P型空压机喘振故障分析及对策

朱雪莲

（攀钢钒能源动力中心设备室，四川 攀枝花 617062）

P型空压机喘振故障分析及对策

朱雪莲

（攀钢钒能源动力中心设备室，四川 攀枝花 617062）

离心式空压机组在运行中容易产生喘振故障,喘振的发生往往由于空压机气体流量的减小等原因从而引起空压机叶片旋转失速。当空压机运行环境进一步恶化,空压机工作状态就由旋转失速进而发展为喘振,P型空压机是离心式空压机的一种，在投产初期常出现的喘振故障，针对喘振故障现象进行了原因分析，找出了预防喘振的控制方法，减少喘振故障的发生，有利于空压机在安全的状态下运行。

P型空压机；调节；喘振控制；堵塞；PID参数；故障

1 引言

离心式空压机的防喘振控制就是当空压机将要发生喘振时,通过调节空压机入口流量或调节空压机出口压力等使空压机的工作点远离喘振区从而使机组在安全条件下工作。而空压机喘振的控制大致都能归入两种:一是压力控制;二是双参数控制［3］。

离心式空压机组在运行中容易产生喘振故障,喘振的发生往往由于空压机气体流量的减小等原因从而引起空压机叶片旋转失速［2-5］。当空压机运行环境进一步恶化,空压机工作状态就由旋转失速进而发展为喘振,同时机组的流道气压及气体的排出量出现强烈的振荡,空压机电流亦忽高忽低变化剧烈,伴随间歇、沉闷的气流噪声并发生“哮喘”或吼叫声，过于频繁的喘振会损坏扩压器、叶轮,严重时致使机组出现烧瓦事故。因此,预防喘振成为离心空压机控制系统的关键环节。

2 问题的提出及分析

能动中心共有（FSELLIOTT）P型离心式空压机4台，荷花池空压站3台，空压一站1台；在P型空压机调试及使用初期，发生喘振次数较多，空压一站P型机启动46次，发生喘振20次，喘振发生率为20/46=43.5%；其次是荷花池空压站P1机组，启动41次，发生喘振12次，喘振发生率为12/41=29.3%，喘振的发生严重影响P型离心机的安全运行。

下面是这4台空压机运行记录及参数设定情况：运行记录见表1；参数设定情况记录见表2。

表1 P型空压机运行记录

表2 P型空压机正常运行参数设定记录

3 P型空压机发生喘振的主要因素

离心空压机喘振的发生主要是由于机组流道内气体流量、压力状态突变而引起。除此之外,如分子量、温度等也是造成空压机喘振的原因［1］。

从能动中心P型空压机调试及运行过程中发现有以下几种故障情况会发生喘振（机械损伤除外）：

（1）空压机进气阻力大。由于外部环境脏，空气中粉尘含量重、硫化物多，造成吸风式过滤器堵塞，进气量减少，而用户用量不变，形成喘振。

（2）空压机流道堵塞。由于冷却器泄漏或带有粉尘和杂质的空气进入空压机，时间长了会使空压机内部叶轮结垢，流道粗糙，并且局部截面变小［4-5］。

（3）电网波动，电压不稳，功率变化快，使电机失速，造成空压机流量降至喘振区。

（4）出口压力参数检测与实际压力不一致，控制阀门错误动作致使机组运行工况发生改变，引起喘振。如离心机组在未并网启动过程中三排压力检测导压管堵塞，造成检测压力小且不变化，而此时出口压力实际已达到或接近机组运行设定压力，但控制系统检测到的压力为假值，系统错误地认为出口压力不高，造成卸载阀仍不断关闭至最小，导致机组三级排气压力不断升高（不能送至管网），产生气流倒灌现象，引起机组喘振。

（5）在空压机开机和运行过程中，卸荷阀、入口阀发生卡塞，不动作或动作缓慢也会形成喘振。

（6）参数设定不合适，如最小电流设定不合理；实际进气温度高于设计值；进气阀/导叶或卸荷阀操作模式处于手动状态均会造成机组喘振。

4 对策及措施

结合空压机喘振发生的因素，制定防止喘振发生的对策及优化现有能动中心P型空压机喘振设定参数，并优化现有空压机控制模式。

（1）针对空压机进气阻力大问题，运行、维护人员做好日常点检工作：①定期（周期为3～6个月）清洗过滤器，换滤芯；②由于吸风式过滤器过滤效果不好，吸入的压缩空气杂质多，缩短吸风过滤器的反吹时间，由原来的10S缩短到7S，从而间接增加过滤器的反吹次数，增强反吹效果，提高吸入空气质量。

（2）针对空压机流道堵塞问题，定期（周期为2500小时）对机组本体进行分体检修、除垢、润滑。

（3）针对电网波动问题，将设备供电，特别是马达电机及自动控制装置供电通过UPS稳压，定期检查电气线路及马达运行情况，做好点检定修工作。

（4）针对仪表检测及控制系统问题造成的喘振，采取定期检查机组入口调节阀、排空阀，对阀位，检查阀门动作情况，对机械部位进行润滑；检查仪表检测装置是否堵塞，校验仪表等。

（5）针对排气阀（卸荷阀）动作慢的问题，除了做好定期维护润滑工作，减少阀门卡涩故障外，还建议将排气阀由电动阀改为气动阀，提高空压机排气阀响应速度，减小喘振发生。

目前P型空压机的排气阀均为电动阀，响应速度慢，气动阀的动作速度比电动阀快，建议改为气动阀，有利于减少喘振的发生。

（6）针对参数设定不合适的问题进行优化。

① 优化喘振灵敏度和喘振自适应控制增量。

喘振灵敏度设定点：是指某一时间内（DT）检测到某一压降（DP）,即DP/DT的比值，从现有P型机设定的保护参数看出：荷花池P1和空压一站P型机喘振灵敏度设置均由原来的0.35 K/C2分别优化为4.0 K/C2、0.5 K/C2，减少了喘振发生次数。

自适应控制增量指：假如发生喘振，此设定点值将决定喘振保护点向右偏移的比例，以避免喘振。压缩机每喘振一次，控制系统就改变性能曲线位置，直到喘振消除或达到最大电机电流。根据实际生产情况调整喘振自适应控制增量，也可减少喘振发生。

② 优化进气阀、排气阀的PID参数。

空压机气压稳定控制，可以减少喘振的发生。因此对入口阀、排气阀的PID参数进行了优化。

PID三个参数优化原则是：比例作用强,可以加快调节,减少误差,但系统稳定性下降;积分作用强,可以消除系统的稳态误差,但会使系统动态性能变差,动态响应变慢;微分作用强,系统稳定性好,超调小,但系统抗干扰本领下降。合理的PID参数设置可稳定出口压力，减小喘振。

5 结束语

通过上述防喘振对策的实施，大大降低了空压机喘振故障的发生，确保了生产的稳定运行，同时保证空压机防喘振的自动控制系统的可靠性及对于空压机设备的维护也极为重要。例如防喘振控制调节阀的响应灵敏度的提高,将防喘振的自动控制系统移到地面上，远离高温及空压机电磁干扰来保证自动控制装置的稳定可靠性；空压机入口过滤网罩上尘埃的及时清理以及空压机冷凝器内部设备定期清理等等也是十分重要的。总之，通过对P型空压机几年的维护，积累了一些防喘振控制的经验，可以为类似机组防喘振控制提供有益的借鉴。

［1］徐忠. 离心压缩机原理. 机械工业出版社, 1990.

［2］钟瑞明. 离心式空气压缩机喘振故障分析与控制预防[J]. 采矿技术, 2010(3):84-86.

［3］汤学忠, 顾福民. 新编制氧工问答[M]. 冶金工业出版社, 2001.

［4］郭洪波. 离心式空压机喘振事故分析[J]. 油气田地面工程, 2004, 23(6):37-37.

［5］李方涛, 李书臣, 苏成利. 离心式压缩机防喘振控制及故障诊断系统研究与应用[J]. 化工自动化及仪表, 2011(5):589-592.

［6］魏龙, 常新忠, 滕文锐. 离心压缩机喘振分析及实例[J]. 通用机械, 2003(7):38-41.

［7］田春波. 离心式压缩机的防喘振控制[J]. 石化技术, 2007(1):44-46.

Analysis of Failure of P Type Air Compressor Surge and Countermeasures

ZHU Xue-lian
（Panzhihua Iron and Steel Energy Power Center Equipment Room, Panzhihua 617000, Sichuan, China）

The surge fault is often appeared during the operation of centrifugal compressor, the cause of surge fault is the reduced gas flow of compressor effects the rotating stall of vane speed. When the operating environment getting worse, the working status of rotating stall comes to surging. P-type air compressor is the one of the centrifugal compressors, the surge fault is often appeared during initial stage of production, the reasons for the surge phenomenon is introduced, the control method for preventing surge is found to reduce the incidence occurred and benefit for the air compressor running in safe condition.

P-type air compressor；adjustment；surge control；blocking；PID parameter；fault

TH45

B

1009-3842（2015）01-0094-03

2014-10-21

朱雪莲（1970-），女，四川攀枝花人，大学本科，高级技师，主要从事仪控设备专业点检工作。E-mail: zxlsnow1128@sina.com