李永+任彥

摘 要：文章主要介紹制氧機(jī)組的空壓機(jī)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(jī)的防喘振控制的實(shí)現(xiàn)，以及喘振控制線的確定。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī)；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(shí)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(jī)組，滿足了包鋼1650萬噸鋼鐵規(guī)劃的對(duì)氧氣、氮?dú)狻鍤獾男枨?。制氧機(jī)組的大型化就要求空壓機(jī)能夠穩(wěn)定長(zhǎng)期運(yùn)行，因此空壓機(jī)的防喘振控制就成為了重點(diǎn)的研究對(duì)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(jī)的氣體流量減少則進(jìn)入擴(kuò)壓器流道的氣流方向就會(huì)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(kuò)大到整個(gè)流道，從而使葉道中形成氣流漩渦，再?gòu)娜~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(shí)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(bǔ)充了級(jí)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(jí)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(shí)機(jī)身也會(huì)劇烈振動(dòng)，并發(fā)出“哮喘”或吼叫聲，這種現(xiàn)象叫做壓縮機(jī)的“喘振”。

1.2 喘振的危害

喘振的危害性極大，當(dāng)壓縮機(jī)發(fā)生喘振后，系統(tǒng)呈周期性振蕩，壓縮機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)，對(duì)迷宮式密封、軸承和葉輪等附屬設(shè)施造成極大的損傷，嚴(yán)重時(shí)壓縮機(jī)會(huì)受到損壞，與機(jī)組出口相連的管道也發(fā)生周期振動(dòng)，管道上的壓力表、溫度表及進(jìn)口處流量計(jì)發(fā)生大幅度的擺動(dòng)，與此同時(shí)，壓縮機(jī)在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)從空載到過載，這對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都是非常不利的。

2 YOKOGAWA VP系統(tǒng)的空壓機(jī)防喘振控制的實(shí)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(píng)的先進(jìn)、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(jī)防喘振控制的實(shí)現(xiàn)

空壓機(jī)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(shí)設(shè)置上限超壓控制，防止出口壓力超過管道的設(shè)計(jì)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(duì)輸出進(jìn)行限速的功能塊，主要對(duì)關(guān)閥速度進(jìn)行限制，目的是防止放空閥關(guān)閉過快引起機(jī)器喘振。H-SEL-2高選器，用于選擇ORHC1001A塊與VEL1001A塊的較大值進(jìn)行輸出。FIC1002A是防喘振控制回路，串級(jí)方式工作，其測(cè)量值來自入口差壓PDI1002A的測(cè)量值；設(shè)定值為當(dāng)前測(cè)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(dòng)；自動(dòng)方式工作，比例積分調(diào)節(jié)，測(cè)量值小于設(shè)定值時(shí)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(dòng)變化，在放空閥大于6度時(shí)等于PIC1020AA的設(shè)定值+0.012，放空閥小于3度時(shí)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(dòng)方式工作，比例積分調(diào)節(jié)，測(cè)量值大于設(shè)定值時(shí)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(shí)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(dòng)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(shí)性。

ORHC1001A是在放空線與控制線之間的一個(gè)按固定比例打開放空閥的功能塊，當(dāng)測(cè)量值越過控制線向放空線移動(dòng)時(shí)，該塊會(huì)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(cè)量點(diǎn)向放空線移動(dòng)，則當(dāng)測(cè)量點(diǎn)碰到放空線時(shí)，放空閥失電全開，導(dǎo)葉回到15度，空壓機(jī)卸載放空。

3 結(jié)束語

該空壓機(jī)的防喘振控制具有通用型，在運(yùn)行三年多的時(shí)間里，空壓機(jī)基本運(yùn)轉(zhuǎn)正常。采用橫河的YOKOGAWA VP系統(tǒng)完美的實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)控制和保護(hù)功能，為操作人員提供良好的人機(jī)交互畫面，滿足了生產(chǎn)需求。

參考文獻(xiàn)

[1]于艷君.20000m3/h空分設(shè)備DCS控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].深冷技術(shù)，2005，04：28-31.

[2]White， M. h. 1972， surge control for centrifugal compressors Chemical Engineering[R].54-62.