离心式压缩机喘振及控制

离心式压缩机喘振及控制
一、什么是喘振？离心式压缩机产生喘振的原因？
当离心机压缩机的负荷降低，排气量小于某一定值时，气体的正常输送遭到破坏，气体的排出量时多时少，忽进忽出，产生强烈的震荡，并发出如哮喘病人的喘气的噪声，此时可看到气体出口压力表、流量表的指示发生大幅度的波动，随之，机身也会发生剧烈的震动，并带动出口管道，厂房振动，压缩机将会发生周期性、间断的吼响声。

如不及时采取措施，压缩机将会产生严重的破坏，这种现象就叫做压缩机的喘振，也称飞动。

喘振是因为离心式压缩机的特性曲线程驼峰状引起的，离心式压缩机是其压缩比（出口绝压P2与入口绝压P1之比）与进口气体的体积流量之间的关系曲线，具体图如下（其中n 为压缩机的转速）：
从上图可以看出每种转速下都有一个P2/P1的最高点，这个点称之为驼峰，将各个驼峰点连接起来就可以得到一条喘振边界线，如图中虚线所示，边界线左侧的阴影部分为不稳定的喘振区，边界线右侧部分则为安全运行区，在安全运行区压缩比P2/P1随流量Q的增大而减小，而在喘振区P2/P1随流量的增大而增大
举例说明：
假设压缩机在n2转速下工作在A点，对应的流量为QA，如果此时有某个干扰使流量减，小，但仍在安全区内，这时压缩比会增大，即P2增大，这时就会使压缩机的排出压力增大并恢复到稳定时的流量QA。

但如果流量继续下降到小于n2转速下的驼峰值QB，这时压缩比不但不会增大，反而会下降，即出口压力P2会下降，这时就会出现恶性循环，压缩机的排出量会继续小，P2会继续下降，当P2下降到低于管网压力时瞬间将会出现气体的倒流，随着倒流的产生，管网压力下降，当管网压力降到与压缩机出口压力相等时倒流停止，然而压缩机仍处于运转状态，于是压缩机又将倒流回来的气体又重新压缩出去，此时又会引起P2/P1下降，被压出的气体又重新倒流回来，这种现象将反复的出现，气体反复进出，产生强烈的整理，这就是所谓的喘振。

二、防喘振控制的方案（两种）
固定极限流量防喘振控制：把压缩机最大转速下的喘振点的流量作为极限值，是压缩运行时流量始终大于该极限值。

这种方案的优点是控制系统简单，使用仪表较少，系统可靠性高，缺点是在转速降低，压缩机在低负荷运行时，极限流量的裕量显得过多而造成浪费，会增加运行费用。

可变极限流量防喘振控制：在喘振的边界线上做一条安全操作线，使防喘振调节器沿着安全线工作，也就是压缩机在不同转速下运行时，其流量均不小于该转速下的极限流量。

三.TRICONEX防喘振控制系统的主要功能
喘振图说明：1.喘振图中纵坐标为压比，横坐标为入口压力补偿后的流量差压。

2.红色线是喘振线，绿色是控制线
3.绿色十字点表示实际工作点，随实际的流量压差及出入口压比而移动。

4.黄色十字点表示盘旋控制点。

喘振参数说明：1.工艺测量值：喘振控制相关参数实时值，具体有压缩机入口压力，出口压力，入口流量，入口温度，防喘振阀开度
2.控制裕度：工作点与控制线间的水平距离
3.工作裕度：工作点与喘振线间的水平距离
4.喘振次数：从喘振投用到目前所发生喘振的次数
5.喘振点：当前压比下喘振线横坐标
6.控制点：当前压比下控制线横坐标
7.实际工作点：当前压比下工作点横坐标
8.压缩比：压缩机出口压力和入口压力之比（绝压）
控制系统的主要功能：
1.控制线移位（安全裕度重校）
如果系统检测到工作点越过喘振线，表示喘振已经发生，喘振控制线将被自动右移一个
校准量，即增加安全裕度。

系统可设置每次增加的校准量为一个固定值或一个比例值，本机组设每次增加的校准量为一个固定值2%。

本机组设重校发生的最多次数为10次，超过10次后，安全裕度不再增加。

例如，系统检测到第1次喘振，控制线会右移2%，安全裕度就会由原来的8%增加到10%；如果检测到第5次喘振，控制线会发生第5次右移，总移动量为2%×5=10%，安全裕度会变为18%。

如何检测喘振呢？当工作点越过喘振线1%时，系统认为喘振发生，当工作点回到喘振线右侧1%处时，系统认为脱离喘振。

当查明喘振原因并消除使喘振发生的因素后，在操作画面上可以将校准次数和校准增量复位为零，使安全裕度重新回到原始的喘振控制线位置。

2.PI控制
最基本的防喘振控制采用PI控制（比例积分控制），它将所测得的实际值与设定值进行比较后，进入比例积分控制过程。

若实际值>设定值（工作点位于设定点右侧），调节器输出为高（100%），防喘振阀保持关闭，当实际值=设定值时（工作点与设定点重合），阀门准备打开
3.设定点跟踪
当压缩机的工作点在喘振控制线右方（安全区域）时，防喘振控制器的设定点位于实际工作点的左侧，并与实际工作点保持一定的跟踪距离，本机组控制系统中设定点以5%的距离跟踪实际工作点。

工作点移动，设定点会跟着移动。

设定点向右侧安全区的跟踪是及时的，但向左侧移动时，会有一个移动速率限制，本机组设置为1%。

也就是说，当工作点左移时，设定点不会马上左移，而是以1%的速率向左移动，最终与工作点保持5%的距离，而且设定点不会越过喘振控制线，即最小值为喘振控制点。

当工作点小幅但快速向喘振区方向移动，并越过跟踪区间5%时，防喘振控制器将立即打开防喘振阀。

这一设定点跟踪的功能就是为了在恶劣工况下，比如遇到后续工段突然大量减负荷，压缩机出口流量骤减时，起到提前控制的作用，使工作点不会进入喘振区。

4.非对称响应
防喘振调节阀的过快关闭容易使压缩机进入喘振，为了消除这种不希望的操作工况，控制器中有一个阀门关闭速率限制器，本机组的速率设为2%，当需要关闭阀门时，只能最快以2%/秒的速率来关小阀门，在开阀时则没有这一限制，这样就能使防喘振阀达到快开慢关的目的。

5.纯比例控制
系统有一个纯比例控制，独立于正常PI作用，可强制打开防喘振阀。

如果由于工艺过程出现紊乱，工作点移到控制线左方，而正常的PI整定无法提供足够快的响应时，纯比例控制将起作用。

该控制是在工作点进入控制线左方一段距离时（本机组为进入安全裕度的70%处，图中阴影部分）开始起作用，打开阀门；当工作点到达喘振线时，使防喘振阀全开。

开阀的信号正比于工作裕度的瞬间值与其初始值之差。

该比例项通过信号选择器来起作用，也就是说，最终到防喘振阀的输出信号为纯比例控制输出和防喘振控制输出中的最高值。

6.手动控制
有两种可选的手动控制：第1种为全手动控制，它允许忽略喘振控制器的作用而关闭防喘振阀。

这种方法在起步和测试阶段很有用，但不能作为正常操作。

如果系统被置于全手动操作，喘振控制器将无法开阀来避免喘振，只能通过改变手动操作值来操作。

第2种为限权手动控制（部分手动），至阀门的最终输出是由手动操作值与控制器的输出值进行高选后得出，即哪个使阀开得大就取哪个信号。

在手动控制时，若要开阀，会直接将最终输出值置为手动操作值，但若要关阀，输出值会以一定的斜率（2%/s）变化至手动操作值，即在手动状态下也要实现阀门的快开慢关。

在全手动时，防喘振控制的输出会跟踪最终输出值（因为最终输出值不一定等于防喘振控制输出值），以便实现手/自动无扰动切换。