)空壓機(jī)進(jìn)氣阻力大問題，運(yùn)行、維護(hù)人員做好日常點(diǎn)檢工作：①定期（周期為3～6個(gè)月）清洗過濾器，換濾芯；②由于吸風(fēng)式過濾器過濾效果不好，吸入的壓縮空氣雜質(zhì)多，縮短吸風(fēng)過濾器的反吹時(shí)間，由原來的10S縮短到7S，從而間接增加過濾器的反吹次數(shù)，增強(qiáng)反吹效果，提高吸入空氣質(zhì)量。

（2）針對(duì)空壓機(jī)流道堵塞問題，定期（周期為2500小時(shí)）對(duì)機(jī)組本體進(jìn)行分體檢修、除垢、潤滑。

（3）針對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)問題，將設(shè)備供電，特別是馬達(dá)電機(jī)及自動(dòng)控制裝置供電通過UPS穩(wěn)壓，定期檢查電氣線路及馬達(dá)運(yùn)行情況，做好點(diǎn)檢定修工作。

（4）針對(duì)儀表檢測及控制系統(tǒng)問題造成的喘振，采取定期檢查機(jī)組入口調(diào)節(jié)閥、排空閥，對(duì)閥位，檢查閥門動(dòng)作情況，對(duì)機(jī)械部位進(jìn)行潤滑；檢查儀表檢測裝置是否堵塞，校驗(yàn)儀表等。

（5）針對(duì)排氣閥（卸荷閥）動(dòng)作慢的問題，除了做好定期維護(hù)潤滑工作，減少閥門卡澀故障外，還建議將排氣閥由電動(dòng)閥改為氣動(dòng)閥，提高空壓機(jī)排氣閥響應(yīng)速度，減小喘振發(fā)生。

目前P型空壓機(jī)的排氣閥均為電動(dòng)閥，響應(yīng)速度慢，氣動(dòng)閥的動(dòng)作速度比電動(dòng)閥快，建議改為氣動(dòng)閥，有利于減少喘振的發(fā)生。

（6）針對(duì)參數(shù)設(shè)定不合適的問題進(jìn)行優(yōu)化。

① 優(yōu)化喘振靈敏度和喘振自適應(yīng)控制增量。

喘振靈敏度設(shè)定點(diǎn)：是指某一時(shí)間內(nèi)（DT）檢測到某一壓降（DP）,即DP/DT的比值，從現(xiàn)有P型機(jī)設(shè)定的保護(hù)參數(shù)看出：荷花池P1和空壓一站P型機(jī)喘振靈敏度設(shè)置均由原來的0.35 K/C2分別優(yōu)化為4.0 K/C2、0.5 K/C2，減少了喘振發(fā)生次數(shù)。

自適應(yīng)控制增量指：假如發(fā)生喘振，此設(shè)定點(diǎn)值將決定喘振保護(hù)點(diǎn)向右偏移的比例，以避免喘振。壓縮機(jī)每喘振一次，控制系統(tǒng)就改變性能曲線位置，直到喘振消除或達(dá)到最大電機(jī)電流。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況調(diào)整喘振自適應(yīng)控制增量，也可減少喘振發(fā)生。

② 優(yōu)化進(jìn)氣閥、排氣閥的PID參數(shù)。

空壓機(jī)氣壓穩(wěn)定控制，可以減少喘振的發(fā)生。因此對(duì)入口閥、排氣閥的PID參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

PID三個(gè)參數(shù)優(yōu)化原則是：比例作用強(qiáng),可以加快調(diào)節(jié),減少誤差,但系統(tǒng)穩(wěn)定性下降;積分作用強(qiáng),可以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差,但會(huì)使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能變差,動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢;微分作用強(qiáng),系統(tǒng)穩(wěn)定性好,超調(diào)小,但系統(tǒng)抗干擾本領(lǐng)下降。合理的PID參數(shù)設(shè)置可穩(wěn)定出口壓力，減小喘振。

5 結(jié)束語

通過上述防喘振對(duì)策的實(shí)施，大大降低了空壓機(jī)喘振故障的發(fā)生，確保了生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)保證空壓機(jī)防喘振的自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性及對(duì)于空壓機(jī)設(shè)備的維護(hù)也極為重要。例如防喘振控制調(diào)節(jié)閥的響應(yīng)靈敏度的提高,將防喘振的自動(dòng)控制系統(tǒng)移到地面上，遠(yuǎn)離高溫及空壓機(jī)電磁干擾來保證自動(dòng)控制裝置的穩(wěn)定可靠性；空壓機(jī)入口過濾網(wǎng)罩上塵埃的及時(shí)清理以及空壓機(jī)冷凝器內(nèi)部設(shè)備定期清理等等也是十分重要的?？傊?，通過對(duì)P型空壓機(jī)幾年的維護(hù)，積累了一些防喘振控制的經(jīng)驗(yàn)，可以為類似機(jī)組防喘振控制提供有益的借鑒。

［1］徐忠. 離心壓縮機(jī)原理. 機(jī)械工業(yè)出版社, 1990.

［2］鐘瑞明. 離心式空氣壓縮機(jī)喘振故障分析與控制預(yù)防[J]. 采礦技術(shù), 2010(3):84-86.

［3］湯學(xué)忠, 顧福民. 新編制氧工問答[M]. 冶金工業(yè)出版社, 2001.

［4］郭洪波. 離心式空壓機(jī)喘振事故分析[J]. 油氣田地面工程, 2004, 23(6):37-37.

［5］李方濤, 李書臣, 蘇成利. 離心式壓縮機(jī)防喘振控制及故障診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J]. 化工自動(dòng)化及儀表, 2011(5):589-592.

［6］魏龍, 常新忠, 滕文銳. 離心壓縮機(jī)喘振分析及實(shí)例[J]. 通用機(jī)械, 2003(7):38-41.

［7］田春波. 離心式壓縮機(jī)的防喘振控制[J]. 石化技術(shù), 2007(1):44-46.

Analysis of Failure of P Type Air Compressor Surge and Countermeasures

ZHU Xue-lian
（Panzhihua Iron and Steel Energy Power Center Equipment Room, Panzhihua 617000, Sichuan, China）

The surge fault is often appeared during the operation of centrifugal compressor, the cause of surge fault is the reduced gas flow of compressor effects the rotating stall of vane speed. When the operating environment getting worse, the working status of rotating stall comes to surging. P-type air compressor is the one of the centrifugal compressors, the surge fault is often appeared during initial stage of production, the reasons for the surge phenomenon is introduced, the control method for preventing surge is found to reduce the incidence occurred and benefit for the air compressor running in safe condition.

P-type air compressor；adjustment；surge control；blocking；PID parameter；fault

TH45

B

1009-3842（2015）01-0094-03

2014-10-21

朱雪蓮（1970-），女，四川攀枝花人，大學(xué)本科，高級(jí)技師，主要從事儀控設(shè)備專業(yè)點(diǎn)檢工作。E-mail: zxlsnow1128@sina.com