空压机喘振控制系统优化

空压机喘振控制系统优化

制氧装置C110空气压缩机是由汽轮机带动的大型离心压缩机，它总共包括二级压缩，把空气压缩到500KPa送于下游装置进行工业化生产。目前的喘振控制系统是采用的横河YS170-012/A06调节器，在和PLC可编程控制系统的配合下对压缩机进行喘振及联锁控制。该调节器在当前已经不能适用于对大型离心机组的喘振控制。现阶段喘振控制系统主要包括TS3000、CCC、PLC、TURBOLOG等，TS3000是美国TRICON公司生产的压机控制系统，该系统集合了压机升降速、超速保护、联锁保护、防喘控制等压机的全套控制方案，是目前对压机控制使用最广也是最安全的控制系统之一。本文主要是阐述离心式压缩机的喘振控制原理及介绍怎样将横河YS170喘振调节系统优化为ITCC控制系统中的喘振控制单元进行离心压机的喘振控制。

1、C110空压机喘振原理及现有喘振曲线介绍

1.1、喘振原理分析

离心压缩机工作效率高，在正常工况条件下运行平稳，压缩气流无脉动，对其所压送介质的压力、流量、温度变化的敏感性相对较大，当进气量减少到一定程度时，叶片周围出现旋转失速现象，如果旋转失速区域和数量继续扩大，则使进气流量与出口压力发生大幅波动，出现喘振。发生喘振时机组连同它的外围管道一起会作周期性大幅度的振动，如不及时采取措施加以控制，会使压缩机转子和静子经受交变应力作用而断裂，使极间压力失常而引起强烈振动，导致密封及推力轴承损坏，使运动元件和静止元件相碰，造成严重事故。

2.1、现有喘振控制系统介绍

2.1.1、C110机组现有控制方案

他是由YS170的输出信号与手操器输出信号在内部进行低值选择，再送至防喘阀。防喘控制系统中最为重要的是出口压力和吸入流量，为了确保压缩机稳定可靠地工作，必须使吸入流量和出口压力处在一个安全的比值内，该系统设计了防喘放空阀，当下游设备空气用量减少或压缩机出现喘振时，可由防喘阀打开一定的开度放空来维持系统的平衡。

2.1.2、现有喘振曲线的计算

喘振曲线计算是用斜截式直线方程来确定防喘线的方程SV=B+G（P-C）通过防喘试验，得到喘振线，设定安全裕度（控制线和喘振线之间的距离称为安全裕度）为10%，安全裕度可以缩小也可以放大，如果要使喘振控制更安全就放大，放大后可能使防喘阀经常工作在开关状态，浪费能源。安全裕度平移后得到一条控制线，根据坐标图得到B、G、C。

C为控制线在Y轴上的截距

P为排除压力PV值

SV值就是通过计算后给防喘阀的一个开度值。

调节过程如下：喘振点工作在控制线以下为正常运行状态，此时防喘阀是全关的。当喘振点到达控制线的时候防喘阀开始做打开调节，保持输出压力与给定压力SV恒定，防止喘振。当喘振点到达喘振线的时候阀门调节到全开状态。如果喘振调节真实有效，那么此过程中压缩机组不会发生喘振。

2、现有喘振控制介绍

现在YS170调节器的控制方式是：FT1100从压机进口一、二级接受差压

信号，送至FIC1100经运算后作为实际测量值，PT1100从压机出口接受压力信号，送至FIC1100按公式SV=B+G（P-C）运算后，作为调节器的给定值，此给定值随压机转速和压力的变化基本上为一条直线，给定线的位置及斜率和离喘振线的距离可用改变G，B，C进行调整，给定线和喘振线之间的距离大约有10%的流量差。FIC1100的输出信号与手操器输出信号在内部进行低值选择，再送至防喘阀，控制其开度。防喘阀在正常的状态下应为关闭。

3、现有控制系统的缺陷

3.1、现阶段压缩机喘振曲线的缺陷及解决方案

由于C110空压机已经运行了多年，长期的运转对转子及壳体等造成磨损，其性能会发生变化即压缩机额定最小流量（喘振线）特性会发生偏移，建议用以下方法对C110空压机组的喘振曲线进行修正，也建議专业人员对机组重新做一次喘振试验，得到更准确的喘振曲线。（1）根据离心压缩机以前的喘振曲线和平时工作时期的机组参数来确定压缩机的最佳工作区（喘振裕度）。

（2）用数学方法整理出不同工况条件（P、T）下的喘振线和防喘振控制线。

（3）把压缩机的历史数据进行电子绘图处理，计算出离心压缩机的实际最小流量与最小额定流量的偏移，这点比较难，一个是费时费工，二个是没有完整的几年的历史数据。

（4）根据离心压缩机的进出口温度和实际最小流量的偏移对喘振线和防喘控制线进行实时补偿。

（5）用工况点求取的喘振点最小流量与实际工况点的最小流量进行比较。

（6）把上述比较的结果（流量的变化以及变化的速率）作为喘振曲线的修正依据对其修正，然后进入ITCC压机控制系统，通过对压缩机进口导叶、防喘

阀的控制，实现对离心压缩机的防喘控制。

4、TS3000喘振系统及控制方案

现阶段的喘振系统已经不能满足现代化生产的需求，将美国TRICON TS3000系统运用到离心压缩机防喘振控制是目前的最佳选择。

4.1、喘振系统优化方案

4.1.1、TS3000控制系统优化。

用TS3000进行喘振控制，增加流量FT1100的温压补偿，用更精确的流量与出口压力PT1100作比较。采用TS3000共同控制入口导叶阀及防喘阀的开度。而且以其阀位和阀位反馈作为喘振控制的辅助参数。当发生喘振时，使喘振控制更及时，喘振数据更直观，更安全。

4.1.2、TS3000系统中机组的入口流量计算。

在压机的入口增加温度和压力的远传信号进入TS300控制系统。计算公式为：

SQRT（（PT1101+0.0）*PDT1101/（TE1100+273））*100000=FT1100 通过此计算方法测得的流量误差非常小，可以用来进行精确控制。

4.1.3、喘振调节模块VALVE_OUT1

在经过温压补偿计算后，所有的参数都进入喘振调节模块VALVE_OUT1，这个模块是TRICON公司为防喘系统专门研发的最为重要的防喘阀调节模块。通过运算后的参数经此模块进行重新运算后对防喘阀V1100及入口导叶阀V109进行调节，有效的防止喘振发生。

4.1.4、压机喘振联锁组态

防喘阀电磁阀的控制，也是保护机组的最后一道防线。他是由压机总联锁、