風機的防喘振控制與優化思考

趙金丹

（新鄉西瑪鼓風機股份有限公司，河南 新鄉 453000）

風機運行的穩定性相較于系統運行的穩定性，風機的防喘振控制系統設計相對復雜，設計人員需要充分理解其控制性原理，根據風機的實際運行特點制定行之有效的優化護理方案，可確保整個生產系統運行的安全有效性，有效提升風機運行的工作效率，有效減少系統設備運行期間的能耗水平，讓控制系統的實時性、可靠性等各個水平得到全面性提升。

1 壓蒸汽透平風機防喘振控制

1.1 壓蒸汽透平風機概述

天然氣凈化廠內所運行的裝置設備均包含脫硫單元、脫水單元、硫磺回收單元以及尾氣處理單元，硫磺回收以及尾氣處理單元在運行期間需要通過配備風機來充分滿足燃料爐的空氣供給需求。為了能夠充分利用在硫磺回收環節以及尾氣處理過程中所產生的中壓蒸汽，有效降低裝置設備運行的能耗量。一旦風機發生喘振或是相連管道大幅度震動的情況時，將會導致運行的裝置設備受到損害，對于裝置的正常化運行帶來影響，為此風機防喘振控制管理已成為裝置穩定運行的關鍵所在。

1.2 風機喘振原因

風機喘振是風機運行過久后不可避免產生的現象問題，在風機啟動期間入口導葉逐步增加，風機出口空氣壓力逐步增加。[1]供給總管空氣主要是由兩臺或是多臺風機所提供的，一旦出口空氣壓力超過總管空氣壓力時，則會向空氣總管供風，如若出口空氣壓力遠遠小于總管空氣壓力時，空氣總管的空氣將會倒回至風機內部，長此以往將會導致風機出現喘振的效果。

根據風機監控系統得到的各項數據信息了解到，在振動監測值全面提升的前提下，防喘振閥門在未能及時動作時，將會導致風機出現連鎖停機、機械損傷等情況。防喘振控制管理工作實施的主要目標是為確保風機不會進入喘振區域，確保風機能夠在安全區域內高質量運行，最大程度確保風機運行的穩定性。

1.3 風機防喘振控制系統設計

1.3.1 控制系統設計實現

防喘振閥在開啟以及關閉過程中所采用的速度是不一樣的，在風機即將進入喘振區域時，防喘振閥需要迅速性開啟，關閉則需要緩慢性的關閉。[2]而在防喘振閥開啟的同時，工作點也將再次回到防喘振線的下方區域。

PLC 編程本身具備靈活性的特征，利用其內置的STL 編程語言可實現對防喘振閥控制參數的實時性調整，確保防喘振閥開關速度達到預定要求。

防喘控制系統是由進口區域間的空氣壓力、空氣溫度、進口流量、出口空氣壓力以及防喘振閥所構成。系統設備所應用的防喘振控制器具備連續性輸出信號的價值作用，而將輸出信號應用于防喘放空閥定位設備期間，一旦控制器以及驅動源產生故障問題時，系統通過打開防喘振閥門開展故障安全行為[3]。

1.3.2 防喘振控制系統優化

為了能夠進一步發揮風機的應用價值，將風機出口的壓縮空氣全部送入燃燒爐設備的燃燒系統之中。通常情況下，在風機正常運行過程中防喘振閥門始終處于完全關閉的狀態，為充分滿足燃燒系統本身的供風壓力與流量需求，需要進一步優化防喘振控制系統管理水平，可選擇從風機進口風速以及防喘振PID 參數兩方面進行優化。

第一，風機進口風速計算優化。根據相關理論標準了解到，風機的防喘振控制手段的選擇是由流量控制以及出口壓力控制構成。由公式（1）可知，入口空氣流速在入口空氣流量差壓、入口空氣溫度、入口空氣壓力等數據測量準確的前提下，所可以被修正的參數是，通過對于參數修正觀察計算后，可得到進口空氣風速與管線另外連鎖控制風機入口空氣流量，最大程度缺乏二者差值在預定范圍之內。此外需要對風機防喘振閥開度曲線實施深度監控，最大程度確保風機運行的正常性。

第二，風機防喘振PID 參數優化。防喘振閥動作主要是選擇應用控制系統當中的功能塊實施深度控制管理，利用參數對其進行優化控制管理。在能量頭設定值與反饋值的差值過高的情況下，則會出現快速輸出動作，而在能量頭設定值與反饋值相對接近時，則代表輸出動作逐步降低。為了實現對防喘振閥門的有效保護，避免防喘振閥門出現不必要的動作，則需要做好防喘閥門快開慢關的工作需求，以此減少防喘振閥門出現不必要的動作。此外在防喘振系統優化過后，還需要將風機能量頭控制在控制線附近。

2 礦井通風機防喘振控制系統設計

2.1 礦井通風機概述

礦井通風設備在高效率運行期間，風管內部氣流量達到一定程度之后，設備管道內的高速氣流相互脫離狀況將會愈演愈烈，管道內部高速氣流將會大大增加，而氣流潛在管道內部相互沖擊的情況下，將會出現周期性震蕩問題，大大降低通風機運轉效率，這一設備運行狀況也被稱之為通風機喘振狀況。為了有效避免通風機在運行環節出現喘振問題，需要利用防喘振檢測系統，從礦井通風機實際運行效果來看，防喘振控制系統所應用最小流量控制方案無法實現對通風機運行效果的充分模擬，有效降低風機喘振反應靈敏度。此外在喘振發生階段未能實現對喘振狀況的有效修正，將會導致風機系統停止運行，繼而對礦井通風系統的正常運行帶來干擾，進一步優化防喘控制系統，才能確保煤礦井下工作的安全性。

2.2 通風機防喘控制線設定

通風機在發生喘振環節后，將會出現喘振周期不確定以及喘振時間持續并不久的情況，而在實際煤礦通風系統管路結構本身較為復雜，其具備喘振點、風機結構、風管壓力以及氣流特性存在極大的關聯性，構建起風機運行過程中喘振數字模型的構建相對艱難。為此需要采取實地實驗驗證的措施對于通風機運行期間的氣壓、氣流量等數據信息進行采集，利用工具對所獲得的數據曲線進行擬合，繼而獲得礦井通風機運行時喘振臨界曲線。

2.3 通風機防喘振控制系統結構

煤礦通風系統構建運行時，通風機各項工作階段位于安全范圍值內，只有在特定情況環境下風機運行狀態曲線才能臨近喘振臨界線，繼而導致風機運行環節進入喘振工作區域，通風機在發生喘振后采取相應的處理措施將會大大降低內部管網壓力。

通風控制系統可采取利用設置風機、管道內轉速、壓力以及流量，同時也可充分利用傳感器設備對風機運行的各項參數進行實時化監測，將所有的數據信息與系統設定值進行深入比較，最大程度確保相應控制參數偏差與偏差變化概率，也可根據偏差具體情況來嚴格控制風機運行狀態，保障各項工作運行能夠避免喘振警戒線。

在這一控制系統當中，對應風機管道的進出口位置氣壓外環的數據調節，確保所應用模糊控制設備，對其開展數據信息對比分析，利用模糊防喘振優化算法對于通風機工作喘振裕度大小進行判定，也可根據喘振裕度大小來確定風機系統回流閥的實際工作狀態，最大程度確保風機運行的平穩性與正常性。

為實現對通風機工作轉速內環控制水平，確保各個系統所采用自適應控制邏輯模糊控制設備，需要對風機的工作狀態進行計算，利用變頻控制器對于風機工作轉速實施妥善性調節，在充分與系統氣壓外環控制相互協調的前提下，有效調整通風機工作狀態，確保通風機運行的穩定性，避免通風機出現喘振現象。

2.4 明細PID 自適應控制原理

模糊PID 自適應控制措施是以風機轉速以及風管壓力的誤差以及誤差變化率作為輸入值，滿足各個時間點系統數據變化對于PID 整定參數的控制要求，確保被控制的對象同時具備靜態與動態控制的特征。

2.5 風機防喘振控制系統優化效果

礦井通風井的實際工作轉速達到時，風機的通風流量則是3，在風機工作過程中全壓為2。

常規性控制通風機在運轉波動相對較大期間，系統的具體響應時間并不長，風機在具體運轉環節期間，其轉速以及風管內部的氣壓波動狀態相對較大，無法進一步提升風機喘振的調整效果，在應用模糊控制管理措施后，所實施的控制環節相對平等，進而全面提升風機喘振的響應速度，在風機調節過程中所應用的超調量相對較小，大大提升喘振調節過程的穩定性。

3 軸流式鼓風機防喘振性能控制

3.1 高爐鼓風機概述

高爐是鐵水生產環節中的核心化設備，高爐鼓風機在周期高效運行的前提下，才能確保高爐生產效率[4]。軸流式鼓風機本身具備運行穩定性特征，工況調節運行的范圍相對廣泛，軸流式鼓風機運行期間也具備無放散損失等特征，鼓風機組的防喘振優化管控措施可全面提升配套機組的運行效率。

3.2 防喘振控制優化思路

可根據高爐冶煉加減風壓的要求，鼓風機需要通過靜葉角度以及防喘振閥開度等調節性措施繼而有效調節風機出口狀態參數，確保其達到一定的供風量以及送風壓力，在多種組合前提之下全面提升設備運行安全，部分危險耗能以及防喘控制思路可達到風機運行安全區域，確保機組在任何環境下均可以低能耗、高壓比的經濟區間高效性運行機制，為高爐的高效率生產提供保障。

表1 機組性能參數

3.3 風機有效使用的區域

在各項工作開展過程中，為了確保風機能夠有效應用，會通過應用防喘振防風線撞線調節、遠離防阻線運行等安全保護措施[5]。風機在最高風壓限定、避免啟機過程以及進入旋轉失速區等各個限定條件，在對風機防喘振控制模型構建管控環節時，需要對上述條件合理性限定。同時也可采用科學合理的補償算法，逐步完善防喘振的調節功能，最大程度確保風機能夠在有效區域內運行，導致風機出現旋轉失速喘振以及逆流等風險。

通常情況下，在一定轉速下，風機效率將會伴隨風量的變化繼而產生相應的變化，在此期間也會有一個運行高效點，相對應的最高效率風量、風壓、軸功率等均可稱之為風機最佳工況，是風機經濟使用范圍，一旦風機經濟使用范圍超過這一區域下，機組則需要精準性判斷，將工況點迅速拉回安全區域內。

3.4 防喘振性能控制

為了讓風機能夠穩定運行在安全區域中，需要對設備的運行區域合理性劃分，嚴格按照旋轉失速區、初級、末級葉片區阻塞區以及防喘振區等，有效避免軸流式鼓風機出現阻塞、旋轉失速、喘振以及逆流等危險性因素，盡可能確保風機能夠在安全區域內高效工作。防喘振調節措施是指在風機接近或是接近于防喘振區域環節時，防喘閥需要依次打開，確保工礦點能夠被迅速拉回安全區域內。在實際各項測試開展過程中，需要選擇以實際發生的喘振點連接線作為實喘線，而實測線在微機控制畫面并未充分顯示時，可選擇將實測線向右下方平移7%，繼而繪制一條完整的喘振線[6]。在工況點接近于喘振線時，喘振閥能夠迅速做出相應的反應，借助防風調節讓工況點迅速達到喘振線下方。

4 結語

總而言之，壓蒸汽透平風機優化后，可確保燃燒爐不會由于風機喘振導致燃燒爐停爐，為其保質、保量的運行奠定堅實的基礎，同時礦井通風機喘振控制系統優化可大大提升煤礦通風系統的安全性。此外，軸流式鼓風機喘振控制系統優化可顯著性提升風機出口壓力，確保機組運行的平穩性，為系統的安全性運行提供保障。