离心式压缩机防喘振控制

离⼼式压缩机防喘振控制

离⼼式压缩机防喘振控制的探讨The research of anti-surge control for

centrifugal compressor

杨宝星

中国⽯油辽阳⽯化分公司芳烃⼚仪表车间

摘要：对离⼼式压缩机喘振产⽣的原因进⾏了分析，总结了防⽌离⼼压缩机喘振的控制⽅法。重点阐述了本⼚压缩机防喘振的控制⽅法及实际操作中应该注意的问题。

关键词：离⼼式压缩机；喘振；防喘振控制Abstract: This paper analyzes the reasons that surge occurs on centrifugal compressor and summarizes the control methodof anti-surge control from centrifugal compressor. It especially illustrates the control method of anti-surge control from ourplant’s compressor and discusses the problems in real operation. Keywords: Centrifugal compressor; surge; anti-surgecontrol

1、引⾔

离⼼式压缩机具有体积⼩、流量⼤、重量轻、运⾏效率⾼、易损件少、输送⽓体⽆油⽓污染、供⽓均匀、运转平稳、经济性好等⼀系列优点。因此，离⼼式压缩机在⽯油化⼯⽣产中得到了⼴泛的应⽤，但是它在⼀些特定⼯况下会发⽣喘振使压缩机不能正常⼯作，稍有失误就会造成严重的事故。因此，压缩机不允许在喘振状态下运⾏只能采取相应的防喘振控制。1.1 离⼼式压缩机喘振产⽣的原因

离⼼式压缩机在运⾏过程中，负荷下降到⼀定数值时，⽓体的排送会出现强烈的振荡，机⾝亦随之发⽣剧烈振动，这些现象被称为喘振。其产⽣的原因是压缩机⼯作流量⼩于最⼩流量时，⽓流在离⼼式压缩机叶⽚进⼝处与叶⽚发⽣冲击，使叶⽚⼀侧⽓流边界层严重分离，出现漩涡区，从⽽形成旋转脱离或旋转失速。1.2 防喘振控制原理

离心式压缩机喘振分析及消除措施

【摘要】在现代社会，石油、化工、冶金等行业一直是国家的重要行业，行业内部的技术创新也是不断进行。目前，在这些行业内部进行压缩、传送气体的装置大多是离心压缩机。这种压缩机有许多优点，但是很容易发生喘振现象，而这一现象正是造成离心式压缩机出现安全问题的一个重要因素，本文就离心式压缩机喘振现象做了简要分析以及提出解决方法。

【关键词】离心式压缩机 喘振 分析 消除措施

1 引言

离心式压缩机属于速度式压缩的范畴，它有诸多优点，例如有大排气量、高效率、结构简单、轻便、体积小等优点，所以在石油、化工等行业中大量应用离心式压缩机。但是离心式压缩机并不是十全十美，它对于气体的压力、流量以及温度变化都比较敏感，喘振是它多发的一种不安全现象，这种现象的发生对于离心式压缩机和操作人员都会造成很大危害，是造成压缩机损坏的重要原因之一，所以识别喘振现象以及对其进行消除是人们需要注意的问题。

2 喘振现象的特征以机理

2.1 特征

（1）当观察到压力表和流量表的指针发生强烈摆动时，就说明压缩机的流量和排气的压力出现了周期性的波动，也就是发生了喘振现象。

（2）当人耳能听到周期性的气流吼声时，说明发生了喘振现象。但是有时候喘振现象较轻或者周围环境噪音较大，人耳可能分辨不出，此时如有预感，可以根据仪表状态和运行参数配合性能曲线，也可查出是否发生喘振现象。

（3）当发现机器本体或者组件、轴承发生了剧烈振动，可以判断出压缩机出现了严重的喘振现象。

2.2 喘振机理

离心式压缩机工作的原理是使叶轮进行高速的旋转，通过高速旋转带动周围的气体进行一起旋转产生了离心力，从而可以把能量传递给需要传送的气体。这时气体有了很大压力与较大的速度，就获得了动能。在叶轮后部装有扩压器，可以把从叶轮内部冲出的具有较大速度的气体进行增压、降速，这样就完成了气体的压缩与运输。由上可知，压缩机的主要工作过程在叶轮和扩压器内部完成。

—Ｃｈｉｎ—ａ　ｓｃｉ—ｅｎｃｅ　需ｏｌ－ｏｇＹ　ｖ—ｉｅｗ　重ｌ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎ　Ｒｅ。　甩■ｌ　离心式空气压缩机组的防喘振控制　刘　勇　（陕西渭河煤化工集团有限责任公司陕西渭南７１４０００）　【摘要］文章详细介绍了ＴＲＩＣＯＮ控制器的防喘振控制功能在我厂空压机组中的应用，使读者对本机组的防喘振控制有深入的了饵　针对该空压机组，使　用了哪些设置参数　哪种工作点的计算方法等，如果出现防喘拆阀开度波动或工况异常，该如何从防喘振控制角度去分析原因，同时提醒仪表人员在仪表维护或检　修过程中应该采取何种措施防止机组因仪表原因导致的误停机。　、　［关键词】空压机组。防喘振控制ｔ功能ｔ工作点　中图分类号：ＴＧ２３３．Ｉ＋３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９－９１４Ｘ（２０１３）３６－０３０１—０１　离心式压缩机在石化行业应用非常广泛，而且起着非常重要的作用　所以　对压缩机的良好控制显得尤为重要。本文主要介绍我厂台成装置中的空压机防　喘振离控制，以供同行们借鉴。　．　该空压机组由蒸汽透平驱动，带动空压机，这台机组采用美国ＴＲＩＣＯＮＮ　ＥＸ公司的ＩＴＣＣ（Ｉｎｔｅｇｒ￣ｔｅｄ　Ｔｕｒｂｉｎ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏ１））￣品一ＴＳ３０００　控制系统，来对机组进行全方位的监视及控制。　防喘振控制集成在具有特殊的控制技术的Ｔｓ３００Ｏ控制系统ｎＵｃ　４控制　器内部，从而保证防喘振阀能够及时打开，并且控制器的扫描周期短（２￣ｒｎｓＰ．（．　下），运算速度很快，能够高效处理复杂的运算，理想地实现防喘振控制　１．删ａ哪Ｅ）（胁棚按懈按的生翼功稚　。　１．１控制线　控制线即防喘振线，由喘振点加一定的安全裕度得到控制点，将不同王况　下的控翩点连接起来，就形成了一条喘振控制线．　控制线（％）＝当前喘振点十安全裕度　安全裕度由偏置和比例两部分组成，本机组中将偏置设为ｌＯ，比侧为ｏ，那　么：安全裕度＝ｌｏ％　控制线（％）＝当前喘振点＋ｌ鳓　１．２轾制线移位（安全裕度重校）　如果系统检测到工作点越过喘振线，表示喘振已经发生，喘振控制线将被　自动右移一个校准量，鼬增加安全裕度。系统可设置每次增加的校准量为一个　固定值或一个比例值，本机组设每次增加的校准量为一个固定值２％。本机组设　重校发生的最多次数为１Ｏ次，超过１Ｏ次后，安全裕度不再增加。　例如，系统检测到第１次喘振，控制线会右移　，安全裕度就会由原来的　ｌ　增加到１２ｏ／ｏＩ如果检测到第５次喘振，控翩线会发生第５次右移，总移动量为　２％×５＝１０％，安全裕度会变为２０＊／，。　如何检测瑞振昵？当工作点越过喘振线１％时，系统认为喘振发生，当工作　点回到喘振线右侧１％处时，系统认为脱离喘振。　当查明喘振原因并消除使喘振发生的因素后，在操作画面上可以将校准次　数和校准增量复位为零。使安全裕度重新回到原始的喘振控制线位置。　１．３　ＰＩ控制　最基本的防喘振控制采用ＰＩ拉Ｉ制（比例积分控制），它将所测得的实际值与　设定值进行比较后，进入比例积分控制过程。若实际值＞设定值（工作点位于设　定点右侧），调节器输出为高（１００％），防喘振阕保持关闭，当实际值；设定值时　（工作点与设定点重合），阀门准备打开。实两｜值＜设定值时（工作点位于设定点　左侧），阀门打开，偏差越大，阀门开度越大　１．４设定点跟踪　当压缩机的工作点在喘振控制线右方（安全区域）时，防喘振控制器的设定　点位于实际工作点的左侧，并与实际工作点保持一定的跟踪距离，本机组控制　系统中设定点以　的距离跟踪实际工作点。　工作点移动，设定点会跟着移动。设定点向右侧安全区的跟踪是及时的，但　向左侧移动时，会有一个移动速率限制，本机组设置为２％。也就是说，当工作点　左移时，设定点不会马上左移，而是以２％的速率向左移动，最终与工作点保持　５％的距离，而且设定点不会越过喘摄控制线。即最小值为喘振控制点。　当工作点小幅但快速向喘振区方向移动，并越过跟踪区间　时，防喘振控　制器将立即打开防喘振阀。这一设定点跟踪的功能就是为了在恶劣王况下，比　如遇到后续工段突然大量减负荷，压缩机出日流量骤减时，起魏ｌ提前控制的作　用，使工作点不会进入喘振区。　１．５非对称响应　防喘振调节阀的过快关闭容易使压缩胡进入喘振，为了消除这种不希望的　操作工况，控制器中有一个阀门关闭速率限制器，本机组的速率设为５％，当需　要关闭阀门时，只能最快以５％／秒的速率来关小阀门。在开阀时则没有这一限　制，这样就能使防喘振阕达到快开慢关的目的。　１．６纯比例控制　系统有一个纯比例控制，独立于正常ｐＩ作用，可强制打开防喘振阎。如果由　于工艺过程出现紊乱，工作点移到控制线左方，而正常的础整定无法提供足够　快的响应时，纯比例控制将起作用。该控制是在工作点进入控制线左方一段距　离时（本机组为进人安全裕度的７０％处，图中阴影部分）开始起作用，打开阀门　当工作点到达喘振线时，使防喘振阀全开。开阀的信号正比于工作裕度的瞬间　值与其初始值之差。该比例项通过信号选择器来起作用，也就是说，最终到防喘　振阀的输出信号为纯比例控制输出和防喘振控制输出中的最高值。　１．７手动控｝５ｌ｝　有两种可选的手动控制：第１种为全手动控制，它允许忽略喘振控制器的作　用而关闭防喘振阀。这种方法在起步和测试阶段很有用，但不能作为正常操作。　如果系统被置于全手动操作，喘振控制器将无法开阀来避免喘振，只能通过改　变手动撵作值来操作。第拜ｐ为限权手动控制（部分手动），至阀门的最终输出是　由手动操作值与控制器的输出值进行高选后得出，即哪个使阀开得大就取哪个　信号。　在手动控制时，若耍开阀，会直接将最终输出值置为手动操作值，但若要关　阀，输出值会以一定的斜率（５￣／ｏ／Ｓ）变化至手动操作值，即在手动状态下也要实　现阀门的快开慢关。在全手动时，防喘振控制的输出会跟踪最终输出值（因为最　终输出值不一定等于防喘振控制输出值）。以便实现手／自动无扰动切换。当由　手动切至自动时，最终输出值会ＰＡ５％／ｓ￣率变化荃防喘振控制输出值。　１．８温度、压力补偿　Ｔｒｉｃｏｎ．￣制系统不仅对压缩机出、人口流量进行温压补偿，还对压缩机本　身　和压力补偿，这一功能在下文的工作点　计算式中有体现。　２．空压机的防■攮控翻　空压机为陕西鼓风机厂生产的ＲＩＫ１００大型内冷式离心压缩机。喘振检测　元件为压缩机喉部差压变送器。机组喘振特性是在现场进行逼喘实验得到的，　是喉部差压与出、入口压力的一组数据。　按照ｎ　的防喘振算法，首先根据实测得到的喘振点数据，换算成控　制系统的喘振点，绘制喘振线。然后在绘制出喘振线的基础上，选择合适的工作　点计算方法，根据压比测量值，计算出工作点、喘振点和安全区（喘振控制线），　再由内置的防喘振控制器进行喘振检测、设定点跟踪、实现喘振控制线校准、纯　比例控制，喘振阀快开慢关控制、手／自动切换等功能，最终由高选器对压缩机　防喘振控制输出与来自空分装置ＤＣＳ的远程手动控制信号进行高选，再由高选　结果控制防喘振放空阀。　空压机工作点的计算：　横坐标为压缩机的流量指标，其计算公式为：　ｎ　１－１，　一　’　ｌ＇￣ｓｂ＝　Ｈ一　入口喉部差压　Ｐ．　压缩机入口压力　Ｐ　一幽一∞ｒ将表压转换为绝压的修正值　压缩机基准压力（匿缩机计算数据表）　纵坐标为压缩机的压缩比，即出口压力与人口压力之比，其表达式为：　ｒ　ｐ　压缩机出ｔ：１压力　Ｐ．　压缩机入口压力　由此可见，空压机的工作点与压缩机出口压力、入口压力和人口喉差有关　系。　．　３．总结　－　以上对空压机组的防喘振控制做了介绍，其目的是让读者对该防喘振系统　有一个深入的了解，帮助工艺人员分析异常情况　并提醒仪表维护人员在处理　防喘振系统中的任何故障时，预先要想好保护措施，不至于在处理仪表故障过　程中导致防喘振阀不必要的打开，造成工艺系统减负荷或停车事故。由于作者　水平有限，有许多不到之处，请读者批评指正。　科技博览ｌ

Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　

离心式空气压缩机喘振故障分析与控制预防　

宋瑞冬常岳松　（大庆石化公司化工二厂黑龙江大庆１６３７１４大庆石化工程有限公司）　工业技术　

●ｌ　

［摘要】主要介绍离心式压缩机喘振的形成及表现形式，分析指出喘振故障产生的主要原因有叶轮磨损或粘附物太多、扩压器腐蚀磨损、叶轮与扩压器之　间的间隙变化、空气冷却器和水汽分离器（过滤器凌脏、压缩机进气口空气温度变化、压缩机进气口箱式进气过滤器变脏等，并针对以上原因提出了相应的控制和　预防措施。　［关键词］离心式压缩机，喘振；故障诊断，设备维护　中图分类号：ＴＨ４５２　文献标识码：Ａ　文章编号：ｌ００９—９１４ｘ（２Ｏｌ４）ｏ６—０３６９—０１　

目前，凡口铅锌矿主要使用的高压风生产设备是由美国英格索兰公司生产　的三级压缩离心式空气压缩机。其工作过程中，在一定的工况条件下，有一个设　

备危害现象——喘振，如何防止和控制喘振的产生，对于日常使用和维护是非　

常重要的。　１一振的形成和表现形式　

喘振是离心式压缩机运行在某一工况下产生的特有现象。当进＾．压缩机的　空气流量不能使压缩机产生足够的压力，以至于外部系统（夕　部管路）的压力大　

于压缩机内部的压力，导致逆止阀关闭。这时，压缩机没有输出，工艺气体在压　

缩机内部积累，压力不断增加，直到积蓄的压力大于外部系统的压力时，压缩机　

内部压力冲开逆止阀排出。气体排出后由于没有足够的空气使压缩机维持连续　

的输出，压缩机内部压力下降，逆止阀关闭，工艺气体重新在压缩机内部积累，　

直到积累的压力足够时，再次排出，如此反复，导致输出的压力剧烈波动、逆止　

阀频繁动作，机器发出砰砰的声音，这种现象就叫喘振。　

２喘振故障分析　压缩机喘振本质上是因为进入压缩机的流量不足以使压缩机产生足够的　

压力，以至于外部系统（岁　部管路）的压力大于压缩机内部的压力，因此，产生喘　

振故障主要可以通过以下几个方面来分析。