离心压缩机防喘振控制系统探讨

2016-03-10张延升

中国设备工程 2016年17期

关键词：管网通讯压缩机

张延升

（沈阳鼓风机集团自动控制系统工程有限公司，辽宁沈阳 110000）

离心压缩机防喘振控制系统探讨

张延升

（沈阳鼓风机集团自动控制系统工程有限公司，辽宁沈阳 110000）

离心压缩机是一种重要的机械设备，被广泛应用在制药、冶金、空分、化工、石油等领域。离心压缩机在实际应用中，经常会发生喘振现象，造成流量、供气压力等参数产生波动，使离心压缩机被破坏，叶轮和叶片之间的噪声增加。为了有效控制离心压缩机喘振现象，应加大对防喘振控制系统的分析和研究，优化离心压缩机防喘振控制系统设计。本文简要分析了离心压缩机喘振情况，对离心压缩机防喘振控制系统进行研究。

离心压缩机；防喘振；控制系统

离心压缩机具有输送流量小、排气压力高的优点，但是其易发生喘振，稳定工作区域较窄。喘振严重危害离心压缩机的安全、正常运行，为了提高离心压缩机的安全性和耐久性，应配备相关防喘振控制系统，避免发生喘振现象。

近年来，相关控制技术快速发展，防喘振控制水平和方法不断提高，但还是面临着防喘振控制和经济性问题，因此应仔细研究离心压缩机防喘振控制系统。

1 离心压缩机喘振分析

1.1 喘振原理

离心压缩机在运行时，其流量往往会发生变化，当离心压缩机流量下降到最低流量点时，离心压缩机管道中会产生气体介质涡动，严重影响正常的流动，造成离心压缩机出口压力大幅度下降。由于管网系统和离心压缩机是联合运行的，当发生这种情况时，如果不能及时调整管网系统压力，不能快速降低气压，会造成压缩机出口压力远远小于管网原气体压力，造成管网气流方向改变，当压缩机出口压力和管网压力相同时，这时倒流停止，向着管网压缩机持续供气，一旦发生上述情况，离心压缩机运行过程中，管网气流压力达到原本正常压力时，离心压缩机流量快速下降，形成倒流，这种气体振荡情况具有周期性被称为喘振。

1.2 喘振危害

当离心压缩机发生喘振情况时，其流量、供气压力等参数发生较大波动，很容易造成压缩机损害，并且叶轮、叶片的噪声增加，离心压缩机各种动静部件之间产生较大磨损，轴颈和轴承容易发生损坏，甚至破坏润滑油膜，离心压缩机运行效率不断降低，易引发火灾事故，导致离心压缩机相关联的元器件设备发生损坏，而离心压缩机喘振越严重，其危害性越强。

2 离心压缩机防喘振控制系统研究

2.1 喘振点判断

当出现以下任意一点时，可判断离心压缩机发生喘振现象：其一，观察离心压缩机振动检测界面，振幅信号发生轻微突变；其二，监测离心压缩机出口压力过程中，发现出口压力值下降；其三，离心压缩机入口压力产生大幅度波动；其四，离心压缩机出口和入口发出低频的异常脉动声音。这时应及时打开防喘振阀。

2.2 喘振解决处理

为了防止离心压缩机发生喘振，应使离心压缩机远离喘振区，基于稳定的进口条件，合理控制防喘振阀和出口阀，逐渐升高离心压缩机出口压力。一旦离心压缩机发生喘振现象，及时打开防喘振阀和出口阀，停止压力调节。

结合不同工况点的离心压缩机喘振情况，将喘振阀及时打开，若离心压缩机出口发生堵塞，将出口放火炬阀打开，仔细分析离心压缩机喘振原因，如果其流量、气体压力等参数发生变化，将出口放火炬打开，彻底控制喘振情况以后，然后调整气体参数，优化离心压缩机运行。

2.3 喘振主动控制技术

通过喘振主动控制技术，对喘振引起的气流不稳定情况实现直接抑制，优化离心压缩机运行性能，防止发生喘振现象。

离心压缩机喘振主动控制主要采用PID模式，使用可变导叶、注气、节流阀、放气阀、返回阀等执行机构，选择驱动式压缩机作为喘振控制器，如图1所示，离心压缩机防喘振主动控制系统，压缩机出口紧接CCV控制阀，该防喘振控制系统采用数字直接防喘振控制系统，充分考虑各种影响因素，在该系统中通过解耦技术，有效协调了多个防喘振回路或者防喘振性能控制和运行控制之间的关系。

图1 离心压缩机主动控制

2.4 系统结构设计

离心压缩机防喘振控制系统包括工程师站、操作站、以太网通讯链路、3500测振系统、TS3000控制器等几部分。

2.4.1 系统结构

工程师站、操作站作为上位机，PLC控制器作为下位机，下位机和上位机之间通过以太网线进行连接，基于DDE和TCP/IP通讯协议，实现双网冗余。

通过光纤连接下位机的远程和就地机架。离心压缩机防喘振控制系统中的工程师站利用冗余通讯方式，和控制器通讯接口进行连接，用于控制器的维护、软件装载、测试、修改、除错和组态。工程师站具有顺序事件记录、打印组态图形和数据的功能，对顺序事件记录软件进行配置，操作站和工程师站应配置相同规格的PC机，配置光盘驱动器、软盘驱动器，预留人机接口，操作站和控制器之间由冗余光线进行连接。

2.4.2 通讯网络

离心压缩机防喘振控制系统除了通过以太网进行通讯以外，还可通过MODBUS实现信息通讯。DCS、3500测振系统通过TCM通讯卡串口和TS3000系统进行通讯。在防喘振控制系统中，这些端口可基于RTUMODBUS或ASCII传输协议支持RS-485或RS-232通讯。该系统考虑到离心压缩机防喘振控制传输距离，选择RS-485通讯模式，MODBUS属于主从协议，其规定了防喘振控制系统中主从设备通讯的断开和建立、错误检测、信息交换等。

3500系统和控制器之间的通讯，3599系统作为从站，控制器作为主站，基于简单的通讯连接，控制器接收3500系统传输的离心压缩机位移、振动等参数。和DCS系统进行信息通讯时，TS3000系统作为从站，DCS系统作为主站，基于RTU协议，控制器将离心压缩机运行参数传送到DCS系统中。

2.5 系统功能

2.5.1 性能参数调节

离心压缩机的水路和油路运行参数、进出口压力和温度以及排气量的自动调节。

2.5.2 数据采集和处理

采集离心压缩机的温度、压力和转速传送到相关处理软件中，离心压缩机运行过程中，防喘振控制系统循环、连续地监测离心压缩机的轴向位移和水路、油、气系统的关键运行参数、主要性能参数。

2.5.3 故障报警和分析

当离心压缩机出现排气压力过高、排气温度过高、冷却水量较少、油压降低、油位偏低、电动机过载、短路、欠压等情况时，控制系统发出声光报警，并且利用打印机打印或者屏幕显示故障记忆。

2.5.4 测控

离心压缩机防喘振控制系统根据具体操作程序和标准工艺流程，对离心压缩机进行程序控制或者顺序控制，与离心压缩机性能模拟参数进行比较，实现离心压缩机程序的自动卸载、停车或者启动，提高离心压缩机工况参数，使其保持最佳运行状态。

2.5.5 性能参数显示

离心压缩机防喘振控制系统可显示离心压缩机防喘振控制的流程图、变化趋势、控制参数、温度和压力变化趋势、温度参数、压力参数等。