空壓機(jī)喘振控制系統(tǒng)優(yōu)化

丁俊

摘要：制氧裝置C110空氣壓縮機(jī)是由汽輪機(jī)帶動(dòng)的大型離心壓縮機(jī)，它總共包括二級(jí)壓縮，把空氣壓縮到500KPa送于下游裝置進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。目前的喘振控制系統(tǒng)是采用的橫河YS170-012/A06調(diào)節(jié)器，在和PLC可編程控制系統(tǒng)的配合下對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行喘振及聯(lián)鎖控制。該調(diào)節(jié)器在當(dāng)前已經(jīng)不能適用于對(duì)大型離心機(jī)組的喘振控制?，F(xiàn)階段喘振控制系統(tǒng)主要包括TS3000、CCC、PLC、TURBOLOG等，TS3000是美國TRICON公司生產(chǎn)的壓機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)集合了壓機(jī)升降速、超速保護(hù)、聯(lián)鎖保護(hù)、防喘控制等壓機(jī)的全套控制方案，是目前對(duì)壓機(jī)控制使用最廣也是最安全的控制系統(tǒng)之一。本文主要是闡述離心式壓縮機(jī)的喘振控制原理及介紹怎樣將橫河YS170喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化為ITCC控制系統(tǒng)中的喘振控制單元進(jìn)行離心壓機(jī)的喘振控制。

關(guān)鍵詞：喘振控制;喘振曲線;TS3000;喘振試驗(yàn)

1、C110空壓機(jī)喘振原理及現(xiàn)有喘振曲線介紹

1.1、喘振原理分析

離心壓縮機(jī)工作效率高，在正常工況條件下運(yùn)行平穩(wěn)，壓縮氣流無脈動(dòng)，對(duì)其所壓送介質(zhì)的壓力、流量、溫度變化的敏感性相對(duì)較大，當(dāng)進(jìn)氣量減少到一定程度時(shí)，葉片周圍出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象，如果旋轉(zhuǎn)失速區(qū)域和數(shù)量繼續(xù)擴(kuò)大，則使進(jìn)氣流量與出口壓力發(fā)生大幅波動(dòng)，出現(xiàn)喘振。發(fā)生喘振時(shí)機(jī)組連同它的外圍管道一起會(huì)作周期性大幅度的振動(dòng)，如不及時(shí)采取措施加以控制，會(huì)使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子經(jīng)受交變應(yīng)力作用而斷裂，使極間壓力失常而引起強(qiáng)烈振動(dòng)，導(dǎo)致密封及推力軸承損壞，使運(yùn)動(dòng)元件和靜止元件相碰，造成嚴(yán)重事故。

2.1、現(xiàn)有喘振控制系統(tǒng)介紹

2.1.1、??? C110機(jī)組現(xiàn)有控制方案

他是由YS170的輸出信號(hào)與手操器輸出信號(hào)在內(nèi)部進(jìn)行低值選擇，再送至防喘閥。防喘控制系統(tǒng)中最為重要的是出口壓力和吸入流量，為了確保壓縮機(jī)穩(wěn)定可靠地工作，必須使吸入流量和出口壓力處在一個(gè)安全的比值內(nèi)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了防喘放空閥，當(dāng)下游設(shè)備空氣用量減少或壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振時(shí)，可由防喘閥打開一定的開度放空來維持系統(tǒng)的平衡。

2.1.2、現(xiàn)有喘振曲線的計(jì)算

喘振曲線計(jì)算是用斜截式直線方程來確定防喘線的方程SV=B+G（P-C）

通過防喘試驗(yàn)，得到喘振線，設(shè)定安全裕度（控制線和喘振線之間的距離稱為安全裕度）為10%，安全裕度可以縮小也可以放大，如果要使喘振控制更安全就放大，放大后可能使防喘閥經(jīng)常工作在開關(guān)狀態(tài)，浪費(fèi)能源。安全裕度平移后得到一條控制線，根據(jù)坐標(biāo)圖得到B、G、C。

C為控制線在Y軸上的截距

P為排除壓力PV值

SV值就是通過計(jì)算后給防喘閥的一個(gè)開度值。

調(diào)節(jié)過程如下：喘振點(diǎn)工作在控制線以下為正常運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)防喘閥是全關(guān)的。當(dāng)喘振點(diǎn)到達(dá)控制線的時(shí)候防喘閥開始做打開調(diào)節(jié)，保持輸出壓力與給定壓力SV恒定，防止喘振。當(dāng)喘振點(diǎn)到達(dá)喘振線的時(shí)候閥門調(diào)節(jié)到全開狀態(tài)。如果喘振調(diào)節(jié)真實(shí)有效，那么此過程中壓縮機(jī)組不會(huì)發(fā)生喘振。

2、現(xiàn)有喘振控制介紹

現(xiàn)在YS170調(diào)節(jié)器的控制方式是：FT1100從壓機(jī)進(jìn)口一、二級(jí)接受差壓信號(hào)，送至FIC1100經(jīng)運(yùn)算后作為實(shí)際測(cè)量值，PT1100從壓機(jī)出口接受壓力信號(hào)，送至FIC1100按公式SV=B+G（P-C）運(yùn)算后，作為調(diào)節(jié)器的給定值，此給定值隨壓機(jī)轉(zhuǎn)速和壓力的變化基本上為一條直線，給定線的位置及斜率和離喘振線的距離可用改變G，B，C進(jìn)行調(diào)整，給定線和喘振線之間的距離大約有10%的流量差。FIC1100的輸出信號(hào)與手操器輸出信號(hào)在內(nèi)部進(jìn)行低值選擇，再送至防喘閥，控制其開度。防喘閥在正常的狀態(tài)下應(yīng)為關(guān)閉。

3、現(xiàn)有控制系統(tǒng)的缺陷

3.1、現(xiàn)階段壓縮機(jī)喘振曲線的缺陷及解決方案

由于C110空壓機(jī)已經(jīng)運(yùn)行了多年，長(zhǎng)期的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)轉(zhuǎn)子及殼體等造成磨損，其性能會(huì)發(fā)生變化即壓縮機(jī)額定最小流量（喘振線）特性會(huì)發(fā)生偏移，建議用以下方法對(duì)C110空壓機(jī)組的喘振曲線進(jìn)行修正，也建議專業(yè)人員對(duì)機(jī)組重新做一次喘振試驗(yàn)，得到更準(zhǔn)確的喘振曲線。（1）根據(jù)離心壓縮機(jī)以前的喘振曲線和平時(shí)工作時(shí)期的機(jī)組參數(shù)來確定壓縮機(jī)的最佳工作區(qū)（喘振裕度）。

（2）用數(shù)學(xué)方法整理出不同工況條件（P、T）下的喘振線和防喘振控制線。

（3）把壓縮機(jī)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行電子繪圖處理，計(jì)算出離心壓縮機(jī)的實(shí)際最小流量與最小額定流量的偏移，這點(diǎn)比較難，一個(gè)是費(fèi)時(shí)費(fèi)工，二個(gè)是沒有完整的幾年的歷史數(shù)據(jù)。

（4）根據(jù)離心壓縮機(jī)的進(jìn)出口溫度和實(shí)際最小流量的偏移對(duì)喘振線和防喘控制線進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

（5）用工況點(diǎn)求取的喘振點(diǎn)最小流量與實(shí)際工況點(diǎn)的最小流量進(jìn)行比較。

（6）把上述比較的結(jié)果（流量的變化以及變化的速率）作為喘振曲線的修正依據(jù)對(duì)其修正，然后進(jìn)入ITCC壓機(jī)控制系統(tǒng)，通過對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉、防喘閥的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)離心壓縮機(jī)的防喘控制。

4、TS3000喘振系統(tǒng)及控制方案

現(xiàn)階段的喘振系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求，將美國TRICON TS3000系統(tǒng)運(yùn)用到離心壓縮機(jī)防喘振控制是目前的最佳選擇。

4.1、喘振系統(tǒng)優(yōu)化方案

4.1.1、TS3000控制系統(tǒng)優(yōu)化。

用TS3000進(jìn)行喘振控制，增加流量FT1100的溫壓補(bǔ)償，用更精確的流量與出口壓力PT1100作比較。采用TS3000共同控制入口導(dǎo)葉閥及防喘閥的開度。而且以其閥位和閥位反饋?zhàn)鳛榇窨刂频妮o助參數(shù)。當(dāng)發(fā)生喘振時(shí)，使喘振控制更及時(shí)，喘振數(shù)據(jù)更直觀，更安全。

4.1.2、TS3000系統(tǒng)中機(jī)組的入口流量計(jì)算。

在壓機(jī)的入口增加溫度和壓力的遠(yuǎn)傳信號(hào)進(jìn)入TS300控制系統(tǒng)。計(jì)算公式為：

SQRT（（PT1101+0.0）*PDT1101/（TE1100+273））*100000=FT1100

通過此計(jì)算方法測(cè)得的流量誤差非常小，可以用來進(jìn)行精確控制。

4.1.3、喘振調(diào)節(jié)模塊VALVE_OUT1

在經(jīng)過溫壓補(bǔ)償計(jì)算后，所有的參數(shù)都進(jìn)入喘振調(diào)節(jié)模塊VALVE_OUT1，這個(gè)模塊是TRICON公司為防喘系統(tǒng)專門研發(fā)的最為重要的防喘閥調(diào)節(jié)模塊。通過運(yùn)算后的參數(shù)經(jīng)此模塊進(jìn)行重新運(yùn)算后對(duì)防喘閥V1100及入口導(dǎo)葉閥V109進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效的防止喘振發(fā)生。

4.1.4、壓機(jī)喘振聯(lián)鎖組態(tài)

防喘閥電磁閥的控制，也是保護(hù)機(jī)組的最后一道防線。他是由壓機(jī)總聯(lián)鎖、開關(guān)閥軟按鈕及經(jīng)過喘振運(yùn)算后的喘振線的值來對(duì)其控制，完美的解決了遇到機(jī)組工況劇烈變化時(shí)防喘閥打開不及時(shí)的問題，杜絕了損壞設(shè)備事故的發(fā)生。

5、結(jié)束語

C110離心式壓縮機(jī)喘振控制系統(tǒng)在保證機(jī)組安穩(wěn)長(zhǎng)運(yùn)行方面起著極其重要的作用。喘振控制系統(tǒng)多種多樣，需要我們慢慢去摸索出控制更精確、運(yùn)行更穩(wěn)定、能耗更節(jié)省的一種。從川維廠采用的喘振系統(tǒng)看，TRICON TS3000是現(xiàn)今全廠使用最廣泛，故障率最小，而得到大家公認(rèn)的控制系統(tǒng)。TS3000系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，應(yīng)不失為一種有價(jià)值的改進(jìn)方案。