离心式压缩机的防喘振控制

离心式压缩机的防喘振控制

摘要：与其他类型的压缩机相比，离心压缩机在正常情况下体积小、流量大、运行效率高，尤其是维修方便。因此离心压缩机在现代工业生产中得到广泛应用。但是，实际上，由于离心压缩机本身对气体压力和流量变化非常敏感，所以在实际应用中会出现喘振现象。为了更好地保障安全生产运行，研究离心式压缩机防喘振控制措施显得尤为重要。

关键词：离心式压缩机；防喘振；性能曲线

1 引言

当压缩机进气流量足够小时，扩散器整个流动通道将出现严重的旋转停滞，压缩机的出气压力会突然降低，使管网压力大于压缩机的出气压力，迫使气流返回压缩机；当管网压力低于压缩机出口压力时，压缩机将再次为管网供电。当管网压力恢复到原始压力时，压缩机会产生旋转间隙，出口压力会降低，管网中的气流会返回到压缩机。如此反复，压缩机流量和出口压力周期性波动，这种现象被称为突现现象，是离心压缩机固有的现象，是压缩机损坏的主要原因之一。

防喘振控制程序是控制系统制造商基于机组制造商提供的实验数据开发的具有防喘振控制功能的标准功能模块。这样可以确保压缩机的安全运行，提高机组的运行效率，但如果应用不当，会使机组发生喘振，破坏设备，导致停产等事故。

2 离心式压缩机概述

2.1离心式压缩机运行原理

在正常运行期间，压缩机随着压缩机叶轮旋转，同时气体在离心力的作用下排放，排放的气体大量进入压缩机膨胀器，然后进入叶轮位置形成真空带，同时一部分未经过处理的外部空气也流入叶轮，随着叶轮的不断旋转，气体持续吸入和排放，使气体来回循环保持流动。 2.2离心式压缩机喘振成因

造成喘振现象的直接和间接因素有很多种，在很多情况下，是由于多种因素结合而形成的喘振问题。

2.2.1 流量因素

离心式压缩机在运行过程中，当压缩机流量下降时，压缩机出口压力增加，当在该转速下达到最大出口压力时，机组进入喘振区，同时压缩机出口压力下降，导致压缩机喘振。同时，在一定流量下，压缩机转速越高，喘振发生越容易。离心式压缩机喘振的发生，其主要原因是流量小，因此压缩机运行中压缩机流量的增加是防止离心式压缩机喘振的重要条件。

2.2.2入口温度

由于压缩机的运转曲线因人口气体的温度而异，因此，入口气体的温度越高，压缩机越容易产生喘振。在丙烷脱氢丙烯生产装置中，成品气体压缩机人口温度的控制很重要。在避免压缩机喘振的同时，由于人口温度低、出口温度低，会发生烯烃聚合现象，后期在压缩机内部结焦，影响了压缩的运行。在实际操作中控制压缩机的入口温度对离心压缩机的操作极其重要。

2.2.3转速

丙烯设备丙烷脱氢过程中，随着设备负荷逐渐增加，反应后产品空气增加，为了保持负压反应条件，产品气体压缩机必须及时提高速度，提供大量下游气体。但是，当产品气流确定时，容易提高压缩机的速度导致产生。在某些压缩机流量条件下，速度越高，越容易接近过载区域，换句话说，当压缩机以高速运行时，所需的最小过载流量就越大。但是离心压缩机不能长时间低速运转，这可能导致压缩机密封中动态环和静态环之间形成气膜，使得动态环和静态环难以分离，静态环密封面之间的摩擦，损坏密封工艺介质泄漏，导致发生事故，所以在流量满足的前提下应适当提高压缩机转速。

2.2.4气体相对分子质量 如果气体分子量小于20，容易导致喘振发生，一旦相对分子量大于25，就可以使压缩机远离喘振区域。由此可见，压缩机在给定的出口压力下运行时，相对分子量越小，喘振就越容易发生。在丙烷脱氢装置向丙烯的长期和长期循环切换中，产品气压缩机需要通过将甲烷与丙烷的流量调节到压缩机中合适的分子量来保持产品气压缩机的正常运行。当分子量太小容易引起压缩机喘振时，分子量过大的压缩机负荷会增加，蒸汽轮机消耗的蒸汽量会更大，因此，在多组分介质离心压缩机系统中，压缩机分子量的调节对压缩机运行具有重要意义。

3 压缩机防喘振控制性能曲线及控制器

3.1压缩机防喘振控制性能曲线

压缩机防喘振性能曲线有三条(图1)。此图描述了压缩机的运行极限(即上升控制线)、上升控制线(即上升区域)和上升公差。压缩机重新装配或拆卸后，机器性能将发生变化。根据制造商提供的机器性能曲线，再次检查安全公差SCL、SLL并出现。从压缩机n1、n2、n3(n1

图1 特性响应曲线

3.2防喘振控制器

不同工况防喘振控制线是不同的，压缩机操作点最终控制在防喘振控制线上，以提高压缩机的功效。该控制器主要由开环控制（比例加强控制、喘振检测）和闭环（防喘振PID控制、速率(斜坡)PID控制）等功能块组成。

防喘振控制的难点在于喘振线、防喘振控制线的准确定位和压缩机的操作点始终控制在防喘振控制线上的方法。 首先，确定操作点控制算法。 根据压缩机入口体积流量Qa2、入口压力Ps (绝对压力)、出口压力Pd、入口温度Ts、出口温度Td及工艺介质常数等参数在防喘振控制器功能模块中进行运算，通过操作点的计算确定压缩机喘振极限操作点； 接着，引用控制变量“WS_PV”，进一步计算实际操作点相对于喘振控制线的比，判断操作点的位置和移动速度； 通过输入输出和各功能块的连接和相互作用，调节浪涌抑制控制阀，输出控制信号。

3.2.1操作点控制算法

常用的操作点控制算法：（1）压比Pd/Ps--入口流量Qa2，（2）出口压力Pd--入口流量差压ΔPs。压比Pd/Ps控制算法由多变压头（Hp）、实际体积流量Qa2和压缩机转速之间的相互关系确定压缩机操作点，其运算关系：OP=Qa2/HpOP—Operation_point（工况操作点）Qa—实际工况气体体积流量(Am3／h)Hp—多变压头(Nm／kg)

3.2.2控制变量“WS_PV”

防喘振控制器参考控制变量WS_PV的参数来确定从操作点到SCL的距离。WS_PV为实际工作点与喘振线的比率，标准值为100。防喘振控制线(SCL)为100，如果工作点与SCL的比率为150，则工作点位于距SCl50%的安全区域内。

4 离心式压缩机防喘振控制

4.1固定极限流量法

在该技术方式中，需要确保压缩机入口的流量，能够始终高于任意一个设定的固定极限值，因此能够有效地避免喘振问题的发生。 这种技术方式结构比较简单，同时使用也有可靠的优点，投入成本也比较低。 但是，喘振问题的原因是其流量和限制大多与压缩机的实际转速明确相关，所以在压缩机运转的期间，并不能保持一定的值，在这种情况下，不能很好地使用该技术。

4.2可变流量极限流量法

（1）当压缩机的转速可以调整时，进入弹出区域的极限流量也会相应改变。对于此流动限制，计算可以基于压缩机的安全运行。同时，该技术主要用于控制压缩机的进气流量，保证现场数据在实际操作过程中根据当前机械设备进行，相应的限值调节，如果安全线路方程不同，控制必须基于不同但是，由于采用了这种方案，压缩机转速并不恒定，因此可以根据实际操作要求进行转速调整，从而提高了经济性。

（2）在具体的操作中，采用的防喘振控制工艺，其进出口压力、温度以及进口气体当中的实际流量，都成为需要输入到喘振控制系统当中的重要参数数据。同时，还要对压缩机的出口位置设置单向阀门，避免气体出现倒流的情况。

(3)在构建的控制系统中，设计了防喘振控制单元。在该单元的结构上，主要是传感器、变送器、浪涌控制器、浪涌防止阀和返回阀。在这种系统运行中，其机组浪涌控制器可以接收从入口和出口位置收集的数据信号，判断压缩机当前的运行状态，能够很好地操作当前的浪涌防止阀的工作。但是如果不能控制喘振，压缩机发生喘振的时间就会缩短，需要分析设备和工艺，实现控制的效果。

（4）当采用恒压控制技术时，其空气压缩机不会发生卸载，从而实现流量控制操作。这允许以最小的功耗以及最小的复位来优化工作流。这种操作后，可以形成恒定的压风。然而，一旦空气压力达到设定值，就会在空气压缩机入口导叶位置产生节流，从而保证系统总压力需求。然而，由于恒压控制不能很好地完成卸载操作，在满足整个工艺要求的前提下，更有必要持续保持实际出口压力。而当压力足够风满足所有工艺需要时，可以稳定地形成出口压力值。但是，一旦在工艺风中需要将空气压缩机降至最低操作范围，让放空阀可以形成断路器的方式。该工艺下的空气流量允许在空气压缩机出现过量压缩功率时排出更多的气体。同时，对于总是大于空压机最低稳定液位的时间，还迫切需要实现目标控制方案的调整，从而可以实现防喘振系统控制。

5结语

目前，离心压缩机在我国工业生产中有着广阔的发展和应用空间。然而，由于其在正常运行中的喘振现象，会给工业的正常生产带来很大的危害。因此，工业企业在生产过程中，要将理论知识与实际操作相结合，找出压缩机喘振的原因，采取积极有效的措施，最大限度地预防和控制离心式压缩机的喘振现象，从而提高离心式压缩机的喘振性能，保证设备的安全稳定运行。 参考文献：

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