防喘振控制在壓縮機(jī)改造中的應(yīng)用

南學(xué)杰

摘 要：隨著工業(yè)科技的蓬勃發(fā)展，排氣量大、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)的離心式壓縮機(jī)逐漸贏得市場(chǎng)信賴。但不可忽略的是，頻發(fā)的喘振現(xiàn)象已經(jīng)成為離心式壓縮機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中的首要桎梏。文章將從闡述離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)的研究目的入手，結(jié)合離心式壓縮機(jī)工作原理、喘振現(xiàn)象成因以及防喘振控制系統(tǒng)要素等研究基礎(chǔ)，提出防喘振控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，旨在為離心式壓縮機(jī)改良提供有益參考。

關(guān)鍵詞：防喘振；壓縮機(jī)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；應(yīng)用改造

引言

離心式壓縮機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)性設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶煉、制冷、石油、化工等行業(yè)管線，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益價(jià)值。喘振是壓縮機(jī)流量和壓力迅速減少所導(dǎo)致的非正常狀態(tài)振動(dòng)，喘振不僅會(huì)降低離心式壓縮機(jī)的工作效率，而且嚴(yán)重時(shí)可能造成風(fēng)機(jī)葉片疲勞損耗。因此，在壓縮機(jī)改造過程中探究應(yīng)用防喘振控制系統(tǒng)，具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。

1 離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)的研究目的

1.1 喘振危害分析

一旦壓縮機(jī)發(fā)生喘振后，就導(dǎo)致壓縮機(jī)難以正常工作。其出口壓力減小，整體壓力將低于出口管道系統(tǒng)壓力，進(jìn)而使得氣體從管道系統(tǒng)向壓縮機(jī)倒流，直到管道系統(tǒng)中壓力低于壓縮機(jī)出口壓力，此時(shí)倒流停止，壓縮機(jī)恢復(fù)工作，但是當(dāng)出口管道系統(tǒng)的壓力恢復(fù)到原值時(shí)，通過壓縮機(jī)的氣體流量再一次減小，這時(shí)又發(fā)生喘振，如此反復(fù)，使系統(tǒng)呈周期性振蕩，在整個(gè)過程中，壓縮機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)，伴有異常噪聲，嚴(yán)重時(shí)壓縮機(jī)會(huì)受到損壞。

1.2 防喘振控制系統(tǒng)研究?jī)r(jià)值

防喘振控制系統(tǒng)利用多樣化技術(shù)手段，形成系統(tǒng)化的喘振預(yù)防和治理方案，可有效防止喘振現(xiàn)象發(fā)生；防喘振控制系統(tǒng)作為離心式壓縮機(jī)控制體系的重要組成部分，便于技術(shù)人員及時(shí)了解設(shè)備狀態(tài)，穩(wěn)定控制壓縮機(jī)器。

2 離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)

2.1 離心壓縮機(jī)工作原理

離心式壓縮機(jī)屬于透平壓縮機(jī)的一種。作為典型的葉片式旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其基本工作原理是通過氣體與葉片的共同作用，賦予氣體更強(qiáng)的壓力和動(dòng)能，繼而利用流通元件促使氣流減速，從而實(shí)現(xiàn)氣流在壓縮機(jī)內(nèi)的徑向流動(dòng)。從實(shí)踐來(lái)看，離心式壓縮機(jī)常與其他設(shè)備、管道等形成一體化的系統(tǒng)聯(lián)合使用，因而具有鮮明的管網(wǎng)特征。由于管網(wǎng)線路內(nèi)部的壓力和流量經(jīng)常變化，離心式壓縮機(jī)就需要不斷改變自身的排氣壓力和流量，因而面臨著壓力和流量速降引發(fā)的喘振風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 出現(xiàn)喘振現(xiàn)象的原因

離心式壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振的原因多種多樣，而且常常是由復(fù)合因素引發(fā)的?？偟膩?lái)講，喘振成因主要有五個(gè)方面。一是因壓縮機(jī)內(nèi)部氣體流動(dòng)發(fā)生失速而導(dǎo)致喘振；二是由于壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)作不協(xié)調(diào)而發(fā)生喘振，如壓縮機(jī)流量小于喘振流量；三是當(dāng)離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速過大時(shí)，喘振流量也隨之增大，喘振線即向大流量區(qū)移動(dòng)；四是壓縮機(jī)的進(jìn)氣溫度、壓力等要素不穩(wěn)定；五是管網(wǎng)的容量過大引發(fā)喘振點(diǎn)流量增大，使壓縮機(jī)難以平穩(wěn)運(yùn)行。

2.3 防喘振控制系統(tǒng)要素

鑒于離心式壓縮機(jī)的管網(wǎng)特征，其防喘振控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)從壓縮機(jī)與管網(wǎng)的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行上采取措施，普遍來(lái)看行之有效的方法是采用防喘裝置，其系統(tǒng)要素主要有管網(wǎng)流量、進(jìn)出口壓力以及喘振控制線三方面。第一，應(yīng)在管網(wǎng)流量大幅減少時(shí)增加離心式壓縮機(jī)自身流量，使機(jī)器保持在大于喘振流量的狀態(tài)下運(yùn)行；第二，智能控制離心式壓縮機(jī)的進(jìn)出口壓力；第三，根據(jù)離心式壓縮機(jī)的特征曲線來(lái)看，喘振線即是其穩(wěn)定運(yùn)行范圍的最小流量極限。

3 離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

3.1 總體設(shè)計(jì)思想

承前所述，離心式壓縮機(jī)發(fā)生喘振的主要原因是負(fù)荷突然減少。因此，要確保其在運(yùn)行過程中不出現(xiàn)喘振，必須要使通過壓縮機(jī)的實(shí)際流量在任何轉(zhuǎn)速、任何壓力下都能夠小于喘振流量。正因如此，文章所述離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想，即是在確保減少離心式壓縮機(jī)能量消耗的基礎(chǔ)上，在壓縮機(jī)的負(fù)荷具有經(jīng)常波動(dòng)可能性之處，采取可變極限流量的防喘振控制方案。

3.2 具體設(shè)計(jì)分區(qū)

3.2.1 喘振區(qū)域確定

確定喘振區(qū)域是設(shè)計(jì)防喘振控制系統(tǒng)的首要前提，為喘振故障檢測(cè)、防喘振方案制定奠定了理論根基。喘振區(qū)域確定需要結(jié)合離心式壓縮機(jī)的管網(wǎng)特性，利用曲線圖進(jìn)行表述。管網(wǎng)特性與壓縮機(jī)性能曲線分別表示管道進(jìn)口壓力、壓縮機(jī)出口壓力隨氣體流量變化的狀況，二者交點(diǎn)即為壓縮機(jī)工作點(diǎn)。由于工作點(diǎn)橫坐標(biāo)Q表示氣體流量，縱坐標(biāo)P代表實(shí)際排氣壓力，因而最高點(diǎn)K右方的下降區(qū)域是穩(wěn)定工作區(qū)，K左下降區(qū)域即是喘振區(qū)域。

3.2.2 操作變量選擇

根據(jù)離心式壓縮機(jī)運(yùn)行理論，將其操作變量穩(wěn)定在設(shè)計(jì)值上才能夠使經(jīng)濟(jì)效益最大化。但在實(shí)踐改造過程中，變量的穩(wěn)定性難以保證。因而，在防喘振控制系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，操作變量選擇尤為重要。一是應(yīng)當(dāng)允許其在一定范圍內(nèi)改變，二是適當(dāng)減小調(diào)節(jié)通道的時(shí)間常數(shù)，適量擴(kuò)大干擾通道的時(shí)間常數(shù)，三是須通過對(duì)所選變量的準(zhǔn)確把握，保障其對(duì)裝置中的其他控制系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生較大干擾。

3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

4 總結(jié)

總而言之，防喘振控制系統(tǒng)在壓縮機(jī)改造中的應(yīng)用，須以離心式壓縮機(jī)工作原理和喘振成因?yàn)槌霭l(fā)點(diǎn)，以智能化的總體設(shè)計(jì)理念為依托，在完善技術(shù)故障診斷、精確定位喘振區(qū)域、明晰系統(tǒng)儀表選型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建高效自動(dòng)化的先進(jìn)控制系統(tǒng)，致力于提升壓縮機(jī)工作成效。

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