離心式壓縮機(jī)防喘振控制技術(shù)的應(yīng)用

劉樹娟

（中國石化齊魯分公司氯堿廠，山東 淄博 255400）

1 離心機(jī)的特點(diǎn)

離心式壓縮機(jī)是具有處理氣量大、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、維修方便等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍廣。但由于離心機(jī)本身結(jié)構(gòu)所限，仍然存在短板，在壓力高、流量小的場合會(huì)發(fā)生喘振，且不能從設(shè)計(jì)上予以消除。下面結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，介紹防喘振控制技術(shù)在某化工裝置離心式壓縮機(jī)上的應(yīng)用情況。

2 離心式壓縮機(jī)防喘振控制性能曲線

防喘振控制曲線見圖1，縱坐標(biāo)為出口氣體壓力,橫坐標(biāo)為出口氣體流量。各控制線實(shí)現(xiàn)功能如下所述：

圖1 壓縮機(jī)防喘振曲線圖

2.1 喘振線

喘振線是壓縮機(jī)在不同工況下各對(duì)應(yīng)喘振點(diǎn)的連線,它把性能曲線分成穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)。

2.2 防喘振控制線FIC(BV)

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),控制系統(tǒng)控制運(yùn)行點(diǎn)在穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行,為防止運(yùn)行點(diǎn)接近喘振線,在喘振線的右側(cè)平行地設(shè)置了一條防喘振控制線FIC(BV)。

喘振控制線是防喘振控制系統(tǒng)的基準(zhǔn)線,一般設(shè)定在喘振線右側(cè)5%～15%處。它將壓縮機(jī)喘振線右側(cè)的區(qū)域劃分為左右兩部分,即控制區(qū)域和安全區(qū)域。當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行在安全區(qū)域時(shí),出口流量大于防喘振控制線設(shè)定值,控制器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉旁路閥BV。如果壓縮機(jī)工況波動(dòng),工作點(diǎn)進(jìn)入控制區(qū)域,控制器的輸出將使旁路閥BV開大,增大壓縮機(jī)回流量,將工作點(diǎn)拉回控制線上。

2.3 流量下限安全線（FAL）

為確保在極端工況、防喘振控制系統(tǒng)或閥門定位器等故障情況下也能保護(hù)機(jī)組,在喘振線與控制線之間設(shè)置了一條流量下限安全線（FAL）,當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)到達(dá)安全線（FAL）時(shí),旁路閥快速打開，提高入口流量，同時(shí)DCS上將旁路閥閥開度鎖定在100%上，入口導(dǎo)流葉片閥開度鎖定在0%上，壓縮機(jī)卸載。

2.4 壓力上限安全線（PAH）

為保護(hù)機(jī)組不超壓,防喘振控制系統(tǒng)設(shè)置了一條出口壓力上限安全線（PAH），當(dāng)壓力到達(dá)安全線（PAH）時(shí),旁路閥快速打開，限制出口壓力，同時(shí)DCS上將旁路閥閥開度鎖定在100%上，入口導(dǎo)流葉片閥開度鎖定在0%上，壓縮機(jī)卸載。

2.5 負(fù)荷控制PIC(IGV）

操作人員通過PID調(diào)節(jié)器打開入口導(dǎo)葉,控制流量，調(diào)整負(fù)荷。

2.6 主電機(jī)電流控制(AIC)

設(shè)置PID調(diào)節(jié)器（AIC）控制主電機(jī)電流，同時(shí)與負(fù)荷控制PIC(IGV)調(diào)節(jié)器構(gòu)成超弛控制，防止過載。

3 離心機(jī)防喘振控制方案

防喘振控制系統(tǒng)主要包括入口導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)回路、旁路閥調(diào)節(jié)回路、邏輯控制三部分，其控制方案如圖2所示。

圖2 防喘振控制系統(tǒng)構(gòu)成圖

3.1 入口導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)

入口導(dǎo)葉開度用來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力和循環(huán)氣流量,滿足工藝生產(chǎn)的需要，同時(shí)保證壓縮機(jī)工作在穩(wěn)定的工作區(qū)內(nèi)。為防止過載，該控制采用出口壓力與主電機(jī)電流超弛控制，低選后控制入口導(dǎo)葉。

3.2 旁路閥開度調(diào)節(jié)

通過旁路閥的打開，保證壓縮機(jī)的實(shí)際負(fù)荷流量大于喘振邊界線所對(duì)應(yīng)的最小流量，防止喘振的發(fā)生。為防止出口流量波動(dòng)對(duì)后系統(tǒng)造成影響，采用壓縮機(jī)出口流量與循環(huán)氣控制量超弛控制，高選后控制回流閥。其控制特點(diǎn)如下：

①建立REGPV點(diǎn)FTT1，對(duì)出口流量溫壓補(bǔ)償后,作為防喘振調(diào)節(jié)器FIC1的測量值。

②根據(jù)出口壓力計(jì)算得出防喘振控制線控制設(shè)定點(diǎn)建立REGPV點(diǎn)FY1，作為防喘振調(diào)節(jié)器FIC1的給定值。FY1計(jì)算公式:

③當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，防喘振調(diào)節(jié)器FIC1的控制模式通過邏輯點(diǎn)強(qiáng)制設(shè)定為CAS，且不可由操作人員操作，避免誤操作導(dǎo)致壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)失效。

3.3 聯(lián)鎖邏輯控制

設(shè)置兩條安全線FAL、PAH，如果壓縮機(jī)出口流量急劇變化,工作點(diǎn)越過喘振控制線,并繼續(xù)向喘振線移動(dòng),到達(dá)流量下限安全線（FAL）或者壓力上限安全線（PAH）時(shí)，必須啟動(dòng)聯(lián)鎖系統(tǒng),旁路閥全開。同時(shí)DCS上將旁路閥閥開度鎖定在100%上，入口導(dǎo)流葉片閥開度鎖定在0%上，壓縮機(jī)卸載。

其中：FAL=QMAX*(1.09*PT.PV-0.028)m3/h

防喘振保護(hù)邏輯圖如圖3所示。

圖3 防喘振保護(hù)邏輯圖

4 作用過程描述

防喘振控制由防喘振調(diào)節(jié)器FIC1控制旁路閥FCV1(BV)實(shí)現(xiàn)，氣體流量由FIC2控制旁路閥FCV1(BV)調(diào)節(jié)，壓縮機(jī)負(fù)荷調(diào)整由出口壓力調(diào)節(jié)器PIC1控制入口導(dǎo)葉開度PCV1(IGV)實(shí)現(xiàn)，壓縮機(jī)過載控制由電機(jī)電流調(diào)節(jié)器AIC1控制入口導(dǎo)葉開度PCV1(IGV)實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)由于某種原因?qū)е律鲜稣{(diào)節(jié)器動(dòng)作仍不能降低出口壓力或者仍不能提高出口流量，以至于出口壓力大于安全線PAH時(shí)或者出口流量低于安全線FAL時(shí)，為防止喘振，聯(lián)鎖動(dòng)作，旁路閥快速打開，同時(shí)DCS上將旁路閥閥開度鎖定在100%上，入口導(dǎo)流葉片閥開度鎖定在0%上，壓縮機(jī)卸載。

5 結(jié)語

防喘振控制技術(shù)在齊魯石化某生產(chǎn)裝置上運(yùn)行有效，曾在2018年因離心機(jī)出口壓力過高成功卸載，避免了一次喘振故障。本文既可以作為生產(chǎn)裝置員工深化培訓(xùn)的資料，也可以為其他同類型號(hào)的離心機(jī)制定防喘振控制技術(shù)方案提供借鑒。