空压机的防喘振控制参照.pdfVIP

马钢 30000Nm3/h制氧空压机的防喘振控制 2009-07-02 王胜利张瑜峰 ( 马鞍山钢铁股份有限公司 243011) 1 前言 3 马钢 30000Nm/h 制氧空分装置选用的是 SI-EMENS公司的离心式空气压缩机， 机组的排气量 3 为 165000Nm/h ，出口压力为 0.62MPa( 实际工况为 0.52MPa) ，电机功率 15000kW，电机转速 1000r/min 。机组的监控系统采用日本横河公司的 CEN-TUMCS3000 DCS系统，主要由过程控制器 FCS、工程师站 WS和操作站 HIS 等构成。 FCS完成数据采集、 数据处理及现场设备的控制等功能； 工程师站 WS与操作站 HIS 主要完成编程组态、数据处理、实时监控、报警及报表处理等功能。 空压机是整套空分装置的动力源泉， 因此， 空压机的安全平稳运行是一项非常重要的指标， 而影 响此指标的极大危害因素就是空压机的喘振。 空压机的防喘振控制是空压机整个控制系统中的核 心部分，控制复杂，控制精度要求高。 2 空压机喘振的成因 喘振是离心式压缩机特有的现象，可以从图 1 的特性曲线简单分析一下喘振的周期。压缩机 运转过程中，随着负载的逐渐增加，出口压力逐渐升高， 流量逐渐减小， 压缩机运行点由 D点沿 性能曲线逐渐上升到喘振极限 A 点；随后， 压缩机出现负流量即出现倒流现象， 运行点由 A 点开 始到 B 点，倒流到一定程度时，压缩机出口压力逐渐下降， 运行点从 B 点到 C 点，然后又恢复到 正向流动 C 点到 D 点。这样， 气流在压缩机中的来回流动就是喘振。 伴随喘振而来的是压缩机振 动剧烈上升、 响声巨大异常等， 如果不能有效控制， 会给压缩机造成严重的损伤， 当发生喘振时， 需采取措施降低出口压力或增大机组流量， 尽量缩短喘振时间。 通过对流量、 压力的调节使机组 避开这一区域运行，实行防喘振控制。 图 1 压缩机喘振特性曲线 3 空压机喘振的危害 喘振对压缩机的危害极大，主要表现在以下几个方面： (1) 使机组性能显著恶化，出口压力和流量大幅波动，破坏了空分装置系统的稳定性。 (2) 使机组各部件承受过高的动应力，加速轴瓦、轴承等滑动部件的机械磨损。尤其对推力 轴承产生冲击力，破坏润滑油膜的稳定性，使轴承合金产生疲劳裂纹，甚至烧毁。 (3) 压缩机连续发生喘振消耗额定功率近 40 ％，大部分转变为热量使其内部结构承受高温， 造成部分零部件烧毁变形、密封元件损坏、推力瓦烧毁等，使各级之间压力失常，振动加剧。 4 防喘振控制 压缩机的防喘振线是在现场试车过程中实测出来的，该空压机的特性曲线和喘振曲线见图 2 。 图 2 空压机特性曲线和喘振曲线 为防止喘振发生， 防喘振控制算法在喘振停车线 A 右边设置了一个可变的安全裕量， 这样就 可以在运行点达到喘振停车线 A 之前开始动作， 增加压缩机的流量。 也就是在喘振停车线 A 的右 侧增加一条防喘振控制线 C，其形状与喘振停车线 A 一致，且与喘振线 A 相距 10％的差压量程值。 同时为了更好地保护好机组，在喘振控制线 C 与喘振停车线 A 之间又加设一条喘振安全线 B( 与 喘振停车线 A 相距 2%的差压量程值 ) 。该距离越小，放空阀打开的机会就越小，能量损失越少， 但对控制系统、阀门的响应时