離心式壓縮機(jī)喘振及控制

1、離心式壓縮機(jī)喘振及控制一、什么是喘振？離心式壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振的原因？當(dāng)離心機(jī)壓縮機(jī)的負(fù)荷降低， 排氣量小于某一定值時(shí)， 氣體的正常輸送遭到破壞， 氣體 的排出量時(shí)多時(shí)少， 忽進(jìn)忽出， 產(chǎn)生強(qiáng)烈的震蕩， 并發(fā)出如哮喘病人的喘氣的噪聲，此時(shí)可 看到氣體出口壓力表、流量表的指示發(fā)生大幅度的波動(dòng)，隨之，機(jī)身也會(huì)發(fā)生劇烈的震動(dòng)， 并帶動(dòng)出口管道，廠房振動(dòng)，壓縮機(jī)將會(huì)發(fā)生周期性、間斷的吼響聲。如不及時(shí)采取措施， 壓縮機(jī)將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，這種現(xiàn)象就叫做壓縮機(jī)的喘振，也稱飛動(dòng)。喘振是因?yàn)殡x心式壓縮機(jī)的特性曲線程駝峰狀引起的， 離心式壓縮機(jī)是其壓縮比 （出口 絕壓P2與入口絕壓P1之比）與進(jìn)口氣體的體積流量之間

2、的關(guān)系曲線，具體圖如下（其中n為壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速） ：從上圖可以看出每種轉(zhuǎn)速下都有一個(gè) P2/P1 的最高點(diǎn)， 這個(gè)點(diǎn)稱之為駝峰， 將各個(gè)駝峰 點(diǎn)連接起來就可以得到一條喘振邊界線， 如圖中虛線所示， 邊界線左側(cè)的陰影部分為不穩(wěn)定 的喘振區(qū)，邊界線右側(cè)部分則為安全運(yùn)行區(qū)，在安全運(yùn)行區(qū)壓縮比P2/P1 隨流量 Q 的增大而減小，而在喘振區(qū) P2/P1 隨流量的增大而增大舉例說明：假設(shè)壓縮機(jī)在n2轉(zhuǎn)速下工作在 A點(diǎn)，對應(yīng)的流量為 QA,如果此時(shí)有某個(gè)干擾使流量 減，小，但仍在安全區(qū)內(nèi)，這時(shí)壓縮比會(huì)增大，即P2增大，這時(shí)就會(huì)使壓縮機(jī)的排出壓力增大并恢復(fù)到穩(wěn)定時(shí)的流量 QA。但如果流量繼續(xù)下降到小于n2轉(zhuǎn)速

3、下的駝峰值 QB,這時(shí)壓縮比不但不會(huì)增大，反而會(huì)下降，即出口壓力P2會(huì)下降，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)惡性循環(huán)，壓縮機(jī)的排出量會(huì)繼續(xù)小，P2會(huì)繼續(xù)下降，當(dāng)P2下降到低于管網(wǎng)壓力時(shí)瞬間將會(huì)出現(xiàn)氣體的倒 流，隨著倒流的產(chǎn)生，管網(wǎng)壓力下降，當(dāng)管網(wǎng)壓力降到與壓縮機(jī)出口壓力相等時(shí)倒流停止， 然而壓縮機(jī)仍處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)， 于是壓縮機(jī)又將倒流回來的氣體又重新壓縮出去， 此時(shí)又會(huì)引 起 P2/P1 下降，被壓出的氣體又重新倒流回來，這種現(xiàn)象將反復(fù)的出現(xiàn)，氣體反復(fù)進(jìn)出，產(chǎn) 生強(qiáng)烈的整理，這就是所謂的喘振。二、防喘振控制的方案（兩種）固定極限流量防喘振控制： 把壓縮機(jī)最大轉(zhuǎn)速下的喘振點(diǎn)的流量作為極限值， 是壓縮運(yùn) 行時(shí)流量始終大

4、于該極限值。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是控制系統(tǒng)簡單，使用儀表較少，系統(tǒng)可靠性高，缺點(diǎn)是在轉(zhuǎn)速降低， 壓縮機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，極限流量的裕量顯得過多而造成浪費(fèi)，會(huì)增加運(yùn)行費(fèi)用?？勺儤O限流量防喘振控制： 在喘振的邊界線上做一條安全操作線， 使防喘振調(diào)節(jié)器沿著安全線工作，也就是壓縮機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，其流量均不小于該轉(zhuǎn)速下的極限流量。三.TRICONES喘振控制系統(tǒng)的主要功能喘振圖說明： 1.喘振圖中縱坐標(biāo)為壓比，橫坐標(biāo)為入口壓力補(bǔ)償后的流量差壓。2. 紅色線是喘振線，綠色是控制線3. 綠色十字點(diǎn)表示實(shí)際工作點(diǎn)，隨實(shí)際的流量壓差及出入口壓比而移動(dòng)。4. 黃色十字點(diǎn)表示盤旋控制點(diǎn)。喘振參數(shù)說明： 1.工藝測量值

5、：喘振控制相關(guān)參數(shù)實(shí)時(shí)值，具體有壓縮機(jī)入口壓力，出口壓力，入口流量，入口溫度，防喘振閥開度2. 控制裕度：工作點(diǎn)與控制線間的水平距離3. 工作裕度：工作點(diǎn)與喘振線間的水平距離4. 喘振次數(shù)：從喘振投用到目前所發(fā)生喘振的次數(shù)5. 喘振點(diǎn)：當(dāng)前壓比下喘振線橫坐標(biāo)6. 控制點(diǎn)：當(dāng)前壓比下控制線橫坐標(biāo)7. 實(shí)際工作點(diǎn)：當(dāng)前壓比下工作點(diǎn)橫坐標(biāo)8. 壓縮比：壓縮機(jī)出口壓力和入口壓力之比（絕壓）控制系統(tǒng)的主要功能：1.控制線移位（安全裕度重校）如果系統(tǒng)檢測到工作點(diǎn)越過喘振線， 表示喘振已經(jīng)發(fā)生， 喘振控制線將被自動(dòng)右移一個(gè)本機(jī)校準(zhǔn)量， 即增加安全裕度。 系統(tǒng)可設(shè)置每次增加的校準(zhǔn)量為一個(gè)固定值或一個(gè)比例值，組

6、設(shè)每次增加的校準(zhǔn)量為一個(gè)固定值2%。本機(jī)組設(shè)重校發(fā)生的最多次數(shù)為10 次，超過 10次后，安全裕度不再增加。例如，系統(tǒng)檢測到第 1 次喘振，控制線會(huì)右移 2%，安全裕度就會(huì)由原來的 8%增加到 10%;如果檢測到第5次喘振，控制線會(huì)發(fā)生第 5次右移，總移動(dòng)量為 2%X 5=10%,安全裕 度會(huì)變?yōu)?18%。如何檢測喘振呢？當(dāng)工作點(diǎn)越過喘振線1%時(shí),系統(tǒng)認(rèn)為喘振發(fā)生,當(dāng)工作點(diǎn)回到喘振線右側(cè) 1%處時(shí),系統(tǒng)認(rèn)為脫離喘振。當(dāng)查明喘振原因并消除使喘振發(fā)生的因素后, 在操作畫面上可以將校準(zhǔn)次數(shù)和校準(zhǔn)增量 復(fù)位為零,使安全裕度重新回到原始的喘振控制線位置。2. PI控制最基本的防喘振控制采用 PI 控制（

7、比例積分控制） ,它將所測得的實(shí)際值與設(shè)定值進(jìn)行 比較后,進(jìn)入比例積分控制過程。若實(shí)際值 設(shè)定值 （工作點(diǎn)位于設(shè)定點(diǎn)右側(cè)） ,調(diào)節(jié)器輸出 為高（ 100%）,防喘振閥保持關(guān)閉,當(dāng)實(shí)際值 =設(shè)定值時(shí)（工作點(diǎn)與設(shè)定點(diǎn)重合） ,閥門準(zhǔn)備 打開3. 設(shè)定點(diǎn)跟蹤當(dāng)壓縮機(jī)的工作點(diǎn)在喘振控制線右方 （安全區(qū)域） 時(shí), 防喘振控制器的設(shè)定點(diǎn)位于實(shí)際 工作點(diǎn)的左側(cè),并與實(shí)際工作點(diǎn)保持一定的跟蹤距離,本機(jī)組控制系統(tǒng)中設(shè)定點(diǎn)以5%的距離跟蹤實(shí)際工作點(diǎn)。工作點(diǎn)移動(dòng), 設(shè)定點(diǎn)會(huì)跟著移動(dòng)。 設(shè)定點(diǎn)向右側(cè)安全區(qū)的跟蹤是及時(shí)的, 但向左側(cè)移動(dòng) 時(shí),會(huì)有一個(gè)移動(dòng)速率限制,本機(jī)組設(shè)置為1%。也就是說,當(dāng)工作點(diǎn)左移時(shí),設(shè)定點(diǎn)不會(huì)馬

8、上左移, 而是以 1%的速率向左移動(dòng), 最終與工作點(diǎn)保持 5%的距離, 而且設(shè)定點(diǎn)不會(huì)越過 喘振控制線,即最小值為喘振控制點(diǎn)。當(dāng)工作點(diǎn)小幅但快速向喘振區(qū)方向移動(dòng),并越過跟蹤區(qū)間5%時(shí),防喘振控制器將立即打開防喘振閥。 這一設(shè)定點(diǎn)跟蹤的功能就是為了在惡劣工況下,比如遇到后續(xù)工段突然大量 減負(fù)荷,壓縮機(jī)出口流量驟減時(shí),起到提前控制的作用,使工作點(diǎn)不會(huì)進(jìn)入喘振區(qū)。4.非對稱響應(yīng)防喘振調(diào)節(jié)閥的過快關(guān)閉容易使壓縮機(jī)進(jìn)入喘振， 為了消除這種不希望的操作工況， 控 制器中有一個(gè)閥門關(guān)閉速率限制器，本機(jī)組的速率設(shè)為2%，當(dāng)需要關(guān)閉閥門時(shí)，只能最快以 2%/ 秒的速率來關(guān)小閥門， 在開閥時(shí)則沒有這一限制， 這樣

9、就能使防喘振閥達(dá)到快開慢關(guān) 的目的。5. 純比例控制系統(tǒng)有一個(gè)純比例控制，獨(dú)立于正常PI 作用，可強(qiáng)制打開防喘振閥。如果由于工藝過程出現(xiàn)紊亂，工作點(diǎn)移到控制線左方，而正常的 PI 整定無法提供足夠快的響應(yīng)時(shí)，純比例 控制將起作用。 該控制是在工作點(diǎn)進(jìn)入控制線左方一段距離時(shí) （本機(jī)組為進(jìn)入安全裕度的 70% 處，圖中陰影部分）開始起作用，打開閥門；當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)喘振線時(shí)，使防喘振閥全開。開 閥的信號(hào)正比于工作裕度的瞬間值與其初始值之差。 該比例項(xiàng)通過信號(hào)選擇器來起作用， 也 就是說，最終到防喘振閥的輸出信號(hào)為純比例控制輸出和防喘振控制輸出中的最高值。6. 手動(dòng)控制有兩種可選的手動(dòng)控制： 第 1 種為全手動(dòng)控制， 它允許忽略喘振控制器的作用而關(guān)閉防 喘振閥。 這種方法在起步和測試階段很有用， 但不能作為正常操作。 如果系統(tǒng)被置于全手動(dòng) 操作，喘振控制器將無法開閥來避免喘振， 只能通過改變手動(dòng)操作值來操作。 第 2種為限權(quán) 手動(dòng)控制（部分手動(dòng)） ，至閥門的最終輸出是由手動(dòng)操作值與控制器的輸出值進(jìn)行高選后得 出，即哪個(gè)使閥開得大就取哪