基于YOKOGAWA VP系統(tǒng)的空壓機防喘振控制系統(tǒng)的研究

李永+任彥

摘 要：文章主要介紹制氧機組的空壓機發(fā)生喘振的原因和危害，著重介紹了基于YOKOGAWA VP系統(tǒng)的空壓機的防喘振控制的實現(xiàn)，以及喘振控制線的確定。

關(guān)鍵詞：空壓機；喘振；YOKOGAWA；VP系統(tǒng)；防喘振控制

前言

為配合包鋼十二五規(guī)劃的鋼鐵產(chǎn)能1650萬噸，同時為高爐節(jié)焦增加富氧噴煤量，提高效益，包鋼配套建設(shè)了3套40000Nm3/h制氧機組，滿足了包鋼1650萬噸鋼鐵規(guī)劃的對氧氣、氮氣、氬氣的需求。制氧機組的大型化就要求空壓機能夠穩(wěn)定長期運行，因此空壓機的防喘振控制就成為了重點的研究對象。

1 喘振發(fā)生的原因和危害

1.1 喘振發(fā)生的原因

當(dāng)離心式壓縮機的氣體流量減少則進入擴壓器流道的氣流方向就會發(fā)生變化。當(dāng)流量減少到一定程度，這種邊界層分離現(xiàn)象將擴大到整個流道，從而使葉道中形成氣流漩渦，再從葉輪外圓折回到葉輪內(nèi)圓，此現(xiàn)象稱為氣流旋離。發(fā)生脫離時葉道中的氣流通不過去，排氣管內(nèi)較高壓力的氣體便倒流。瞬間，倒流的氣體就補充了級流量的不足，使葉輪又恢復(fù)了正常工作，從而把倒流回來的氣體壓出去。這樣又使流量減少，于是又倒流回級中來，如此周而復(fù)始，在系統(tǒng)中產(chǎn)生了周期性的氣體振蕩現(xiàn)象，同時機身也會劇烈振動，并發(fā)出“哮喘”或吼叫聲，這種現(xiàn)象叫做壓縮機的“喘振”。

1.2 喘振的危害

喘振的危害性極大，當(dāng)壓縮機發(fā)生喘振后，系統(tǒng)呈周期性振蕩，壓縮機組強烈振動，對迷宮式密封、軸承和葉輪等附屬設(shè)施造成極大的損傷，嚴重時壓縮機會受到損壞，與機組出口相連的管道也發(fā)生周期振動，管道上的壓力表、溫度表及進口處流量計發(fā)生大幅度的擺動，與此同時，壓縮機在短時間內(nèi)反復(fù)從空載到過載，這對驅(qū)動系統(tǒng)都是非常不利的。

2 YOKOGAWA VP系統(tǒng)的空壓機防喘振控制的實現(xiàn)

2.1 YOKOGAWA VP系統(tǒng)

YOKOGAWA VP系統(tǒng)是日本橫河公司新型的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，它具有靈活的架構(gòu)，可以構(gòu)建大規(guī)模以及小規(guī)模的系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用了在橫河公司產(chǎn)品中倍受好評的先進、高靈活度的控制功能和控制總線（V網(wǎng)）等技術(shù)，所以該系統(tǒng)是繼承并發(fā)展了CENTUM CS的高功能、高可靠性的控制系統(tǒng)。

2.2 空壓機防喘振控制的實現(xiàn)

空壓機防喘振調(diào)節(jié)由入口差壓和出口壓力構(gòu)成一條喘振曲線，同時設(shè)置上限超壓控制，防止出口壓力超過管道的設(shè)計壓力。其控制回路圖如下：

H-SEL-1高選器，用于選擇較大的輸出值作為輸出。VEL1001A是對輸出進行限速的功能塊，主要對關(guān)閥速度進行限制，目的是防止放空閥關(guān)閉過快引起機器喘振。H-SEL-2高選器，用于選擇ORHC1001A塊與VEL1001A塊的較大值進行輸出。FIC1002A是防喘振控制回路，串級方式工作，其測量值來自入口差壓PDI1002A的測量值；設(shè)定值為當(dāng)前測量值的90%，設(shè)定值范圍為喘振控制線與喘振控制線右側(cè)20%的區(qū)域，以一定速率移動；自動方式工作，比例積分調(diào)節(jié)，測量值小于設(shè)定值時開閥。

PIC1020BA是防超壓控制系統(tǒng)，出口壓力PI1020A，設(shè)定值通過改PIC1020AA而自動變化，在放空閥大于6度時等于PIC1020AA的設(shè)定值+0.012，放空閥小于3度時等于PIC1020AA的設(shè)定值+0.022，以保證放空閥調(diào)節(jié)快于導(dǎo)葉，自動方式工作，比例積分調(diào)節(jié)，測量值大于設(shè)定值時開閥。

HC1001A是放空閥手操器，高過防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出值時有效。需注意的是，在調(diào)節(jié)過程中，F(xiàn)IC1002A與PIC1020BA的輸出下限MSL是動態(tài)的，始終是最終輸出-3%，這樣可以保證FIC1002A與PIC1020BA之間切換控制的及時性。

ORHC1001A是在放空線與控制線之間的一個按固定比例打開放空閥的功能塊，當(dāng)測量值越過控制線向放空線移動時，該塊會按照預(yù)先設(shè)定好的公式打開放空閥，越接近放空線給出的開度越大。

若以上功能不能阻止測量點向放空線移動，則當(dāng)測量點碰到放空線時，放空閥失電全開，導(dǎo)葉回到15度，空壓機卸載放空。

3 結(jié)束語

該空壓機的防喘振控制具有通用型，在運行三年多的時間里，空壓機基本運轉(zhuǎn)正常。采用橫河的YOKOGAWA VP系統(tǒng)完美的實現(xiàn)了空壓機的現(xiàn)場控制和保護功能，為操作人員提供良好的人機交互畫面，滿足了生產(chǎn)需求。

參考文獻

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