彭上

1.喘振的概述

1.1喘振概念

每一臺壓縮機都有自己的喘振區(qū)。

正常情況下壓縮機出口排出壓縮氣體供至系統(tǒng)管網(wǎng)，但當壓縮機入口流量小于此工況下喘振點的入口流量時（即壓縮機工作在喘振區(qū)域內(nèi)）將會在壓縮機葉片上產(chǎn)生氣體脫離，使出口流量很不穩(wěn)定，機子便會發(fā)生喘振，若喘振不及時扼制的話，還很容易產(chǎn)生逆流現(xiàn)象（一般喘振是逆流的前奏），這時對主風機的破壞將會十分嚴重。

1.2喘振的危害

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

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

（3）對于大型軸流式風機來說，喘振的危害性更大。

1.3壓縮機喘振的預(yù)防

壓縮機防喘振的措施很多，但催化裂化裝置中最簡便的防喘方法是主風機出口放空。變速運行的離心式主風機和大型軸流式主風機采用隨動（自動）防喘振流量控制系統(tǒng)，因為它們的特性曲線較復(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)生時再等人來給定，就已經(jīng)遲了）所以不能人為給定，必須根據(jù)主風機的不同工況（壓縮比、出口壓力、轉(zhuǎn)速）沿防喘振線自動改變防喘振流量調(diào)節(jié)器的給定值，在壓縮機還未達到喘振點以前，提前打開出口放空閥，達到及時防止機組出現(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。變速運行的離心式主風機和恒速運行的可調(diào)靜葉軸流式主風機的防喘振線是一條近似的直線。變速運行的可調(diào)靜葉軸流式主風機的防喘振線是一個面，處理比較復(fù)雜。但在一般轉(zhuǎn)速不大的情況下，仍可簡化為一條直線或折線。

2.軸流式壓縮機的概述

2.1軸流式壓縮機的定義

氣體在壓縮機氣缸中沿軸向流動的壓縮機稱為軸流式壓縮機。

2.2軸流式壓縮機的組成

由機殼、靜葉、轉(zhuǎn)子、軸封和軸承組成。

2.3軸流式壓縮機的喘振現(xiàn)象

當軸流式壓縮機沿著性能特性曲線減少流量時，壓縮機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，這種頻率低、振幅大的氣流脈動一經(jīng)產(chǎn)生，則導致流經(jīng)整個壓縮機的連續(xù)、穩(wěn)定的流量被完全破壞，并伴隨以強烈的機械振動。

3.1#催化B101主風機防喘控制系統(tǒng)

喘振是壓縮機的固有特性，但它的發(fā)生卻具有極強的破壞性，因此，為防喘振的發(fā)生，對壓縮機設(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、有效地工作，關(guān)鍵是準確的確定壓縮機的防喘振控制曲線，我廠1#催化1#主風機采用的是軸流式可調(diào)靜葉壓縮機。下面以此壓縮機為例，介紹一下軸流式壓縮機防喘振曲線的確定及其控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。

B101主風機采用陜西鼓風機廠引進瑞士SULZER公司技術(shù)生產(chǎn)的可調(diào)靜葉軸流式壓縮機（型號：AV56-11），其啟動特性如下：

（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°，通常稱為操作角。該壓縮機為電機拖動的可調(diào)靜葉軸流式壓縮機，轉(zhuǎn)速恒定時，流量調(diào)節(jié)通過靜葉角度無級調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。

4.1#催化主風機防喘振控制方案

4.1測量值

壓縮機入口流量對應(yīng)的喉管差壓FIT3410。

因為壓縮機入口流量對應(yīng)的喉管差壓低于壓縮機喘振點對應(yīng)的入口流量差壓時，壓縮機會發(fā)生喘振，我們控制這個喉管差壓使之恒定在壓縮機的正常工作范圍內(nèi)，這樣就控制了喘振的發(fā)生，當壓縮機空負荷試車時，但出口防空閥全開，其靜葉角度開至最小時，出口流量二分之一所對應(yīng)的喉管差壓值為設(shè)計院經(jīng)驗判斷點，在B101壓縮機首次運行時，測得判斷點喉部差壓為1067Pa，故將進入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)定值是判斷機組喘振的重要值。

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

4.2給定值

壓縮機喘振點的差壓dpt理%+7%的偏置作為給定值。

這個理論值與以下參數(shù)有關(guān)：靜葉角度、入口溫度、壓縮機出口壓力，這三個參數(shù)發(fā)生變化，正常的工作流量也發(fā)生變化。我們可以通過以上三個參數(shù)的關(guān)系式的綜合計算得出這個dpt理%，鑒于在機組運行中不存在人工改變設(shè)定值的可能性，本系統(tǒng)在設(shè)計過程中，對設(shè)定值的系統(tǒng)按照以下原則進行設(shè)計，即經(jīng)調(diào)節(jié)器內(nèi)部有關(guān)模塊計算出機組在靜葉角、出口壓力和入口溫度等條件下，機組喘振點的理論值dPt理%（即喘振流量對應(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7%，以使壓縮機能更安全）就可以作為防喘振調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。

4.3通過以上設(shè)計可以達到機組正常運行時防喘振的目的，但在設(shè)計時，還有兩種特殊情況要考慮，即：

（1）壓縮機開機時，入口流量是由零慢慢上升到正常值的。

（2）壓縮機在倒機退出系統(tǒng)時，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度，由于有兩個防喘閥A（大閥）、B（小閥），所以對應(yīng)有兩個手操器，此時為了防喘控制系統(tǒng)仍起作用，就將兩硬手操的輸出返回到調(diào)節(jié)器與其防喘輸出進行低選后再送至防喘閥，這樣在開機、倒機及運行的情況下，都能實現(xiàn)機組的防喘振作用。

5.方案的實施

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，儀表維護量大，隱患較多，操作不方便，于2013年對主風機進行了改造，直接通過DCS組態(tài)、操作，平面直觀，維護方便。

DCS實現(xiàn)防喘控制的具體方案：

5.1非喘振時

靜葉角度ZT3410、入口溫度TI3410、壓縮機出口壓力PT3410通過DCS內(nèi)部計算出dpt%，將此值與喉部差壓實測值進行比較后輸出“0”（因為此時喉部差壓實測值大于dpt%理論值）之后分為兩路，一路送到輸出自動防喘PID值，與軟手操器FK3410低選后輸出到現(xiàn)場防喘閥A閥的定位器，手操器FK3410B（小閥）與它經(jīng)過低選后送到現(xiàn)場防喘閥B的定位器，另一路經(jīng)過邏輯運算后輸出“1”的信號到復(fù)位鍵。

5.2當喘振時

因為實測的喉部差壓值%≤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”（因為此時dpt%≥喉部差壓實際值）之后分為兩路，一路經(jīng)過運算輸出一個7%+3%×N的計算結(jié)果進行限幅后，送到PV（喉部差壓的實際值%）輸出自動防喘PID輸出值與手操器FK3410A（大閥A）低選后輸出到現(xiàn)場控制閥A的定位器，同時與FK3410B（小閥）后送到現(xiàn)場防喘閥B的定位器，另一路經(jīng)過邏輯運算后輸出一個“0”的信號到復(fù)位鍵。

【參考文獻】

[1]1#聯(lián)合裝置DCS操作手冊.

[2]石油化工自動化.