離心壓縮機防喘振控制系統探討

張延升

（沈陽鼓風機集團自動控制系統工程有限公司，遼寧 沈陽 110000）

離心壓縮機防喘振控制系統探討

張延升

（沈陽鼓風機集團自動控制系統工程有限公司，遼寧 沈陽 110000）

離心壓縮機是一種重要的機械設備，被廣泛應用在制藥、冶金、空分、化工、石油等領域。離心壓縮機在實際應用中，經常會發生喘振現象，造成流量、供氣壓力等參數產生波動，使離心壓縮機被破壞，葉輪和葉片之間的噪聲增加。為了有效控制離心壓縮機喘振現象，應加大對防喘振控制系統的分析和研究，優化離心壓縮機防喘振控制系統設計。本文簡要分析了離心壓縮機喘振情況，對離心壓縮機防喘振控制系統進行研究。

離心壓縮機；防喘振；控制系統

離心壓縮機具有輸送流量小、排氣壓力高的優點，但是其易發生喘振，穩定工作區域較窄。喘振嚴重危害離心壓縮機的安全、正常運行，為了提高離心壓縮機的安全性和耐久性，應配備相關防喘振控制系統，避免發生喘振現象。

近年來，相關控制技術快速發展，防喘振控制水平和方法不斷提高，但還是面臨著防喘振控制和經濟性問題，因此應仔細研究離心壓縮機防喘振控制系統。

1 離心壓縮機喘振分析

1.1 喘振原理

離心壓縮機在運行時，其流量往往會發生變化，當離心壓縮機流量下降到最低流量點時，離心壓縮機管道中會產生氣體介質渦動，嚴重影響正常的流動，造成離心壓縮機出口壓力大幅度下降。由于管網系統和離心壓縮機是聯合運行的，當發生這種情況時，如果不能及時調整管網系統壓力，不能快速降低氣壓，會造成壓縮機出口壓力遠遠小于管網原氣體壓力，造成管網氣流方向改變，當壓縮機出口壓力和管網壓力相同時，這時倒流停止，向著管網壓縮機持續供氣，一旦發生上述情況，離心壓縮機運行過程中，管網氣流壓力達到原本正常壓力時，離心壓縮機流量快速下降，形成倒流，這種氣體振蕩情況具有周期性被稱為喘振。

1.2 喘振危害

當離心壓縮機發生喘振情況時，其流量、供氣壓力等參數發生較大波動，很容易造成壓縮機損害，并且葉輪、葉片的噪聲增加，離心壓縮機各種動靜部件之間產生較大磨損，軸頸和軸承容易發生損壞，甚至破壞潤滑油膜，離心壓縮機運行效率不斷降低，易引發火災事故，導致離心壓縮機相關聯的元器件設備發生損壞，而離心壓縮機喘振越嚴重，其危害性越強。

2 離心壓縮機防喘振控制系統研究

2.1 喘振點判斷

當出現以下任意一點時，可判斷離心壓縮機發生喘振現象：其一，觀察離心壓縮機振動檢測界面，振幅信號發生輕微突變；其二，監測離心壓縮機出口壓力過程中，發現出口壓力值下降；其三，離心壓縮機入口壓力產生大幅度波動；其四，離心壓縮機出口和入口發出低頻的異常脈動聲音。這時應及時打開防喘振閥。

2.2 喘振解決處理

為了防止離心壓縮機發生喘振，應使離心壓縮機遠離喘振區，基于穩定的進口條件，合理控制防喘振閥和出口閥，逐漸升高離心壓縮機出口壓力。一旦離心壓縮機發生喘振現象，及時打開防喘振閥和出口閥，停止壓力調節。

結合不同工況點的離心壓縮機喘振情況，將喘振閥及時打開，若離心壓縮機出口發生堵塞，將出口放火炬閥打開，仔細分析離心壓縮機喘振原因，如果其流量、氣體壓力等參數發生變化，將出口放火炬打開，徹底控制喘振情況以后，然后調整氣體參數，優化離心壓縮機運行。

2.3 喘振主動控制技術

通過喘振主動控制技術，對喘振引起的氣流不穩定情況實現直接抑制，優化離心壓縮機運行性能，防止發生喘振現象。

離心壓縮機喘振主動控制主要采用PID模式，使用可變導葉、注氣、節流閥、放氣閥、返回閥等執行機構，選擇驅動式壓縮機作為喘振控制器，如圖1所示，離心壓縮機防喘振主動控制系統，壓縮機出口緊接CCV控制閥，該防喘振控制系統采用數字直接防喘振控制系統，充分考慮各種影響因素，在該系統中通過解耦技術，有效協調了多個防喘振回路或者防喘振性能控制和運行控制之間的關系。

圖1 離心壓縮機主動控制

2.4 系統結構設計

離心壓縮機防喘振控制系統包括工程師站、操作站、以太網通訊鏈路、3500測振系統、TS3000控制器等幾部分。

2.4.1 系統結構

工程師站、操作站作為上位機，PLC控制器作為下位機，下位機和上位機之間通過以太網線進行連接，基于DDE和TCP/IP通訊協議，實現雙網冗余。

通過光纖連接下位機的遠程和就地機架。離心壓縮機防喘振控制系統中的工程師站利用冗余通訊方式，和控制器通訊接口進行連接，用于控制器的維護、軟件裝載、測試、修改、除錯和組態。工程師站具有順序事件記錄、打印組態圖形和數據的功能，對順序事件記錄軟件進行配置，操作站和工程師站應配置相同規格的PC機，配置光盤驅動器、軟盤驅動器，預留人機接口，操作站和控制器之間由冗余光線進行連接。

2.4.2 通訊網絡

離心壓縮機防喘振控制系統除了通過以太網進行通訊以外，還可通過MODBUS實現信息通訊。DCS、3500測振系統通過TCM通訊卡串口和TS3000系統進行通訊。在防喘振控制系統中，這些端口可基于RTUMODBUS或ASCII傳輸協議支持RS-485或RS-232通訊。該系統考慮到離心壓縮機防喘振控制傳輸距離，選擇RS-485通訊模式，MODBUS屬于主從協議，其規定了防喘振控制系統中主從設備通訊的斷開和建立、錯誤檢測、信息交換等。

3500系統和控制器之間的通訊，3599系統作為從站，控制器作為主站，基于簡單的通訊連接，控制器接收3500系統傳輸的離心壓縮機位移、振動等參數。和DCS系統進行信息通訊時，TS3000系統作為從站，DCS系統作為主站，基于RTU協議，控制器將離心壓縮機運行參數傳送到DCS系統中。

2.5 系統功能

2.5.1 性能參數調節

離心壓縮機的水路和油路運行參數、進出口壓力和溫度以及排氣量的自動調節。

2.5.2 數據采集和處理

采集離心壓縮機的溫度、壓力和轉速傳送到相關處理軟件中，離心壓縮機運行過程中，防喘振控制系統循環、連續地監測離心壓縮機的軸向位移和水路、油、氣系統的關鍵運行參數、主要性能參數。

2.5.3 故障報警和分析

當離心壓縮機出現排氣壓力過高、排氣溫度過高、冷卻水量較少、油壓降低、油位偏低、電動機過載、短路、欠壓等情況時，控制系統發出聲光報警，并且利用打印機打印或者屏幕顯示故障記憶。

2.5.4 測控

離心壓縮機防喘振控制系統根據具體操作程序和標準工藝流程，對離心壓縮機進行程序控制或者順序控制，與離心壓縮機性能模擬參數進行比較，實現離心壓縮機程序的自動卸載、停車或者啟動，提高離心壓縮機工況參數，使其保持最佳運行狀態。

2.5.5 性能參數顯示

離心壓縮機防喘振控制系統可顯示離心壓縮機防喘振控制的流程圖、變化趨勢、控制參數、溫度和壓力變化趨勢、溫度參數、壓力參數等。

3 結語

離心壓縮機防喘振控制是一個復雜、重要的研究領域，其涉及多項內容。喘振嚴重影響離心壓縮機的正常、安全運行，應仔細分析離心壓縮機喘振原因，有針對性地進行處理，優化離心壓縮機防喘振控制系統設計，利用PID自控系統，不斷提高離心壓縮機防喘振控制水平。

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1671-0711（2016）12（上）-0085-02