ZH系列离心空压机的防喘保护

侯长波，李 杨，陈向英

引言

北京首钢股份有限公司目前有19台离心空压机，都是阿特拉斯·科普柯公司生产的ZH系列三级压缩机，该型机组具有排气量大、效率高、运行稳定的特点，阿特拉斯特有的防喘保护是保障机组安全运行的关键。

1 空压机工作流程

如图1所示，过滤后的空气经过IGV（入口调节阀），在一级压缩后经过一级冷却，进入二级压缩，在二级冷却之后进入三级压缩，最后通过后冷却器送出，必要时通过BOV（出口放散阀）进行压力调节或防喘保护。

2 防喘判定及保护的方式

2.1 离心式空压机的喘振

离心空压机是靠叶轮的高速旋转带动气体产生离心力并使气体获得动能，高速流动的气体经过扩压器减速增压，动能转化为势能，实现气体压缩。而当压缩机吸入气量减小无法正常地输出压力或无法克服系统背压时，气流在叶片背部产生旋转脱离，阻塞流道，出口压力下降，此时高压气流从出口倒流，使扩压器内压力达到平衡，气流又恢复正常输送，如此频繁反复的出现这种情况，使机组运行在非常不稳定的状态，发出类似人喘的“呼哧”声，同时机组振动增大，就是发生了喘振。

图1 ZH离心空压机工作流程示意图

喘振对离心空压机的危害非常大，可以损坏轴承、叶轮甚至转子，造成巨大经济损失，在日常运行中要避免机组发生喘振。由于喘振是离心空压机本身的固有属性，所以需要掌握机组的性能曲线，使机组运行在安全工况区域并预留安全余量，才能使离心空压机安全稳定运行。

2.2 阿特拉斯ZH系列空压机的喘振判定及保护方式

2.2.1 防喘线设定和工况点判定保护

（1）防喘线设定

该型机组取其第二级2个传感器反馈的参数：Pdt19和Pdt20，其中Pdt19是用弯管流量计原理表示二级流量的参数，Pdt20表示二级压差，形成了如图2坐标系。设定防喘线时，关严全部气路手动阀门，先把入口调节阀设定开度15%，然后缓慢关闭放空阀，在机组即将发生喘振时控制电脑记录当时的Pdt19和Pdt20数值，确定为P1点，同理做IGV在80%开度的P2点，由此两点形成了一条直线就是机组的喘振线，喘振线与X轴夹角的斜率是GAIN值，喘振线与Y轴交点的值是BIAS值。机组控制电脑将会把BIAS值下调一个安全余量A，生成一条喘振控制线，喘振控制线与Y轴交点是BIAS′，BIAS′=BIAS-A，其中 A=15×GAIN。

GAIN值和BIAS′值都可以手动微调，一般向增强机组保护的方向调整，比如减小BIAS′的值；反向调整需谨慎，否则可能导致机组无法正常工作。

在机组运行时，机组控制电脑通过监测运行工况点S的值，来判断机组是否安全：

S=[(1000×Pdt19×GAIN)+BIAS]－Pdt20/0.01

图2 喘振控制坐标系

（2）工况点判定和保护动作

当S＞0，即机组工况运行在安全区，这时机组按照设定的压力正常工作；当-A≤S≤0，机组工况进入防喘保护区，放空阀和入口调节阀自动开始动作，增大阀门开度，使工况点逃离保护区，移向安全区；当S变化很大，S≤-A，此时机组进入喘振区，无论机组是否真的发生喘振，控制电脑都会发出指令使机组卸载，经过了前面保护调节后一般不会出现此种情况。

2.2.2 出口压力波动判定保护

阿特拉斯ZH系列机组除了工况点判定喘振保护外，还有出口压力波动判定保护。通过对三级出口压力变化来判断机组是否喘振，主要以slope↑和slope↓作为上下限定值，当三级出口压力变化slope值超过限定范围，机组控制电脑就判定为已经发生了喘振，计数器开始计数，如果短时间内（约1～2 s）计数6次，则控制电脑发出指令使机组卸载停机。slope限定值可调，如果希望机组反应灵敏增强保护，把限定范围缩小；若不想要机组反应太敏感，可把限定范围适当放大。

3 常见问题及处理方式

3.1 信号故障

如果传感器Pdt19、Pdt20或与之有关的部件出现故障，会直接导致机组运行工况进入防喘保护区，机组保护动作甚至停机，包括取压管开裂、接头漏气、传感器进水、接线破损等，都会引发工况点进入保护区。处理时只要确定故障部件，进行更换即可。

3.2 气路阀门故障

入口调节阀或出口放散阀如自身出现死机现象或物理卡涩，都可能导致机组喘振。入口调节阀打不开时机组吸入风量小，压缩后没有足够的风量，无法克服系统背压，工况点偏左进入保护区，又因调节阀无法打开而使工况进一步恶化导致机组进入喘振区而停机；出口放散阀不动作时，机组无法调节工况，也可能导致机组喘振。此种情况需要观察入口调节阀和出口放散阀的控制电脑输出值和现场反馈值是否一致，如不一致，可能是阀门故障，需进一步处理。

3.3 中间气路堵塞

一级冷却器或二级冷却器风路堵塞时，也会导致流量降低，S值减小而发生喘振保护动作。此种情况容易判断但不易处理，首先根据当时的S值和阀门开度，能判断机组工况是否进入了保护区，根据出口压力和管线压力就能判断是否中间气路堵塞。而解决这一问题最好的方式是更换冷却器芯子，其他方法比如清洗气路等，效果视情况而定。

4 使用阿特拉斯ZH系列空压机的几点建议

（1）机组各传感器尤其是参与喘振控制的传感器都要定期校验，相关部件也要一起检查，有问题及时更换。

（2）虽然有时机组工况在保护区也能送风，但不允许长时间运行在保护区，出口放散阀的频繁动作可能会引起喘振计数，若计数达到6次可触发停机，影响后面工序的生产。

（3）空压机的疏水器要定期清理，尤其在夏季潮热时，疏水器堵塞会使压缩冷凝水无法外排，进入下一级，冲刷叶轮导致机组振动甚至停机。

（4）空冷器气路也要定期清洗，尤其是运行在恶劣环境下的机组，空冷器芯子的翅片中间更易结垢，可采用药洗的方式清洗，注意洗液的pH值不能低于1.5，否则会加速腐蚀翅片，另外不可用超声波清洗，否则翅片与冷却水管离毂，冷却效果大幅下降。

5 结语

阿特拉斯ZH系列空压机结构紧凑，产气量调节范围大，只要按时维护保养，机组可稳定运行。该型机组的真实喘振一般是可预见和可控的，运行时注意监测其运行参数的变化，及时采取措施即可避免发生喘振。