IT工程師數位筆記本

　　摘要:離心壓縮機是一種速度式壓縮機,是工業生產中的關鍵設備。文章簡要分析了離心壓縮機喘振產生的原因、危害及喘振的判別,并提出了預防及解決喘振的措施,以供參考。
　　關鍵詞:離心壓縮機;喘振;固定極限流量法;變調器調速
　　中圖分類號:TH452文獻標識碼:A
　　文章編號:1009-2374 (2010)22-0082-03
　　
　　離心壓縮機是一種速度式壓縮機,是工業生產中的關鍵設備,由于其具有排氣壓力高、輸送流量小、效率高、結構簡單、體積小、氣體不受油污染以及正常工況下運轉平穩、壓縮氣流無脈動等優點,目前已廣泛應用于石油、化工、冶金、動力、制冷等行業。但是,離心式壓縮機也存在一些缺陷,例如離心壓縮機對氣體的壓力、流量、溫度變化較敏感,易發生喘振。喘振是離心式壓縮機的一種特有現象,具有較大的危害性,是壓縮機損壞的主要誘因之一,因為一旦喘振發生,壓縮機將處于不安全的工作狀態,因此,離心式壓縮機的防喘振是非常重要的。
　　1喘振的判別及危害
　　1.1喘振的判別
　　由于喘振的危害較大,操作人員應能及時判別,壓縮機的喘振一般可從“兩觀一聽”來判別:(1)觀測壓縮機出口壓力和進口流量的變化:壓縮機喘振時會出現周期性的、大幅度的脈動,從而引起測量儀表指針大幅度地擺動;(2)觀測壓縮機的機體和軸承的振動情況:喘振時,機體、軸承的振動振幅顯著增大,機組發生強烈的振動;(3)聽測壓縮機出口管路氣流的噪聲:當壓縮機接近喘振工況時,排氣管道中會發生周期性的,時高時低“呼哧呼哧”的噪聲。當進入喘振工況時,噪聲立即大增甚至出現爆音。
　　1.2喘振的危害
　　喘振現象是離心式壓縮機工作在小流量時的不穩定流動狀態,喘振現象對壓縮機十分有害,它的出現輕則使壓縮機停機,中斷生產過程造成經濟損失,重則造成壓縮機葉片損壞,能引起壓縮機設備報廢甚至造成人員傷害。主要表現在以下幾個方面:(1)喘振時由于氣流強烈的脈動和周期性振蕩,會使供氣參數(壓力、流量等)大幅度地波動,破壞工藝系統的穩定性;(2)會使葉片強烈振動,葉輪應力大大增加,噪聲加劇;(3)加劇軸承、軸頸的磨損,破壞潤滑油膜的穩定性,使軸承合金產生疲勞裂紋,甚至燒毀;(4)轉子及定子元件經受交變的動應力,級間壓力失調引起強烈的振動,甚至發生轉子與定子元件相碰,并可能損壞軸承、密封,進而造成嚴重壓送的氣體外泄、引起爆炸等惡性事故;(5)一般機組的排氣量、壓力比、排氣壓力和氣體的密度越大,發生的喘振越嚴重;(6)影響與壓縮機相連的其他設備的正常運轉,干擾操作人員的正常工作,使一些測量儀表儀器隹確性降低,甚至失靈。因此,防喘振是離心式壓縮機控制的一個重要部分。
　　2喘振產生的原因分析
　　離心式壓縮機是通過原動機帶動葉輪高速旋轉,以提高氣體的動能,再將動能轉換成氣體的壓頭。離心式壓縮機在運行過程中,當負荷下降到一定數值時,氣體的排出會出現強烈的震蕩,機身也會隨之出現劇烈振動,并發出“哮喘”或吼叫聲,這種現象稱之為喘振。造成離心式壓縮機喘振的因素,主要歸納為以下幾點:
　　(1)壓縮機轉速:隨著轉速升高,壓縮機壓縮比或出口壓力增大,氣體密度也隨之增加,后面集中容積流量迅速下降,加之氣體馬赫數升高,流動損失增大,致使壓縮機性能曲線向高壓力、大流量方向移動,喘振流量不斷增大。
　　(2)壓縮比:壓縮比越大,入口流量越低,即壓縮機出口(壓力)流量增加或者入口(壓力)流量減少時,容易發生喘振;
　　(3)級數:多級壓縮機串聯工作后,由于氣體密度的變化,使喘振流量增大,滯止流量減小,壓縮機性能曲線變陡。故壓縮機級數越多,壓縮過程中氣體密度及容積流量變化越大,壓縮機的性能曲線也變得越陡,壓縮機的穩定工作區間越小。
　　(4)段間冷卻器:氣體在經過多段串聯壓縮過程后,壓力和溫度不斷增高,而經中間冷卻,氣體溫度降低,其密度的變化將比無中間冷卻時更大,后面各段進口容積流量會變得更小。
　　在實際生產過程中,離心式壓縮機常因某些原因造成負荷下降,當入口流量小到一定程度時就會造成壓縮機的喘振,這是引起喘振的最常見因素。除此之外,被壓縮氣體的吸入狀態,如:分子量、溫度、壓力等的變化,也是造成壓縮機發生喘振的因素。
　　3預防及解決壓縮機喘振的措施
　　正常生產中造成壓縮機喘振主要是負荷突降所致,而負荷的升降是由工藝所決定的。為了使壓縮機不出現喘振,需要確保在任意轉速下,壓縮機的實際流量都不小于喘振極限所對應的流量。根據這一思路,故設計了很多種抗喘振控制方法,如傳統防喘振的控制方法:固定極限流量(或稱最小流量)法和變頻控制法和可變極限流量法。
　　3.1固定極限流量法
　　為達到控制流量或壓力的目的,傳統的壓縮機類設備可以采用閥門節流、旁通回流、放空等控制手段,這些調節方式雖然簡單易行,但它的代價卻是增加管網損耗,浪費能源,不能充分使壓縮機工作在其工況區,往往過早起動防喘振系統,浪費了能源,降低了經濟效益。且控制系統一般采用模擬儀表構成,在壓縮機的喘振線發生變化時不能及時修正,對非線性的喘振線不能較好的實施控制。固定極限流量法防喘振控制是采用部分循法使壓縮機流量始終保持大于某一定值流量,而避免進人喘振區運行(如圖1所示)。
　　注:FT為差壓變送器,檢測壓縮機人口流量;FC為調節器,正作用具有比例積分調節特性,其設定值要大于喘振流量值;FV為旁路調節閥,是正作用氣關閥,這是一個單向控制回路當系統負荷降低時,變送器FT檢測到的流量減少,調節器FC輸出減少,則作用在調節閥上的壓力信號減少,閥逐漸打開,這樣促使離心式壓縮機入口流量增加來彌補負荷降低而減少的流量,由此來保證入口流量不低于造成喘振的最低流量,從而達到防喘振的目的。
　　3.2變頻器調速防喘振
　　隨著變頻器的普及,也可以用變頻器調速來實現壓縮機防喘振。用變頻器調速防喘振大大地減少了壓縮機的能耗,避免了不必要的能量損失。壓縮機在開始運行時,負荷最大,儀表檢測設備把測量參數傳至PLC,PLC經過運算控制變頻器,使變頻器的輸出頻率上升,壓縮機高負荷運行。隨著壓縮機的運行,PLC掃描到壓縮機前后差壓降低、壓縮機流量減少,PLC便發出控制信號,控制變頻器降低電源頻率,從而降低壓縮機的轉速。讓壓縮機在低負荷下運行,避免壓縮機的喘振,能大大節省壓縮機運行的電能。用變頻器控制的壓縮機不但能防止喘振的發生,還能節電20%～30%左右。但是壓縮機的轉速不能無限的下降,當下降到一定程度時,壓縮機的性能開始下降,功耗開始上升。所以變頻器控制壓縮機在防喘振上還需配備回流閥和用可變極限流量法來配合調節而達到最佳。
　　3.3可變極限流量法
　　在壓縮機負荷有可能經常波動的場合,可以采用調節轉速的辦法來保證壓縮機的負荷,以減少壓縮機的能量消耗,滿足工藝上的要求。因為在不同的轉速下,其喘振極限流量是一個變數,它隨轉速的下降而變小,所以最合理的防喘振控制方法是在整個壓縮機負荷變化范圍內,使其工作點沿著喘振安全線變化來防止壓縮機的喘振。壓縮機提供給氣體的能量或壓縮功為
　　hpol=RT1
　　(注:hpol——多變壓縮功;m——多變指數;T1——進氣溫度;P1、P2——分別為進、排氣壓力R——氣體常數,與分子量有關)根據這一思路設計的防喘振控制系統,稱為可變極限流量法。
　　變極限流量法是采用隨動防喘振流量控制系統在壓縮機的不同工況下,沿喘振曲線(實際上是沿防喘振操作曲線SLL)自動改變防喘振流量調節器的給定值,使防喘振調節器沿喘振曲線右側安全控制線(防喘振操作線SCL)工作,這樣既安全又節能。采用可變極限流量法防喘振旁通閥打開點的設定很重要。設定過高時,壓縮機在低負荷下消耗更大的能量。設定過低時,壓縮機將被允許穿過喘振線而發生喘振。壓縮機轉速變動時,喘振點的變化軌跡(喘振界限線SLL)大致是一條二次拋物線,為防止喘振發生,考慮安全裕度,可以按喘振界限線得到與其平行的一條控制線(SCL),以控制防喘振閥的啟閉。從而,在不同的轉速下,使壓縮機運行的安全裕度相同,不造成浪費。
　　防喘振控制線方程可表示為:
　　 =a+b
　　(注:a、b——與壓縮機性能相關的常數;k——氣體絕熱指數;g——重力加速度;P1——進氣壓力;P2——出氣壓力;T1——進氣溫度為定值。)
　　可變極限流量法控制原理如圖2所示,控制器(Antisurge Controller)將流量(FT)儀表測出的入口流量與壓力(PT)儀表測出的壓力參數進行比較。
　　當Qv2≤×時,則控制防喘振閥適當打開,使部分氣體返回壓縮機入口,從而保證壓縮機在防喘振控制線的右側范圍內安全運行。
　　目前,對于壓縮機的控制一般都采用獨立的控制系統,控制器絕大部分都采用PLC控制。PLC的功能非常強大,能以600ms的刷新速度高速掃描壓縮機控制系統儀表測量參數,在控制程序中寫入防喘振程序,PLC便能精確可靠的控制壓縮機在安全模式下運行。
　　4結語
　　壓縮機的控制在化工企業中是相當重要的,而抗喘振控制系統是離心式壓縮機的一個重要控制系統,它的可靠性將直接關系到壓縮機的安全穩定運行。充分認識和理解其控制方案對于改進和優化壓縮機的控制是有益的,隨著科技的進步和發展,相信更加合理和先進的控制方案將會隨時出現。
　　
　　參考文獻
　　[1] 何龍,張瑞妍.離心式壓縮機防喘振研究[J].壓縮機技術,2009,(5).
　　[2] 李永生.離心式壓縮機的抗喘振控制[J].大氮肥,2009,(3).
　　[3] 薦保志.離心式壓縮機喘振分析及解決措施[J].中小企業管理與科技,2009,(10).以上是用戶分享關于離心壓縮機喘振的預防及解決措施的資料希望對您有所幫助了，感謝您對就愛閱讀的支持！
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