彭上

1.喘振的概述

1.1喘振概念

每一臺(tái)壓縮機(jī)都有自己的喘振區(qū)。

正常情況下壓縮機(jī)出口排出壓縮氣體供至系統(tǒng)管網(wǎng)，但當(dāng)壓縮機(jī)入口流量小于此工況下喘振點(diǎn)的入口流量時(shí)（即壓縮機(jī)工作在喘振區(qū)域內(nèi)）將會(huì)在壓縮機(jī)葉片上產(chǎn)生氣體脫離，使出口流量很不穩(wěn)定，機(jī)子便會(huì)發(fā)生喘振，若喘振不及時(shí)扼制的話，還很容易產(chǎn)生逆流現(xiàn)象（一般喘振是逆流的前奏），這時(shí)對(duì)主風(fēng)機(jī)的破壞將會(huì)十分嚴(yán)重。

1.2喘振的危害

（1）喘振對(duì)主風(fēng)機(jī)的軸封損壞較大，由于密封的損壞，使?jié)櫥透Z入流道， 影響冷卻器的效率。嚴(yán)重的喘振很容易造成轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)，燒壞止推軸瓦，葉輪有可能被打碎。嚴(yán)重時(shí)可使風(fēng)機(jī)遭到破壞，此外，還會(huì)損壞齒輪箱、電動(dòng)機(jī)以及連接壓縮機(jī)的管線和設(shè)備。

（2）喘振給生產(chǎn)操作帶來(lái)很大的混亂，如處理不當(dāng)，會(huì)造成各種嚴(yán)重的惡性事故，如催化劑倒流等。

（3）對(duì)于大型軸流式風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，喘振的危害性更大。

1.3壓縮機(jī)喘振的預(yù)防

壓縮機(jī)防喘振的措施很多，但催化裂化裝置中最簡(jiǎn)便的防喘方法是主風(fēng)機(jī)出口放空。變速運(yùn)行的離心式主風(fēng)機(jī)和大型軸流式主風(fēng)機(jī)采用隨動(dòng)（自動(dòng)）防喘振流量控制系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兊奶匦郧€較復(fù)雜，且工作中存在一定的客觀因素（例如：操作工因出去掛牌或未注意操作等情況下，喘振發(fā)生時(shí)再等人來(lái)給定，就已經(jīng)遲了）所以不能人為給定，必須根據(jù)主風(fēng)機(jī)的不同工況（壓縮比、出口壓力、轉(zhuǎn)速）沿防喘振線自動(dòng)改變防喘振流量調(diào)節(jié)器的給定值，在壓縮機(jī)還未達(dá)到喘振點(diǎn)以前，提前打開(kāi)出口放空閥，達(dá)到及時(shí)防止機(jī)組出現(xiàn)喘振的目的，防喘振線一般設(shè)置在喘振線以下，留有5%～10%防喘振余量。變速運(yùn)行的離心式主風(fēng)機(jī)和恒速運(yùn)行的可調(diào)靜葉軸流式主風(fēng)機(jī)的防喘振線是一條近似的直線。變速運(yùn)行的可調(diào)靜葉軸流式主風(fēng)機(jī)的防喘振線是一個(gè)面，處理比較復(fù)雜。但在一般轉(zhuǎn)速不大的情況下，仍可簡(jiǎn)化為一條直線或折線。

2.軸流式壓縮機(jī)的概述

2.1軸流式壓縮機(jī)的定義

氣體在壓縮機(jī)氣缸中沿軸向流動(dòng)的壓縮機(jī)稱(chēng)為軸流式壓縮機(jī)。

2.2軸流式壓縮機(jī)的組成

由機(jī)殼、靜葉、轉(zhuǎn)子、軸封和軸承組成。

2.3軸流式壓縮機(jī)的喘振現(xiàn)象

當(dāng)軸流式壓縮機(jī)沿著性能特性曲線減少流量時(shí)，壓縮機(jī)和管路中全部氣體流量和壓力將出現(xiàn)周期性地低頻大振幅的上下波動(dòng)，這種頻率低、振幅大的氣流脈動(dòng)一經(jīng)產(chǎn)生，則導(dǎo)致流經(jīng)整個(gè)壓縮機(jī)的連續(xù)、穩(wěn)定的流量被完全破壞，并伴隨以強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)。

3.1#催化B101主風(fēng)機(jī)防喘控制系統(tǒng)

喘振是壓縮機(jī)的固有特性，但它的發(fā)生卻具有極強(qiáng)的破壞性，因此，為防喘振的發(fā)生，對(duì)壓縮機(jī)設(shè)置防喘振控制系統(tǒng)是很有必要的，而若要使防喘振控制系統(tǒng)切實(shí)、有效地工作，關(guān)鍵是準(zhǔn)確的確定壓縮機(jī)的防喘振控制曲線，我廠1#催化1#主風(fēng)機(jī)采用的是軸流式可調(diào)靜葉壓縮機(jī)。下面以此壓縮機(jī)為例，介紹一下軸流式壓縮機(jī)防喘振曲線的確定及其控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

B101主風(fēng)機(jī)采用陜西鼓風(fēng)機(jī)廠引進(jìn)瑞士SULZER公司技術(shù)生產(chǎn)的可調(diào)靜葉軸流式壓縮機(jī)（型號(hào)：AV56-11），其啟動(dòng)特性如下：

（1）靜葉關(guān)閉角α關(guān)=15°，在此角度下靜葉處于全關(guān)位置。

（2）最小安全運(yùn)行α小=22°，是最小可調(diào)靜葉角度。

（3）最大可調(diào)靜葉角度α大=79°。

靜葉角度正常操作范圍為22°-79°，通常稱(chēng)為操作角。該壓縮機(jī)為電機(jī)拖動(dòng)的可調(diào)靜葉軸流式壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，流量調(diào)節(jié)通過(guò)靜葉角度無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.1#催化主風(fēng)機(jī)防喘振控制方案

4.1測(cè)量值

壓縮機(jī)入口流量對(duì)應(yīng)的喉管差壓FIT3410。

因?yàn)閴嚎s機(jī)入口流量對(duì)應(yīng)的喉管差壓低于壓縮機(jī)喘振點(diǎn)對(duì)應(yīng)的入口流量差壓時(shí)，壓縮機(jī)會(huì)發(fā)生喘振，我們控制這個(gè)喉管差壓使之恒定在壓縮機(jī)的正常工作范圍內(nèi)，這樣就控制了喘振的發(fā)生，當(dāng)壓縮機(jī)空負(fù)荷試車(chē)時(shí)，但出口防空閥全開(kāi)，其靜葉角度開(kāi)至最小時(shí)，出口流量二分之一所對(duì)應(yīng)的喉管差壓值為設(shè)計(jì)院經(jīng)驗(yàn)判斷點(diǎn)，在B101壓縮機(jī)首次運(yùn)行時(shí)，測(cè)得判斷點(diǎn)喉部差壓為1067Pa，故將進(jìn)入ESD的喉部差壓下限設(shè)定值設(shè)定為1067Pa（16.0kpa的6.67%）此設(shè)定值是判斷機(jī)組喘振的重要值。

喉部差壓（dpt）若突然下降至設(shè)定點(diǎn)以下是ESD（自保器）判斷機(jī)組發(fā)生喘振的關(guān)鍵依據(jù)，當(dāng)喉部差壓小于下限設(shè)定值，且時(shí)間持續(xù)3秒以上或在20秒內(nèi)發(fā)生兩次持續(xù)時(shí)間1-3秒的低差壓信息，都將判斷為機(jī)組發(fā)生喘振，ESD將自動(dòng)進(jìn)入安全運(yùn)行，機(jī)組喘振如再持續(xù)10秒（再持續(xù)10秒鐘的喉部低差壓信息），ESD將自動(dòng)進(jìn)入緊急停車(chē)。

4.2給定值

壓縮機(jī)喘振點(diǎn)的差壓dpt理%+7%的偏置作為給定值。

這個(gè)理論值與以下參數(shù)有關(guān)：靜葉角度、入口溫度、壓縮機(jī)出口壓力，這三個(gè)參數(shù)發(fā)生變化，正常的工作流量也發(fā)生變化。我們可以通過(guò)以上三個(gè)參數(shù)的關(guān)系式的綜合計(jì)算得出這個(gè)dpt理%，鑒于在機(jī)組運(yùn)行中不存在人工改變?cè)O(shè)定值的可能性，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)設(shè)定值的系統(tǒng)按照以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，即經(jīng)調(diào)節(jié)器內(nèi)部有關(guān)模塊計(jì)算出機(jī)組在靜葉角、出口壓力和入口溫度等條件下，機(jī)組喘振點(diǎn)的理論值dPt理%（即喘振流量對(duì)應(yīng)的喉部差壓）。dPt理%加上7%的偏置值（即將喘振曲線向安全區(qū)平均移動(dòng)7%，以使壓縮機(jī)能更安全）就可以作為防喘振調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。

4.3通過(guò)以上設(shè)計(jì)可以達(dá)到機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)防喘振的目的，但在設(shè)計(jì)時(shí)，還有兩種特殊情況要考慮，即：

（1）壓縮機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)，入口流量是由零慢慢上升到正常值的。

（2）壓縮機(jī)在倒機(jī)退出系統(tǒng)時(shí)，入口流量是由正常值慢慢下降為零。

在這兩種情況下，必須用手操器人為控制防喘閥的開(kāi)度，由于有兩個(gè)防喘閥A（大閥）、B（小閥），所以對(duì)應(yīng)有兩個(gè)手操器，此時(shí)為了防喘控制系統(tǒng)仍起作用，就將兩硬手操的輸出返回到調(diào)節(jié)器與其防喘輸出進(jìn)行低選后再送至防喘閥，這樣在開(kāi)機(jī)、倒機(jī)及運(yùn)行的情況下，都能實(shí)現(xiàn)機(jī)組的防喘振作用。

5.方案的實(shí)施

由于以前二次表的調(diào)節(jié)器是PMK，PMR內(nèi)部模塊連接復(fù)雜，儀表維護(hù)量大，隱患較多，操作不方便，于2013年對(duì)主風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造，直接通過(guò)DCS組態(tài)、操作，平面直觀，維護(hù)方便。

DCS實(shí)現(xiàn)防喘控制的具體方案：

5.1非喘振時(shí)

靜葉角度ZT3410、入口溫度TI3410、壓縮機(jī)出口壓力PT3410通過(guò)DCS內(nèi)部計(jì)算出dpt%，將此值與喉部差壓實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較后輸出“0”（因?yàn)榇藭r(shí)喉部差壓實(shí)測(cè)值大于dpt%理論值）之后分為兩路，一路送到輸出自動(dòng)防喘PID值，與軟手操器FK3410低選后輸出到現(xiàn)場(chǎng)防喘閥A閥的定位器，手操器FK3410B（小閥）與它經(jīng)過(guò)低選后送到現(xiàn)場(chǎng)防喘閥B的定位器，另一路經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后輸出“1”的信號(hào)到復(fù)位鍵。

5.2當(dāng)喘振時(shí)

因?yàn)閷?shí)測(cè)的喉部差壓值%≤dpt%的理論值，視為喘振的發(fā)生，將此值與喉部差壓比較后輸出“1”（因?yàn)榇藭r(shí)dpt%≥喉部差壓實(shí)際值）之后分為兩路，一路經(jīng)過(guò)運(yùn)算輸出一個(gè)7%+3%×N的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行限幅后，送到PV（喉部差壓的實(shí)際值%）輸出自動(dòng)防喘PID輸出值與手操器FK3410A（大閥A）低選后輸出到現(xiàn)場(chǎng)控制閥A的定位器，同時(shí)與FK3410B（小閥）后送到現(xiàn)場(chǎng)防喘閥B的定位器，另一路經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后輸出一個(gè)“0”的信號(hào)到復(fù)位鍵。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]石油化工自動(dòng)化.