防喘振控制在壓縮機改造中的應用

南學杰

摘 要：隨著工業科技的蓬勃發展，排氣量大、運轉周期長的離心式壓縮機逐漸贏得市場信賴。但不可忽略的是，頻發的喘振現象已經成為離心式壓縮機在工業應用中的首要桎梏。文章將從闡述離心式壓縮機防喘振控制系統的研究目的入手，結合離心式壓縮機工作原理、喘振現象成因以及防喘振控制系統要素等研究基礎，提出防喘振控制系統設計方案，旨在為離心式壓縮機改良提供有益參考。

關鍵詞：防喘振；壓縮機；系統設計；應用改造

引言

離心式壓縮機是現代工業生產的重要基礎性設備，廣泛應用于冶煉、制冷、石油、化工等行業管線，具有重要的經濟效益價值。喘振是壓縮機流量和壓力迅速減少所導致的非正常狀態振動，喘振不僅會降低離心式壓縮機的工作效率，而且嚴重時可能造成風機葉片疲勞損耗。因此，在壓縮機改造過程中探究應用防喘振控制系統，具有重要的理論和實踐價值。

1 離心式壓縮機防喘振控制系統的研究目的

1.1 喘振危害分析

一旦壓縮機發生喘振后，就導致壓縮機難以正常工作。其出口壓力減小，整體壓力將低于出口管道系統壓力，進而使得氣體從管道系統向壓縮機倒流，直到管道系統中壓力低于壓縮機出口壓力，此時倒流停止，壓縮機恢復工作，但是當出口管道系統的壓力恢復到原值時，通過壓縮機的氣體流量再一次減小，這時又發生喘振，如此反復，使系統呈周期性振蕩，在整個過程中，壓縮機組強烈振動，伴有異常噪聲，嚴重時壓縮機會受到損壞。

1.2 防喘振控制系統研究價值

防喘振控制系統利用多樣化技術手段，形成系統化的喘振預防和治理方案，可有效防止喘振現象發生；防喘振控制系統作為離心式壓縮機控制體系的重要組成部分，便于技術人員及時了解設備狀態，穩定控制壓縮機器。

2 離心式壓縮機防喘振控制系統的研究基礎

2.1 離心壓縮機工作原理

離心式壓縮機屬于透平壓縮機的一種。作為典型的葉片式旋轉機械，其基本工作原理是通過氣體與葉片的共同作用，賦予氣體更強的壓力和動能，繼而利用流通元件促使氣流減速，從而實現氣流在壓縮機內的徑向流動。從實踐來看，離心式壓縮機常與其他設備、管道等形成一體化的系統聯合使用，因而具有鮮明的管網特征。由于管網線路內部的壓力和流量經常變化，離心式壓縮機就需要不斷改變自身的排氣壓力和流量，因而面臨著壓力和流量速降引發的喘振風險。

2.2 出現喘振現象的原因

離心式壓縮機出現喘振的原因多種多樣，而且常常是由復合因素引發的。總的來講，喘振成因主要有五個方面。一是因壓縮機內部氣體流動發生失速而導致喘振；二是由于壓縮機與管網聯合運作不協調而發生喘振，如壓縮機流量小于喘振流量；三是當離心式壓縮機轉速過大時，喘振流量也隨之增大，喘振線即向大流量區移動；四是壓縮機的進氣溫度、壓力等要素不穩定；五是管網的容量過大引發喘振點流量增大，使壓縮機難以平穩運行。

2.3 防喘振控制系統要素

鑒于離心式壓縮機的管網特征，其防喘振控制系統設計應當從壓縮機與管網的聯動運行上采取措施，普遍來看行之有效的方法是采用防喘裝置，其系統要素主要有管網流量、進出口壓力以及喘振控制線三方面。第一，應在管網流量大幅減少時增加離心式壓縮機自身流量，使機器保持在大于喘振流量的狀態下運行；第二，智能控制離心式壓縮機的進出口壓力；第三，根據離心式壓縮機的特征曲線來看，喘振線即是其穩定運行范圍的最小流量極限。

3 離心式壓縮機防喘振控制系統的設計方案

3.1 總體設計思想

承前所述，離心式壓縮機發生喘振的主要原因是負荷突然減少。因此，要確保其在運行過程中不出現喘振，必須要使通過壓縮機的實際流量在任何轉速、任何壓力下都能夠小于喘振流量。正因如此，文章所述離心式壓縮機防喘振控制系統的總體設計思想，即是在確保減少離心式壓縮機能量消耗的基礎上，在壓縮機的負荷具有經常波動可能性之處，采取可變極限流量的防喘振控制方案。

3.2 具體設計分區

3.2.1 喘振區域確定

確定喘振區域是設計防喘振控制系統的首要前提，為喘振故障檢測、防喘振方案制定奠定了理論根基。喘振區域確定需要結合離心式壓縮機的管網特性，利用曲線圖進行表述。管網特性與壓縮機性能曲線分別表示管道進口壓力、壓縮機出口壓力隨氣體流量變化的狀況，二者交點即為壓縮機工作點。由于工作點橫坐標Q表示氣體流量，縱坐標P代表實際排氣壓力，因而最高點K右方的下降區域是穩定工作區，K左下降區域即是喘振區域。

3.2.2 操作變量選擇

根據離心式壓縮機運行理論，將其操作變量穩定在設計值上才能夠使經濟效益最大化。但在實踐改造過程中，變量的穩定性難以保證。因而，在防喘振控制系統的構建過程中，操作變量選擇尤為重要。一是應當允許其在一定范圍內改變，二是適當減小調節通道的時間常數，適量擴大干擾通道的時間常數，三是須通過對所選變量的準確把握，保障其對裝置中的其他控制系統不會產生較大干擾。

3.3 系統設計框圖

4 總結

總而言之，防喘振控制系統在壓縮機改造中的應用，須以離心式壓縮機工作原理和喘振成因為出發點，以智能化的總體設計理念為依托，在完善技術故障診斷、精確定位喘振區域、明晰系統儀表選型的基礎上，構建高效自動化的先進控制系統，致力于提升壓縮機工作成效。

參考文獻

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