离心式压缩机喘振分析及解决措施

《自动化与仪器仪表》2013年第4期（总第168期）离心式压缩机喘振分析及解决措施离心式压缩机喘振分析及解决措施王银锁（兰州石化职业技术学院甘肃兰州，730060）摘要：论述了离心式压缩机产生喘振的原因、离心式压缩机的防喘振控制理论和ITCC系统在乙烯裂解气离心式压缩机组可变极限防喘振控制系统的应用。关键词：喘振；喘振线；防喘振控制线；防喘振控制；喘振工艺变量AbstractAbstract：Discussesthecausesofsurge,anti-surgecontroltheoryofcentrifugalcompressorandapplicationofITCCsystemonvariablelimitofcentrifugalcompressoranti-surgecontrolsysteminethylenesplittinggas.Keywords:Keywords:Surge;Surgeline;Anti-surgecontrolline;Anti-surgecontrol;Surgeprocessvariables中图分类号：TP273文献标识码：B文章编号：1001-9227（2013）04-0111-02收稿日期：2013-04-22作者简介：王银锁（1966-），本科，副教授，主要从事生产过程自动化专业的教学和科研工作。0引言离心式与往复式压缩机相比，有流量大、体积小、重量轻；运行率高、易损件少、维修简单；压缩气流无脉动，气量控制的变化范围广；压缩机的润滑油不会污染被输送的气体等优点[1]。因此，离心式压缩机在石油化工生产中得到了广泛的应用，例如乙烯装置中的裂解气、乙烯、丙烯压缩机，大型合成氨装置中的原料天然气、空气、合成气、冷冻系统的氨气压缩机等都是使用离心式压缩机。然而，离心压缩机对气体的压力、流量、温度变化较敏感，易发生喘振。1喘振产生的原因喘振是离心式压缩机特有的现象，从图1曲线可以看出，当负荷减小时压缩机工作点由1沿性能曲线上升到2，如继续减小工作点由2到喘振点3，负荷再减小，压力升高这一过程中流量减小压力升高由3点开始到4点，压缩机出现倒流，倒流到一定程度压缩机出口压力下降工作点由4到5，又恢复到正向流动由5到2。当负荷降低到一定的程度时,气体的排送量会出现剧烈的振荡,气体流量和气体压力周期性地低频率、大振幅地波动,机身亦随之发生剧烈振动,这种现象称之为喘振[2]。图1离心式压缩机的特性曲线转速不同，特性曲线不同。将不同转速下的喘振点连接起来就可以得到一条喘振边界线，即喘振线SL（见图2）。2压缩机的防喘振措施如何防止喘振，就是使压缩机的工作点大于特性曲线的极值，即在喘振线（SL）的右侧考虑有一定的裕量，再做一条抛物线，称之为防喘振控制线（SCL），又称喘振安全线，如图2所示，压缩机的工作点在SCL线上或SCL线的右侧，即可防止喘振的产生[3]。图2离心式压缩机的防喘振控制线防喘振控制线（SCL）与喘振线（SL）的关系可用式（1）表示，式中MARGIN为防喘振控制的裕量值[4]。()QaSL+MARGIN2HP=Q2aHP(SCL)（1）3ITCC系统的防喘振控制在裂解气压缩机上的应用ITCC（IntegratedTurbine&CompressorControl）系统是一套集压缩机的透平调速控制、防喘振控制、性能控制、抽气控制、自保联锁逻辑控制为一体的综合控制系统。图3为乙烯裂解气压缩机第1，2，3段的采用ITCC系统防喘振控制的工艺流程图。图3裂解气压缩机第1，2，3段防喘振控制工艺流程图（下转第114页）111（上接第111页）3.1裂解气压缩机的防喘振控制的设置裂解气压缩机的防喘振控制的设置如下：利用流量变送器130FT103B测量的流量值，在防喘振控制器130UC103内进行温度和压力的补偿，计算出实际的流量值，然后和防喘振控制线（SCL）的流量作比较，判断是否需要打开防喘振控制阀130UV103。3.2喘振工艺变量(WS_PV)喘振工艺变量WS_PV含义见式（2），是表示压缩机当前工作点和喘振控制线对应点之间关系的特征变量，这个信号正常数值是100。WS_PV=Qa2HP(OP)Qa2HP(SCL)×100（2）如果WS_PV值等于100，压缩机是在喘振控制线（SCL）上运行。如果WS_PV>100，则表示压缩机工作点位于喘振控制线的右侧，压缩机是在安全范围内运转，防喘振控制阀将关闭。而WS_PV<100，则表示压缩机工作点位于喘振控制线的左侧，ITCC控制器向防喘振控制阀发出一个增值信号，将压缩机喘振工艺变量WS_PV调回100。若值为130表明压缩机离喘振控制线有30%的距离[5]。4防喘振闭环控制防喘振闭环控制，它包含防喘振PID控制和速率控制。防喘振PID控制（如图4