防喘振控制在压缩机改造中的应用

南学杰

摘 要：随着工业科技的蓬勃发展，排气量大、运转周期长的离心式压缩机逐渐赢得市场信赖。但不可忽略的是，频发的喘振现象已经成为离心式压缩机在工业应用中的首要桎梏。文章将从阐述离心式压缩机防喘振控制系统的研究目的入手，结合离心式压缩机工作原理、喘振现象成因以及防喘振控制系统要素等研究基础，提出防喘振控制系统设计方案，旨在为离心式压缩机改良提供有益参考。

关键词：防喘振；压缩机；系统设计；应用改造

引言

离心式压缩机是现代工业生产的重要基础性设备，广泛应用于冶炼、制冷、石油、化工等行业管线，具有重要的经济效益价值。喘振是压缩机流量和压力迅速减少所导致的非正常状态振动，喘振不仅会降低离心式压缩机的工作效率，而且严重时可能造成风机叶片疲劳损耗。因此，在压缩机改造过程中探究应用防喘振控制系统，具有重要的理论和实践价值。

1 离心式压缩机防喘振控制系统的研究目的

1.1 喘振危害分析

一旦压缩机发生喘振后，就导致压缩机难以正常工作。其出口压力减小，整体压力将低于出口管道系统压力，进而使得气体从管道系统向压缩机倒流，直到管道系统中压力低于压缩机出口压力，此时倒流停止，压缩机恢复工作，但是当出口管道系统的压力恢復到原值时，通过压缩机的气体流量再一次减小，这时又发生喘振，如此反复，使系统呈周期性振荡，在整个过程中，压缩机组强烈振动，伴有异常噪声，严重时压缩机会受到损坏。

1.2 防喘振控制系统研究价值

防喘振控制系统利用多样化技术手段，形成系统化的喘振预防和治理方案，可有效防止喘振现象发生；防喘振控制系统作为离心式压缩机控制体系的重要组成部分，便于技术人员及时了解设备状态，稳定控制压缩机器。

2 离心式压缩机防喘振控制系统的研究基础

2.1 离心压缩机工作原理

离心式压缩机属于透平压缩机的一种。作为典型的叶片式旋转机械，其基本工作原理是通过气体与叶片的共同作用，赋予气体更强的压力和动能，继而利用流通元件促使气流减速，从而实现气流在压缩机内的径向流动。从实践来看，离心式压缩机常与其他设备、管道等形成一体化的系统联合使用，因而具有鲜明的管网特征。由于管网线路内部的压力和流量经常变化，离心式压缩机就需要不断改变自身的排气压力和流量，因而面临着压力和流量速降引发的喘振风险。

2.2 出现喘振现象的原因

离心式压缩机出现喘振的原因多种多样，而且常常是由复合因素引发的。总的来讲，喘振成因主要有五个方面。一是因压缩机内部气体流动发生失速而导致喘振；二是由于压缩机与管网联合运作不协调而发生喘振，如压缩机流量小于喘振流量；三是当离心式压缩机转速过大时，喘振流量也随之增大，喘振线即向大流量区移动；四是压缩机的进气温度、压力等要素不稳定；五是管网的容量过大引发喘振点流量增大，使压缩机难以平稳运行。

2.3 防喘振控制系统要素

鉴于离心式压缩机的管网特征，其防喘振控制系统设计应当从压缩机与管网的联动运行上采取措施，普遍来看行之有效的方法是采用防喘装置，其系统要素主要有管网流量、进出口压力以及喘振控制线三方面。第一，应在管网流量大幅减少时增加离心式压缩机自身流量，使机器保持在大于喘振流量的状态下运行；第二，智能控制离心式压缩机的进出口压力；第三，根据离心式压缩机的特征曲线来看，喘振线即是其稳定运行范围的最小流量极限。

3 离心式压缩机防喘振控制系统的设计方案

3.1 总体设计思想

承前所述，离心式压缩机发生喘振的主要原因是负荷突然减少。因此，要确保其在运行过程中不出现喘振，必须要使通过压缩机的实际流量在任何转速、任何压力下都能够小于喘振流量。正因如此，文章所述离心式压缩机防喘振控制系统的总体设计思想，即是在确保减少离心式压缩机能量消耗的基础上，在压缩机的负荷具有经常波动可能性之处，采取可变极限流量的防喘振控制方案。

3.2 具体设计分区

3.2.1 喘振区域确定

确定喘振区域是设计防喘振控制系统的首要前提，为喘振故障检测、防喘振方案制定奠定了理论根基。喘振区域确定需要结合离心式压缩机的管网特性，利用曲线图进行表述。管网特性与压缩机性能曲线分别表示管道进口压力、压缩机出口压力随气体流量变化的状况，二者交点即为压缩机工作点。由于工作点横坐标Q表示气体流量，纵坐标P代表实际排气压力，因而最高点K右方的下降区域是稳定工作区，K左下降区域即是喘振区域。

3.2.2 操作变量选择

根据离心式压缩机运行理论，将其操作变量稳定在设计值上才能够使经济效益最大化。但在实践改造过程中，变量的稳定性难以保证。因而，在防喘振控制系统的构建过程中，操作变量选择尤为重要。一是应当允许其在一定范围内改变，二是适当减小调节通道的时间常数，适量扩大干扰通道的时间常数，三是须通过对所选变量的准确把握，保障其对装置中的其他控制系统不会产生较大干扰。

3.3 系统设计框图

4 总结

总而言之，防喘振控制系统在压缩机改造中的应用，须以离心式压缩机工作原理和喘振成因为出发点，以智能化的总体设计理念为依托，在完善技术故障诊断、精确定位喘振区域、明晰系统仪表选型的基础上，构建高效自动化的先进控制系统，致力于提升压缩机工作成效。

参考文献

[1]袁国利，郎兵.三冗余PLC在压缩机防喘振控制中的应用研究[J].自动化仪表，2011（1）.

[2]赵丰.离心压缩机防喘振控制系统研究[D].大连理工大学，2006.