晁龍

摘 要：空分壓縮機(jī)的防喘振控制邏輯運(yùn)用就是控制系統(tǒng)和邏輯點(diǎn)之間相互合作應(yīng)用?？辗謮嚎s機(jī)防喘振體系，是靠Honey11TPS系統(tǒng)DCS本身領(lǐng)先的智能控制方法，還有多重剩余和容錯(cuò)方式來(lái)完成的。單體設(shè)施包括空壓機(jī)、中壓壓縮機(jī)、膨脹透平機(jī)、氮壓機(jī)四種設(shè)施。由增壓壓縮機(jī)與膨脹機(jī)兩部分組成，它是由美國(guó)ACD公司產(chǎn)的新的壓縮設(shè)備，主要用處是將增壓壓縮后的空氣經(jīng)過(guò)膨脹，消減能量使空氣降溫。本文主要講述膨脹透平機(jī)系統(tǒng)的核心控制--防喘振控制。

關(guān)鍵詞：空分;空壓;防喘振控制

1 防喘振控制

1.1 原理

當(dāng)流經(jīng)增壓壓縮機(jī)的流量比最小值還要小時(shí)（出口壓力和進(jìn)口壓力之比），會(huì)導(dǎo)致部分或全部氣體回流的現(xiàn)象，機(jī)器軸承所遭受的應(yīng)力會(huì)增大，溫度加大，這種行為稱為“喘振”，喘振會(huì)對(duì)設(shè)施造成破壞，嚴(yán)重的會(huì)造成巨大事故。對(duì)應(yīng)的壓縮機(jī)機(jī)器有著對(duì)應(yīng)的參數(shù)，防喘振基本理論就是在設(shè)施動(dòng)態(tài)運(yùn)作中通過(guò)控制讓設(shè)備運(yùn)作狀態(tài)避開(kāi)喘振曲線。

1.2 控制的實(shí)現(xiàn)

1.2.1 流量控制

當(dāng)壓縮機(jī)主動(dòng)進(jìn)入防喘振保護(hù)控制，讓他完全開(kāi)啟。為了阻止增壓端的流量突然抵達(dá)喘振流量而破壞設(shè)備，我們畫(huà)了一條和喘振曲線不相交的防喘振控制線，當(dāng)流量抵達(dá)控制線時(shí)，調(diào)節(jié)器自己調(diào)整旁通閥的開(kāi)度，減小設(shè)備喘振的幾率。

1.2.2 數(shù)學(xué)模型的建立

由喘振試驗(yàn)得到壓力與吸入流量關(guān)聯(lián)曲線，取里面兩端點(diǎn)坐標(biāo)（x1，y1），（x2，y2）當(dāng)做固定點(diǎn)，得到相應(yīng)的數(shù)值，由函數(shù)式Y(jié)=aX+b得到a、b值，就可以畫(huà)出喘振曲線。

當(dāng)流量小于控制線對(duì)應(yīng)數(shù)，且未到喘振區(qū)，旁通閥調(diào)節(jié)器會(huì)自主調(diào)整閥門(mén)的大小;當(dāng)流量抵達(dá)工作區(qū)時(shí)，旁通閥調(diào)節(jié)器自主調(diào)整并漸漸關(guān)小。

1.2.3 入口導(dǎo)葉和旁通閥的調(diào)整

經(jīng)由串級(jí)回路完成手/自動(dòng)調(diào)節(jié)，并實(shí)施了閥位定位。膨脹透平系統(tǒng)的防喘振就是經(jīng)由控制入口導(dǎo)葉大小、旁通閥開(kāi)度，從而調(diào)整壓縮機(jī)的進(jìn)口流量同壓比來(lái)完成的。

2 壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振的原因

每個(gè)類型壓縮機(jī)都有它本身的工作特征曲線，就連一臺(tái)壓縮機(jī)?？芍涸谝欢ㄞD(zhuǎn)速下隨流量的改變，出口壓力有一個(gè)最大值Pa，對(duì)應(yīng)的進(jìn)口流量Qa，正常運(yùn)作時(shí)Q>Qa，隨著Q的下降，出口壓力同步上升，當(dāng)Q繼續(xù)下降，使得Q

當(dāng)入口流量很小時(shí)，氣流邊界層的離開(kāi)將擴(kuò)展到全部氣流的通道，以導(dǎo)致葉道中氣流禁止通過(guò)，無(wú)氣體排出。此時(shí)，壓縮機(jī)的排出壓力就會(huì)突然減輕，而與它出口相接的管網(wǎng)體系內(nèi)尚存在較高壓力的氣體，就會(huì)倒回到葉輪中;在那期間，倒回的氣體補(bǔ)充了葉輪內(nèi)氣量的不足;而使得葉輪重新正常工作，升回壓力，再次把流進(jìn)來(lái)的氣體壓出去。于是，出口壓力和出口流量的劇烈動(dòng)蕩，即是一種互相變化的應(yīng)力施加在壓縮機(jī)上，導(dǎo)致機(jī)器和管道振動(dòng)，葉輪與葉片應(yīng)力加大，并同時(shí)有吼叫噪聲，這種現(xiàn)象稱之為壓縮機(jī)的喘振，有資料又叫做為脈動(dòng)或飛動(dòng)。這時(shí)工作點(diǎn)被叫做為喘振點(diǎn)。當(dāng)管網(wǎng)系統(tǒng)壓力高于壓縮機(jī)在此轉(zhuǎn)速下能具備的出口壓力的話，也會(huì)產(chǎn)生喘振。喘振引發(fā)機(jī)身的振動(dòng)，有可能破壞壓縮機(jī)部件，尤其是對(duì)軸承和軸密封破壞更加嚴(yán)重。密封不好會(huì)使輪滑油到了流道，降低冷卻器和冷卻效率?？赡芤疝D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向串動(dòng)，破壞軸瓦或打碎葉輪。在非常嚴(yán)重的情況下，將出現(xiàn)飛車。所以，喘振是一種相當(dāng)危險(xiǎn)的現(xiàn)象，操作與系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)都必須多加小心。壓縮機(jī)決不能在喘振時(shí)候下運(yùn)作。引起入了口流量的減少主要緣由是操作不當(dāng)，入口管道擁堵或工段未補(bǔ)氣等因素。

2.1 防止喘振發(fā)生

壓縮機(jī)在運(yùn)作中，當(dāng)管路系統(tǒng)阻力變大時(shí)，流量會(huì)隨之變少，有可能減小到允許值以下。防喘振系統(tǒng)流量過(guò)低會(huì)自主地將通大氣的放空閥或流回到進(jìn)口的旁通閥打開(kāi)，加大經(jīng)過(guò)空壓機(jī)的流量，阻止進(jìn)入喘振區(qū)。取流量安全下限當(dāng)做調(diào)節(jié)器的規(guī)定值。當(dāng)流量很大時(shí)，放空閥關(guān)閉，當(dāng)測(cè)量值小于規(guī)定值時(shí)，調(diào)節(jié)器放出信號(hào)，將放空閥開(kāi)開(kāi)，使流量變多。壓縮機(jī)工作效率高，在正常情況條件下運(yùn)作平穩(wěn)，對(duì)其所輸出介質(zhì)的壓力、流量、溫度改變的敏感性相對(duì)較大，容易發(fā)生喘振導(dǎo)致嚴(yán)重事故。所以應(yīng)全力阻止壓縮機(jī)到達(dá)喘振工況。根據(jù)離心壓縮機(jī)在不同情況條件下的變化曲線，只要我們將壓縮機(jī)的最低流量控制在工作區(qū)（控制線內(nèi)），壓縮機(jī)即可良好工作。所以需要有一個(gè)阻止壓縮機(jī)發(fā)生喘振的控制系統(tǒng)，阻止壓縮機(jī)的流量不會(huì)減小到這種工況下的最小允許值。即不會(huì)使壓縮機(jī)到達(dá)喘振工況區(qū)域內(nèi)。

2.2 喘振區(qū)域的確定

管網(wǎng)特性曲線，兩條曲線的交點(diǎn)是壓縮機(jī)的工作點(diǎn)，工作點(diǎn)的橫坐標(biāo)是氣體流量，縱坐標(biāo)是實(shí)際排氣壓力。

3 壓縮機(jī)防喘振系統(tǒng)控制方案的確定

3.1 防喘振控制系統(tǒng)

通常把壓縮機(jī)的管道、容器等全套設(shè)施，包括進(jìn)、排氣管線，稱為管網(wǎng)。壓縮機(jī)入口氣體壓力為風(fēng)，通過(guò)壓縮機(jī)增壓至肌，通過(guò)管道排出，壓力降低到肌。壓縮機(jī)的輸氣量GD和管網(wǎng)的流量GR相等，或者說(shuō)壓縮機(jī)的排氣壓力等于管網(wǎng)的入口壓力肌，壓縮機(jī)和管網(wǎng)才能穩(wěn)定運(yùn)行，即GD=GR或PD=PR。管網(wǎng)的特征曲線和壓縮機(jī)的特征曲線的交點(diǎn)正好能滿足這個(gè)要求，這就是壓縮機(jī)和管網(wǎng)的聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn)。

要阻止壓縮機(jī)喘振，只要求時(shí)工作轉(zhuǎn)速下的吸入流量高于喘振點(diǎn)的流量Qp就可以了。所以，當(dāng)所需的流量低于喘振點(diǎn)的流量時(shí)，如生產(chǎn)負(fù)荷降低時(shí)，需要將出口的流量它路返回到進(jìn)口，或?qū)⒉糠殖隹诮橘|(zhì)放空，以擴(kuò)大入口流量。滿足高于喘振點(diǎn)流量的調(diào)整要求最基本的控制方式是最低流量極限控制誤差長(zhǎng)期存在，存在積分滿足問(wèn)題。

3.2 單回路控制系統(tǒng)

縱使在計(jì)算機(jī)控制獲取高速發(fā)展的今天，單回路控制系統(tǒng)仍在非常多的應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一個(gè)年產(chǎn)30萬(wàn)t合成氨的現(xiàn)代化大型設(shè)備中，大約有85%的控制體系是單回路控制系統(tǒng)。所以，掌握單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理應(yīng)用對(duì)于實(shí)現(xiàn)過(guò)程裝置的自主性具有十分重要的意義。單回路控制系統(tǒng)的特征是結(jié)構(gòu)容易，投資小，便于調(diào)節(jié)，運(yùn)輸，單回路控制體系一般由被控流程WO（s）、測(cè)量變送器Wm（s）、調(diào)節(jié)器Wc（s）和調(diào)節(jié)閥Wv（s）等過(guò)程組成。

3.3 被控變量的選擇

在一個(gè)生產(chǎn)流程中，可能有改變波動(dòng)的工藝變量很多，一個(gè)化工廠的操作調(diào)整大體上可以分為三類，即物料平衡控制和能量平衡控制、產(chǎn)品品質(zhì)或成分控制、限制條件或軟限保護(hù)的控制。因而在進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)深入了解工藝過(guò)程，找出對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)、對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)或者人工操作太頻繁、緊張，難以滿足工藝需求的工藝變量，作為被控變量來(lái)調(diào)整自動(dòng)控制系統(tǒng)。這里提出幾個(gè)被控變量選擇的基本原則：①其信號(hào)最好可以直接測(cè)量獲取，并且測(cè)量和變送環(huán)節(jié)的落后也要比較少;②若其信號(hào)不能直接獲得，可選擇則與之有單值函數(shù)關(guān)聯(lián)的間接參數(shù)當(dāng)做被控變量;③必須是獨(dú)立的變量。變量的個(gè)數(shù)一般可以用物理化學(xué)中的規(guī)律來(lái)確定;④必須保證工藝合理性，以及目前儀表的現(xiàn)狀被否滿足要求。

綜上所述，同時(shí)也是關(guān)聯(lián)到控制方案成敗的要點(diǎn)是選對(duì)被控變量。如果被控變量選擇錯(cuò)誤，則不管構(gòu)成什么形式的控制體系，也不管設(shè)備多么精良的自動(dòng)化設(shè)施，都不能達(dá)到預(yù)期的控制效果。

3.4 操作變量的選擇

在生產(chǎn)流程中，工藝變量的設(shè)計(jì)值是由一定的生產(chǎn)負(fù)荷、原料組成、工藝變量恰好在設(shè)計(jì)值上通常都能得到巨大的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。然而由于多重外部的和內(nèi)在的原因，對(duì)工藝過(guò)程的完好運(yùn)轉(zhuǎn)肯定存在著干擾，因而在進(jìn)行自主控制體系設(shè)計(jì)時(shí)一定深入研究工藝過(guò)程，認(rèn)真分析干擾發(fā)生的緣由，建立一個(gè)恰好的控制系統(tǒng)，以保證生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定操作。

4 結(jié)束語(yǔ)

防喘振系統(tǒng)時(shí)時(shí)發(fā)揮著必要作用，既保護(hù)了設(shè)施，又保證了生產(chǎn)運(yùn)作的安全實(shí)施，此項(xiàng)技術(shù)在同類設(shè)施控制中有很好的推廣價(jià)值。

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