ZH系列離心空壓機的防喘保護(hù)

侯長波，李 楊，陳向英

引言

北京首鋼股份有限公司目前有19臺離心空壓機，都是阿特拉斯·科普柯公司生產(chǎn)的ZH系列三級壓縮機，該型機組具有排氣量大、效率高、運行穩(wěn)定的特點，阿特拉斯特有的防喘保護(hù)是保障機組安全運行的關(guān)鍵。

1 空壓機工作流程

如圖1所示，過濾后的空氣經(jīng)過IGV（入口調(diào)節(jié)閥），在一級壓縮后經(jīng)過一級冷卻，進(jìn)入二級壓縮，在二級冷卻之后進(jìn)入三級壓縮，最后通過后冷卻器送出，必要時通過BOV（出口放散閥）進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)或防喘保護(hù)。

2 防喘判定及保護(hù)的方式

2.1 離心式空壓機的喘振

離心空壓機是靠葉輪的高速旋轉(zhuǎn)帶動氣體產(chǎn)生離心力并使氣體獲得動能，高速流動的氣體經(jīng)過擴壓器減速增壓，動能轉(zhuǎn)化為勢能，實現(xiàn)氣體壓縮。而當(dāng)壓縮機吸入氣量減小無法正常地輸出壓力或無法克服系統(tǒng)背壓時，氣流在葉片背部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)脫離，阻塞流道，出口壓力下降，此時高壓氣流從出口倒流，使擴壓器內(nèi)壓力達(dá)到平衡，氣流又恢復(fù)正常輸送，如此頻繁反復(fù)的出現(xiàn)這種情況，使機組運行在非常不穩(wěn)定的狀態(tài)，發(fā)出類似人喘的“呼哧”聲，同時機組振動增大，就是發(fā)生了喘振。

圖1 ZH離心空壓機工作流程示意圖

喘振對離心空壓機的危害非常大，可以損壞軸承、葉輪甚至轉(zhuǎn)子，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，在日常運行中要避免機組發(fā)生喘振。由于喘振是離心空壓機本身的固有屬性，所以需要掌握機組的性能曲線，使機組運行在安全工況區(qū)域并預(yù)留安全余量，才能使離心空壓機安全穩(wěn)定運行。

2.2 阿特拉斯ZH系列空壓機的喘振判定及保護(hù)方式

2.2.1 防喘線設(shè)定和工況點判定保護(hù)

（1）防喘線設(shè)定

該型機組取其第二級2個傳感器反饋的參數(shù)：Pdt19和Pdt20，其中Pdt19是用彎管流量計原理表示二級流量的參數(shù)，Pdt20表示二級壓差，形成了如圖2坐標(biāo)系。設(shè)定防喘線時，關(guān)嚴(yán)全部氣路手動閥門，先把入口調(diào)節(jié)閥設(shè)定開度15%，然后緩慢關(guān)閉放空閥，在機組即將發(fā)生喘振時控制電腦記錄當(dāng)時的Pdt19和Pdt20數(shù)值，確定為P1點，同理做IGV在80%開度的P2點，由此兩點形成了一條直線就是機組的喘振線，喘振線與X軸夾角的斜率是GAIN值，喘振線與Y軸交點的值是BIAS值。機組控制電腦將會把BIAS值下調(diào)一個安全余量A，生成一條喘振控制線，喘振控制線與Y軸交點是BIAS′，BIAS′=BIAS-A，其中 A=15×GAIN。

GAIN值和BIAS′值都可以手動微調(diào)，一般向增強機組保護(hù)的方向調(diào)整，比如減小BIAS′的值；反向調(diào)整需謹(jǐn)慎，否則可能導(dǎo)致機組無法正常工作。

在機組運行時，機組控制電腦通過監(jiān)測運行工況點S的值，來判斷機組是否安全：

S=[(1000×Pdt19×GAIN)+BIAS]－Pdt20/0.01

圖2 喘振控制坐標(biāo)系

（2）工況點判定和保護(hù)動作

當(dāng)S＞0，即機組工況運行在安全區(qū)，這時機組按照設(shè)定的壓力正常工作；當(dāng)-A≤S≤0，機組工況進(jìn)入防喘保護(hù)區(qū)，放空閥和入口調(diào)節(jié)閥自動開始動作，增大閥門開度，使工況點逃離保護(hù)區(qū)，移向安全區(qū)；當(dāng)S變化很大，S≤-A，此時機組進(jìn)入喘振區(qū)，無論機組是否真的發(fā)生喘振，控制電腦都會發(fā)出指令使機組卸載，經(jīng)過了前面保護(hù)調(diào)節(jié)后一般不會出現(xiàn)此種情況。

2.2.2 出口壓力波動判定保護(hù)

阿特拉斯ZH系列機組除了工況點判定喘振保護(hù)外，還有出口壓力波動判定保護(hù)。通過對三級出口壓力變化來判斷機組是否喘振，主要以slope↑和slope↓作為上下限定值，當(dāng)三級出口壓力變化slope值超過限定范圍，機組控制電腦就判定為已經(jīng)發(fā)生了喘振，計數(shù)器開始計數(shù)，如果短時間內(nèi)（約1～2 s）計數(shù)6次，則控制電腦發(fā)出指令使機組卸載停機。slope限定值可調(diào)，如果希望機組反應(yīng)靈敏增強保護(hù)，把限定范圍縮?。蝗舨幌胍獧C組反應(yīng)太敏感，可把限定范圍適當(dāng)放大。

3 常見問題及處理方式

3.1 信號故障

如果傳感器Pdt19、Pdt20或與之有關(guān)的部件出現(xiàn)故障，會直接導(dǎo)致機組運行工況進(jìn)入防喘保護(hù)區(qū)，機組保護(hù)動作甚至停機，包括取壓管開裂、接頭漏氣、傳感器進(jìn)水、接線破損等，都會引發(fā)工況點進(jìn)入保護(hù)區(qū)。處理時只要確定故障部件，進(jìn)行更換即可。

3.2 氣路閥門故障

入口調(diào)節(jié)閥或出口放散閥如自身出現(xiàn)死機現(xiàn)象或物理卡澀，都可能導(dǎo)致機組喘振。入口調(diào)節(jié)閥打不開時機組吸入風(fēng)量小，壓縮后沒有足夠的風(fēng)量，無法克服系統(tǒng)背壓，工況點偏左進(jìn)入保護(hù)區(qū)，又因調(diào)節(jié)閥無法打開而使工況進(jìn)一步惡化導(dǎo)致機組進(jìn)入喘振區(qū)而停機；出口放散閥不動作時，機組無法調(diào)節(jié)工況，也可能導(dǎo)致機組喘振。此種情況需要觀察入口調(diào)節(jié)閥和出口放散閥的控制電腦輸出值和現(xiàn)場反饋值是否一致，如不一致，可能是閥門故障，需進(jìn)一步處理。

3.3 中間氣路堵塞

一級冷卻器或二級冷卻器風(fēng)路堵塞時，也會導(dǎo)致流量降低，S值減小而發(fā)生喘振保護(hù)動作。此種情況容易判斷但不易處理，首先根據(jù)當(dāng)時的S值和閥門開度，能判斷機組工況是否進(jìn)入了保護(hù)區(qū)，根據(jù)出口壓力和管線壓力就能判斷是否中間氣路堵塞。而解決這一問題最好的方式是更換冷卻器芯子，其他方法比如清洗氣路等，效果視情況而定。

4 使用阿特拉斯ZH系列空壓機的幾點建議

（1）機組各傳感器尤其是參與喘振控制的傳感器都要定期校驗，相關(guān)部件也要一起檢查，有問題及時更換。

（2）雖然有時機組工況在保護(hù)區(qū)也能送風(fēng)，但不允許長時間運行在保護(hù)區(qū)，出口放散閥的頻繁動作可能會引起喘振計數(shù)，若計數(shù)達(dá)到6次可觸發(fā)停機，影響后面工序的生產(chǎn)。

（3）空壓機的疏水器要定期清理，尤其在夏季潮熱時，疏水器堵塞會使壓縮冷凝水無法外排，進(jìn)入下一級，沖刷葉輪導(dǎo)致機組振動甚至停機。

（4）空冷器氣路也要定期清洗，尤其是運行在惡劣環(huán)境下的機組，空冷器芯子的翅片中間更易結(jié)垢，可采用藥洗的方式清洗，注意洗液的pH值不能低于1.5，否則會加速腐蝕翅片，另外不可用超聲波清洗，否則翅片與冷卻水管離轂，冷卻效果大幅下降。

5 結(jié)語

阿特拉斯ZH系列空壓機結(jié)構(gòu)緊湊，產(chǎn)氣量調(diào)節(jié)范圍大，只要按時維護(hù)保養(yǎng)，機組可穩(wěn)定運行。該型機組的真實喘振一般是可預(yù)見和可控的，運行時注意監(jiān)測其運行參數(shù)的變化，及時采取措施即可避免發(fā)生喘振。