空壓機喘振控制系統優化

丁俊

摘要：制氧裝置C110空氣壓縮機是由汽輪機帶動的大型離心壓縮機，它總共包括二級壓縮，把空氣壓縮到500KPa送于下游裝置進行工業化生產。目前的喘振控制系統是采用的橫河YS170-012/A06調節器，在和PLC可編程控制系統的配合下對壓縮機進行喘振及聯鎖控制。該調節器在當前已經不能適用于對大型離心機組的喘振控制。現階段喘振控制系統主要包括TS3000、CCC、PLC、TURBOLOG等，TS3000是美國TRICON公司生產的壓機控制系統，該系統集合了壓機升降速、超速保護、聯鎖保護、防喘控制等壓機的全套控制方案，是目前對壓機控制使用最廣也是最安全的控制系統之一。本文主要是闡述離心式壓縮機的喘振控制原理及介紹怎樣將橫河YS170喘振調節系統優化為ITCC控制系統中的喘振控制單元進行離心壓機的喘振控制。

關鍵詞：喘振控制;喘振曲線;TS3000;喘振試驗

1、C110空壓機喘振原理及現有喘振曲線介紹

1.1、喘振原理分析

離心壓縮機工作效率高，在正常工況條件下運行平穩，壓縮氣流無脈動，對其所壓送介質的壓力、流量、溫度變化的敏感性相對較大，當進氣量減少到一定程度時，葉片周圍出現旋轉失速現象，如果旋轉失速區域和數量繼續擴大，則使進氣流量與出口壓力發生大幅波動，出現喘振。發生喘振時機組連同它的外圍管道一起會作周期性大幅度的振動，如不及時采取措施加以控制，會使壓縮機轉子和靜子經受交變應力作用而斷裂，使極間壓力失常而引起強烈振動，導致密封及推力軸承損壞，使運動元件和靜止元件相碰，造成嚴重事故。

2.1、現有喘振控制系統介紹

2.1.1、??? C110機組現有控制方案

他是由YS170的輸出信號與手操器輸出信號在內部進行低值選擇，再送至防喘閥。防喘控制系統中最為重要的是出口壓力和吸入流量，為了確保壓縮機穩定可靠地工作，必須使吸入流量和出口壓力處在一個安全的比值內，該系統設計了防喘放空閥，當下游設備空氣用量減少或壓縮機出現喘振時，可由防喘閥打開一定的開度放空來維持系統的平衡。

2.1.2、現有喘振曲線的計算

喘振曲線計算是用斜截式直線方程來確定防喘線的方程SV=B+G（P-C）

通過防喘試驗，得到喘振線，設定安全裕度（控制線和喘振線之間的距離稱為安全裕度）為10%，安全裕度可以縮小也可以放大，如果要使喘振控制更安全就放大，放大后可能使防喘閥經常工作在開關狀態，浪費能源。安全裕度平移后得到一條控制線，根據坐標圖得到B、G、C。

C為控制線在Y軸上的截距

P為排除壓力PV值

SV值就是通過計算后給防喘閥的一個開度值。

調節過程如下：喘振點工作在控制線以下為正常運行狀態，此時防喘閥是全關的。當喘振點到達控制線的時候防喘閥開始做打開調節，保持輸出壓力與給定壓力SV恒定，防止喘振。當喘振點到達喘振線的時候閥門調節到全開狀態。如果喘振調節真實有效，那么此過程中壓縮機組不會發生喘振。

2、現有喘振控制介紹

現在YS170調節器的控制方式是：FT1100從壓機進口一、二級接受差壓信號，送至FIC1100經運算后作為實際測量值，PT1100從壓機出口接受壓力信號，送至FIC1100按公式SV=B+G（P-C）運算后，作為調節器的給定值，此給定值隨壓機轉速和壓力的變化基本上為一條直線，給定線的位置及斜率和離喘振線的距離可用改變G，B，C進行調整，給定線和喘振線之間的距離大約有10%的流量差。FIC1100的輸出信號與手操器輸出信號在內部進行低值選擇，再送至防喘閥，控制其開度。防喘閥在正常的狀態下應為關閉。

3、現有控制系統的缺陷

3.1、現階段壓縮機喘振曲線的缺陷及解決方案

由于C110空壓機已經運行了多年，長期的運轉對轉子及殼體等造成磨損，其性能會發生變化即壓縮機額定最小流量（喘振線）特性會發生偏移，建議用以下方法對C110空壓機組的喘振曲線進行修正，也建議專業人員對機組重新做一次喘振試驗，得到更準確的喘振曲線。（1）根據離心壓縮機以前的喘振曲線和平時工作時期的機組參數來確定壓縮機的最佳工作區（喘振裕度）。

（2）用數學方法整理出不同工況條件（P、T）下的喘振線和防喘振控制線。

（3）把壓縮機的歷史數據進行電子繪圖處理，計算出離心壓縮機的實際最小流量與最小額定流量的偏移，這點比較難，一個是費時費工，二個是沒有完整的幾年的歷史數據。

（4）根據離心壓縮機的進出口溫度和實際最小流量的偏移對喘振線和防喘控制線進行實時補償。

（5）用工況點求取的喘振點最小流量與實際工況點的最小流量進行比較。

（6）把上述比較的結果（流量的變化以及變化的速率）作為喘振曲線的修正依據對其修正，然后進入ITCC壓機控制系統，通過對壓縮機進口導葉、防喘閥的控制，實現對離心壓縮機的防喘控制。

4、TS3000喘振系統及控制方案

現階段的喘振系統已經不能滿足現代化生產的需求，將美國TRICON TS3000系統運用到離心壓縮機防喘振控制是目前的最佳選擇。

4.1、喘振系統優化方案

4.1.1、TS3000控制系統優化。

用TS3000進行喘振控制，增加流量FT1100的溫壓補償，用更精確的流量與出口壓力PT1100作比較。采用TS3000共同控制入口導葉閥及防喘閥的開度。而且以其閥位和閥位反饋作為喘振控制的輔助參數。當發生喘振時，使喘振控制更及時，喘振數據更直觀，更安全。

4.1.2、TS3000系統中機組的入口流量計算。

在壓機的入口增加溫度和壓力的遠傳信號進入TS300控制系統。計算公式為：

SQRT（（PT1101+0.0）*PDT1101/（TE1100+273））*100000=FT1100

通過此計算方法測得的流量誤差非常小，可以用來進行精確控制。

4.1.3、喘振調節模塊VALVE_OUT1

在經過溫壓補償計算后，所有的參數都進入喘振調節模塊VALVE_OUT1，這個模塊是TRICON公司為防喘系統專門研發的最為重要的防喘閥調節模塊。通過運算后的參數經此模塊進行重新運算后對防喘閥V1100及入口導葉閥V109進行調節，有效的防止喘振發生。

4.1.4、壓機喘振聯鎖組態

防喘閥電磁閥的控制，也是保護機組的最后一道防線。他是由壓機總聯鎖、開關閥軟按鈕及經過喘振運算后的喘振線的值來對其控制，完美的解決了遇到機組工況劇烈變化時防喘閥打開不及時的問題，杜絕了損壞設備事故的發生。

5、結束語

C110離心式壓縮機喘振控制系統在保證機組安穩長運行方面起著極其重要的作用。喘振控制系統多種多樣，需要我們慢慢去摸索出控制更精確、運行更穩定、能耗更節省的一種。從川維廠采用的喘振系統看，TRICON TS3000是現今全廠使用最廣泛，故障率最小，而得到大家公認的控制系統。TS3000系統的優點顯而易見，應不失為一種有價值的改進方案。