氮壓機防喘振控制的研究與應用

馬春霞，王振中，袁 蓉

（山東萊鋼 自動化部，山東 萊蕪 271104）

0 引言

氮氣壓縮機是空分裝置的關鍵后續設備，是提供管網氣源壓力供應的重要環節。萊鋼7＃制氧氮壓機控制程序主要完成設備本身的啟動、停止控制以及與空分系統的停止聯鎖控制；潤滑油系統的順序控制；振動過高停車控制；系統的溫度、壓力、閥位聯鎖控制等。其中防喘振控制是該控制系統的核心，而防喘振控制的關鍵是通過調節入口導葉和放空閥的開度來控制氮壓機的壓力和流量。本文主要介紹氮壓機入口導葉和放空閥的控制。

1 控制系統硬件結構

系統硬件采用SIEMENS公司的S7－300控制系統，系統應用開發軟件為西門子STEP7軟件包，操作平臺為英文版Windows 2000或Windows XP操作系統。并通過標準TCP／IP協議以太網實現整個流程中的自動控制、數據通訊及上位機管理，上位機的人機界面采用西門子的 WinCC監控軟件，實現對溫度、壓力、流量、振動等各種工藝參數的集中監視、記錄、歸檔并報警，可完整地監控整個系統的生產情況。控制系統硬件配置示意圖如圖1 所示。

圖1 控制系統硬件配置示意圖

2 防喘振控制

當流經壓縮機的氣體流量小于一個最小值時，葉輪中的氣流將失速，造成部分或全部氣體回流，這時機器軸承所承受的應力會變大，溫度升高，這種現象稱為“喘振”，喘振會損壞設備，甚至造成重大事故。為此，我們對氮壓機系統設有防喘振保護，即通過調節入口導葉和放空閥開度，控制通過氮壓機氣體的流量和壓力。

2.1 入口導葉控制

氮壓機開車之前，入口導葉ZC1031全關，放空閥ZC1046全開；氮壓機啟動后，入口導葉ZC1031開度大小受出口壓力調節、DCS加載控制調節、電流負載調節等條件的影響，并通過低選對壓縮機進行保護。當氮壓機從DCS開始加載后，入口導葉馬上開到一最小開度，此最小開度與出口設定壓力SP有著一一對應關系，并根據防喘振試驗得到。出口壓力調節有手動、自動兩種控制，當防喘振輸出（放空閥）小于1%時，出口壓力調節投自動；當防喘振輸出（放空閥）大于5%時，出口壓力調節投手動，且60s內輸出減小到0%。當氮壓機出現意外情況卸載時，入口導葉從最小值漸減到0%。入口導葉控制示意圖如圖2 所示。其中，E1為斜坡控制器與最小開度低選后值，E2為壓力控制器與手操控制器輸出值高選后再與電流控制器低選后值，A2為入口導葉ZC1031最終控制值。

2.2 放空閥控制

根據工藝要求，氮壓機設置有最小流量值Fmin，當實際流量FV小于最小值Fmin時，壓縮機自動進行防喘振控制，即放空閥流量調節器FIC1046自動調節放空閥ZC1046的開度，使其開度增大，調節實際流量值FV增加；當實際流量FV大于最小值Fmin時，放空閥調節器FIC1046自動調節放空閥ZC1046，使開度關小，直到全關。實際流量值FV計算如下：

其中：K為常數，一般取44；dp為流量差壓；PV為出口壓力；Ts為入口溫度；Ps為入口壓力。

圖2 入口導葉控制示意圖

同時，放空閥調節還受出口壓力控制，SP設定值為DCS輸出，當壓力調節器輸出小于1%時，SP設定值增加100kPa；當壓力調節器輸出大于5%時，SP設定值增加0kPa。壓力調節器輸出和流量調節器輸出將通過高選輸出控制放空閥開度，以實現防喘振控制。放空閥控制示意圖如圖3 所示。

3 結束語

萊鋼7＃制氧氮壓機的防喘振系統工作穩定，安全性和可靠性高，該項目實施后為萊鋼熱線生產提供了連續、優質的氣體產品，保證了熱線生產的順利進行，創造了較為可觀的經濟效益。

圖3 放空閥控制示意圖

［1］張桂香.電氣控制與PLC應用［M］.北京：化學工業出版社，2003.

［2］齊從謙.PLC技術及應用［M］.北京：機械工業出版社，2002.

［3］王立新.模糊系統及模糊控制教程［M］北京：清華大學出版社，2003.