离心式压缩机的防喘振控制及实现方式研究

2022-09-11

从70年代晶体电管组成电子调速器到90年代压缩机防喘振控制系统发展，离心压缩机均属于其中的关键设备，虽说离心压缩机具备很多的优点，但在其应用中还存在着很多的缺陷，难以保障压缩机的稳定运行[1]。本文主要研究离心式压缩机的防喘振控制及实现方式，详细阐述如下。

1. 离心式压缩机控制系统现状

离心压缩机控制系统主要是保障压缩机的安全、稳定运行，充分应用压缩机工艺区域，在工艺压力与流量范围内，保障工况稳定运行，提升离心压缩机操作的便捷性与自动化水平。通过应用控制系统，可将离心压缩机的工作状态实时展现出来，促使操作人员掌握相应的信息，实时储存运行数据，为后期查询与分析奠定基础。

受到某些原因的影响，若离心式压缩机运行不稳定，控制系统可及时预测各类影响因素，在出现故障与问题的情况下，通知操作人员。系统能够依据不同的情形，采取针对性的解决对策，合理做出动作，促使离心式压缩机迅速恢复到正常的运行轨道。离心式压缩机控制系统设计本身属于关键性问题，本文主要从以下三方面入手，深入分析离心式压缩机控制系统设计现状，主要包括：(1)选择控制系统硬件平台，目前国内是在经典压缩机控制系统基础上，选择模拟调节器，实现运行参数(比如：排气量、排气压力等)调节，以此实现对保护装置安全运行提供保障，更好的满足实际工艺需求。但就实际情况而言，这类调节器难以应变大负荷，就突发工况变化无法精准应对，难以促使机组处于最佳运行状态中[2]。(2)合理选择控制系统软件，国外进口的压缩机组，供货商一般会选择配套的控制系统，这类系统的针对性较强，且控制效果比较理想。也可购买第三方厂家的主要控制软件，将其直接应用在上位机监控系统内，可实现开发周期缩短，但这类方式会增加开发成本。(3)选择控制策略，在离心式压缩机控制系统设计工作中，应当将防喘振数字划分为直接控制，实现最小流量控制，就不同故障情形，采取不同的解决对策。不断引入先进的控制技术，比如：模糊控制、神经网络控制技术，为后期压缩机智能控制奠定良好基础。在智能化技术背景下，传统的控制方式已经难以满足上述控制需求，只有积极引入先进的PDI控制技术，才可实现离心压缩机控制水平的提升。

2. 离心式压缩机的防喘振原因

在对象特性上分析，离心式压缩机的压缩比与流量曲线如下图1所示。其中P2/P1代表的是压缩比，Q代表的是曲线示意图。在不同转速下，曲线均具备一个P2/P1最高点。最高点在无线右侧上开展工作，此阶段压缩机处于稳定运行状态。最高点在曲线左面低流量范围内，由于气体的可压缩性处于一个不稳定状态，若流量降低到喘振线以下，且压缩比下降，会加速流量减小。此阶段输出管线内的气体压力高于压缩机出口压力，则被压缩的气流会迅速返回，以此循环，进而导致喘振现象出现。喘振发生阶段，机体会随着振动，导致相邻管网受到波及，进而使得喘振加剧，严重损坏压缩机。

喘振属于离心式压缩机的显著特征，每台离心压缩机均会出现喘振现象。只有采取相应的措施，健全防喘振控制方案，才可最大程度避免喘振现象的出现。与此同时，喘振与管网特性有密切的关系，管网容量越大，则表示喘振振幅越大，喘振的频率越低，随之相反。

3. 离心式压缩机的防喘振控制技术及实现方式

(1)离心式压缩机的防喘振控制技术

在上述离心式压缩机的防喘振原因及危害性分析基础上，为实现喘振防治、最大程度避免离心式压缩机的防喘振故障的发生，需要深入研究离心式压缩机的防喘振控制技术。目前应用较为广泛的离心式压缩机的防喘振技术主要包括：(1)压缩机本体设计阶段，应当以扩大工作范围，保障压缩机稳定运行为目的;(2)压缩机运行条件需要确保压缩机与管网联合运行，实现离心式压缩机的防喘振控制。

就第一种离心式压缩机的防喘振控制技术，在离心式压缩机设计阶段，应当采取对应的措施，合理选择启动参数、结构参数，比如：无叶扩压器、后弯式叶轮、无叶扩压器导尿管。且在设计阶段，还需要选取导叶可调节机构[3]。第二种方式是目前应用较为普遍的离心式压缩机的防喘振控制技术，主要是通过减少管网流量，增加压缩机本身流量，促使压缩机始终处于大喘振流量下运行。控制压缩机进出口压力，一般需要借助离心式压缩机特性曲线表示，促使压缩机稳定运行，以此实现喘振线流量极限控制。为保障压缩机稳定运行，切实减少管网流量，就可能发生的喘振故障，需要明确其类型，选取最佳的控制方式。比如：可设置一条喘振控制线，一般将喘振控制线右移5.0%-10.0%，在管网流量小于离心式压缩机的防喘振控制线流量时，应当将压缩机的运行点控制在稳定区域内，实现多余流量的回流与放空，促使压缩机稳定运行。

(2)离心式压缩机的防喘振控制技术实现方式

就早期离心式压缩机防喘振控制系统，在智能化、信息化背景下，难以促使防喘振控制系统的稳定发展。只有顺应时代发展需求，引入智能化技术，才可减少压缩机负荷，以此最大程度减少喘振情况的发生。为减少压缩机喘振故障的出现，不管在何种转速下，压缩机的实际流量均需要小于喘振流量，实现最小流量极限控制，将其应用在不同场合。此阶段，离心式压缩机防喘振控制系统主要为固定极限流量与可变极限流量。

(1)定极限流量法

就通过压缩机的流量，应当大于一定限值的流量，确保在各种转速下，压缩机均不会出现喘振现象。在最大转速下，哮喘极限流量值为Qp，若无法满足工艺负荷需求，实现部分回流，可避免回流误进入到喘振区内，如下图2所示。

定极限流量仿真控制本身较为简单，需要的辅助仪器设备较少，在实际应用中，设备具备可靠性高的特点。若压缩机低速运行，虽说压缩机未能进入到喘振区，吸气量会小于固定极限，打开旁路阀、加速气体回流，则会导致能量资源浪费。定极限流量法主要应用在固定转速中。

(2)变极限流量法

可变极限流量法在整个防喘振控制系统内属于核心技术，可实现整个压缩机负荷变化控制。为全面实现可变极限防喘振，需要先确定出压缩机的喘振极限方程，如下图3所示。

4. 结束语

综上所述，在离心式压缩机的防喘振控制系统设计阶段，需要综合考虑压缩机的特性，精心设计控制方案。顺应时代发展需求，强化数字技术的应用，建设智能化、自动化的离心式压缩机的防喘振控制系统，弥补既往离心式压缩机的防喘振控制系统的不足与缺陷，就离心式压缩机运行阶段的影响因素，应当综合考虑、深入分析，实现离心式压缩机防喘振的安全性与可靠性。

摘要：离心式压缩机控制系统应用中，属于工业生产内的关键性设备，能够实现排气压力的加剧，减少输送流量。本文首先分析了离心式压缩机控制系统现状，同时阐述了离心式压缩机的防喘振原因，最后总结了离心式压缩机的防喘振控制技术及实现方式。

关键词：离心式,压缩机,防喘振控制,实现方式