離心式壓縮機防喘振控制技術的應用

劉樹娟

【摘 要】簡要介紹了離心機的特點，舉例介紹了離心機防喘振控制性能曲線、參數設定和控制方案，簡要描述了離心機正常工況和異常工況的調控作用過程。

【Abstract】The characteristics of centrifuge are briefly introduced， and an example is given to introduce the performance curve， parameter setting and control scheme of anti-surge control of centrifuge. And the control process of centrifuge under normal and abnormal conditions is briefly described.

【關鍵詞】離心機；安全線；控制線；旁路閥；入口導葉；防喘振

【Keywords】centrifugal compressor； safety line； control line； by pass valve； inlet guide vane； anti-surge control

【中圖分類號】TH452 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）07-0133-02

1 離心機的特點

離心式壓縮機是具有處理氣量大、體積小、結構簡單、運轉平穩、維修方便等特點，應用范圍廣。但由于離心機本身結構所限，仍然存在短板，在壓力高、流量小的場合會發生喘振，且不能從設計上予以消除。下面結合生產實際，介紹防喘振控制技術在某化工裝置離心式壓縮機上的應用情況。

2 離心式壓縮機防喘振控制性能曲線

防喘振控制曲線見圖1，縱坐標為出口氣體壓力，橫坐標為出口氣體流量。各控制線實現功能如下所述：

2.1 喘振線

喘振線是壓縮機在不同工況下各對應喘振點的連線，它把性能曲線分成穩定區和不穩定區。

2.2 防喘振控制線FIC（BV）

機組正常運行時， 控制系統控制運行點在穩定區運行，為防止運行點接近喘振線，在喘振線的右側平行地設置了一條防喘振控制線FIC（BV）。

喘振控制線是防喘振控制系統的基準線， 一般設定在喘振線右側5%～15%處。它將壓縮機喘振線右側的區域劃分為左右兩部分， 即控制區域和安全區域。當壓縮機運行在安全區域時， 出口流量大于防喘振控制線設定值， 控制器會自動關閉旁路閥BV。如果壓縮機工況波動，工作點進入控制區域， 控制器的輸出將使旁路閥BV開大，增大壓縮機回流量， 將工作點拉回控制線上。

2.3 流量下限安全線（FAL）

為確保在極端工況、防喘振控制系統或閥門定位器等故障情況下也能保護機組， 在喘振線與控制線之間設置了一條流量下限安全線（FAL），當運行點到達安全線（FAL）時，旁路閥快速打開，提高入口流量，同時DCS上將旁路閥閥開度鎖定在100%上，入口導流葉片閥開度鎖定在0%上，壓縮機卸載。

2.4 壓力上限安全線（PAH）

為保護機組不超壓，防喘振控制系統設置了一條出口壓力上限安全線（PAH），當壓力到達安全線（PAH）時，旁路閥快速打開，限制出口壓力，同時DCS上將旁路閥閥開度鎖定在100%上，入口導流葉片閥開度鎖定在0%上，壓縮機卸載。

2.5 負荷控制PIC（IGV）

操作人員通過PID調節器打開入口導葉，控制流量，調整負荷。

2.6 主電機電流控制（AIC）

設置PID調節器（AIC）控制主電機電流，同時與負荷控制PIC（IGV）調節器構成超弛控制，防止過載。

3 離心機防喘振控制方案

防喘振控制系統主要包括入口導葉開度調節回路、旁路閥調節回路、邏輯控制三部分，其控制方案如圖2所示。

3.1 入口導葉開度調節

入口導葉開度用來調節壓縮機進出口壓力和循環氣流量，滿足工藝生產的需要，同時保證壓縮機工作在穩定的工作區內。為防止過載，該控制采用出口壓力與主電機電流超弛控制，低選后控制入口導葉。

3.2 旁路閥開度調節

通過旁路閥的打開，保證壓縮機的實際負荷流量大于喘振邊界線所對應的最小流量，防止喘振的發生。為防止出口流量波動對后系統造成影響，采用壓縮機出口流量與循環氣控制量超弛控制，高選后控制回流閥。其控制特點如下：

①建立REGPV點FTT1，對出口流量溫壓補償后，作為防喘振調節器FIC1的測量值。

②根據出口壓力計算得出防喘振控制線控制設定點建立REGPV點FY1，作為防喘振調節器FIC1的給定值。FY1計算公式：

FIC1.SP=QMAX*（1.09*PT1.PV+0.028） m3/h

③當壓縮機運轉時，防喘振調節器FIC1的控制模式通過邏輯點強制設定為CAS，且不可由操作人員操作，避免誤操作導致壓縮機防喘振控制系統失效。

3.3 聯鎖邏輯控制

設置兩條安全線FAL、PAH，如果壓縮機出口流量急劇變化，工作點越過喘振控制線，并繼續向喘振線移動， 到達流量下限安全線（FAL）或者壓力上限安全線（PAH）時，必須啟動聯鎖系統，旁路閥全開。同時DCS上將旁路閥閥開度鎖定在100%上，入口導流葉片閥開度鎖定在0%上，壓縮機卸載。

其中：FAL=QMAX*（1.09*PT.PV-0.028） m3/h

PAH=529kPa

防喘振保護邏輯圖如圖3所示。

4 作用過程描述

防喘振控制由防喘振調節器FIC1控制旁路閥FCV1（BV）實現，氣體流量由FIC2控制旁路閥FCV1（BV）調節，壓縮機負荷調整由出口壓力調節器PIC1控制入口導葉開度PCV1（IGV）實現，壓縮機過載控制由電機電流調節器AIC1控制入口導葉開度PCV1（IGV）實現。

當由于某種原因導致上述調節器動作仍不能降低出

口壓力或者仍不能提高出口流量，以至于出口壓力大于安

全線PAH時或者出口流量低于安全線FAL時，為防止喘振，聯鎖動作，旁路閥快速打開，同時DCS上將旁路閥閥開度鎖定在100%上，入口導流葉片閥開度鎖定在0%上，壓縮機卸載。

5 結語

防喘振控制技術在齊魯石化某生產裝置上運行有效，曾在2018年因離心機出口壓力過高成功卸載，避免了一次喘振故障。本文既可以作為生產裝置員工深化培訓的資料，也可以為其他同類型號的離心機制定防喘振控制技術方案提供借鑒。