刍议离心式压缩机的调节控制系统研究

【摘要】对于汽轮驱动下的离心式压缩机来讲，通常会采用设置一套安全的连锁系统、一套控制压缩机性能的系统以及一套对转速进行控制的系统，这三者之间是完全独立控制的，无法进行信息的共享，这样就很容易造成控制系统之间的相互制约和相互干扰，很难使压缩机的性能得到充分发挥，并且所产生的经济效益也较差，当前，随着现代科学技术的快速发展，微电子技术出现了日新月异的发展局面，离心式压缩机的控制系统也逐渐成为压缩机控制界研究的主要课题之一。

【关键词】离心；压缩机；调节控制

一、控制系统的发展

经过近几十年的发展，从大型机组的运作情况来看，主要发生了以下几个方面的变化：

1.机组的工作效率和工作的稳定性提高。

2.机组在辅助系统的加工设计上的技术水平有了明显的提高，管理自动化程度提高。

3.控制系统改进，这是改观最为突出的部分。

二、控制系统的意义

现代先进的也是最流行的智能系统都是自动化控制的，能够替代人的工作，而且比人的工作更具可靠性。再说，在转速和防止喘振的控制上可以做到节约能量的消耗。一个比较好的控制系统还能够减少机组在工作时候的波动，从而减少驱动动力的能源损耗将防止喘振的系统进行优化，以便减少电力甚至是蒸汽的消耗，从而最大程度上减少中间过程那个水的使用量。所以说，对于机组控制系统的优化，就能简化、精华管理机制。大幅度降低能量的消耗，在能源紧缺的情况下显得尤为重要哦。例如说，某炼厂通过改造优化防止喘振系统后，每年至少可以节约500万元，可以看出，它的经济效益十分明显。

三、防喘振的控制系统

3.1物性参数与特性曲线的关系

通常情况下的特性曲线论述当中，往往会首先强调物性的参数是不变的，研究实践表明，压缩机本身所产生的极限流量值会发生一定的变化，在一定的转速之下，如果气体的平均分子量是不同的，那么其极限的流量值也会不同，假设气体的平均分子量能够由20不断增加至28，在转速不变的情况下，其压缩机的极限流量点就能从QA转移到QA”，使压缩机能够维持额定稳定的出口流量，那么正常工作点就会由A点进入不稳定区的A”点，就全年来讲，压缩机的工作环境是在不断发生变化的，在进口压力变低或者是环境温度升高时，平均的分子量就会不断增加，当天气逐渐变热时，离心式压缩机也容易进入到喘振区，最终导致喘振，如果空气过滤器中的过滤网被堵塞，就会使得进口的真空度变大，在导叶阀前的气压变小时，压缩机也比较容易进入到喘振区，以致出现工作不稳定的状况，最终会引发轴震动偏大等一系列的停车，再次启动之后，又会使压缩机运行良好，此类现象几乎每年都会遇到。下图为图1。

3.2离心式压缩机振喘发生的原因

在运行的过程当中，当离心式压缩机的负荷下降至一定的数值时，就会使得气体的排送出现强烈的震荡，并且机身也会在这时出现明显的剧烈震动，我们称这种现象为喘振，它是离心式压缩机的一种固有的特性，在喘振的状态下，压缩机是绝对不允许运行的，因此在操作的过程中一定要避免喘振的产生。而喘振产生的主要原因必须要从压缩机运行的特性上找答案，每一台压缩机都有自身特定的喘振趋于，所以必须要根据实际的情况来采取相应的喘振控制措施来进行预防，另外，喘振业余管网的特性有一定的关系，管网的容量越大，那么喘振的幅度也就会越大，其频率也就越低，相反，管网的容量越小，那么喘振的幅度也就越小，其频率也就越高。离心压缩机出现喘振的原因还有压力、温度以及分子量等，在相同的转速下，如果分子的容量越大，而温度越低，那么压缩机就越容易进入到喘振区。

3.3喘振形成的过程

如下图2所示，如果压缩机在QA点处于正常的工作状态，当因为某种原因来降低负荷时，就会使得工作点不断向左移动，而当压缩机在QB时，就会使得压缩机进入极限的工作点，在这时，出口的压力比是最大值，如果负荷继续不断下降，出口的压力也将会迅速降低，同它进行连接的系统其压力会瞬间丧失，导致气体倒流，其工作点也会迅速到达QC点，在这时，系统压力和出口压力就会出现瞬间的相等，因为压缩机还处在运行的过程中，就会使得出口流量迅速增加，此时极限的工作点也会迅速移动到QD点，由于工作负荷过大，就必须要通过调节系统来降低负荷，并不断促使出口的流量回到QA点，这即是一个相对完整的出口压力喘振周期。在这个周期当中，调节系统必须要起到一定的调节作用，加入负荷仍然处于不断的变化过程中，防喘调节系统也能够保证最低的极限流量值，那么这时压缩机就不会出现喘振的现象，并且可以很快稳定在正常的工作点A处。如果防喘调节的系统不能及时进行调节，那么当出现第二个喘振周期时，以及当第三个喘振周期结束时，如果防喘调节系统仍然不能通过调节的作用来稳定最小的极限流量，那么防喘连锁保护系统就可能会迫使压缩机停车。

四、离心式压缩机调节控制的具体措施

4.1一般的离心式压缩机控制方案

为了能够使压缩机得到长期、平稳、安全的运行，在一般情况下都需要对其参数的控制、检测以及安全连锁保护系统等进行设置。调节阀又被称之为控制阀，主要应用在工业自动化的控制过程领域中，通过对调节控制器输出的控制信号加以接收，利用动力操作来改变介质流量、温度、压力、液位等参数的控制元件。压缩机出气压力和气量压力控制系统，有调节原动机转速法、旁路回流法以及直接节流法等，在旁路回流法的控制方案当中，气体经过了多级的压缩之后，就会因为压缩比大使得出口压力相应的增大，在这时最好不要从第一段入口和末端出口直接旁路，否则就会使得能耗增加，在高差压下会使得控制阀的磨损也将增快，因此最好是采用增设降压消音的装置或者是分段旁路设置的措施。

4.2防喘振调节的具体方法

防喘振调节的主要目的就在于，不管工艺的负荷出现怎样的变化，都必须保证压缩机的入口流量不能够小于转速一定的条件下极限流量值，从理论上来讲，可以指定两套控制方案，一种是固定的极限流量法，另外一种就是可变的极限流量法，其中固定的极限流量法就是指将压缩机自身的防喘振流量尽量控制好设置值，使其能够远离喘振区，如果工作负荷出现变化，就可以保证压缩机不发生喘振，这样的方法也存在着一定的缺陷，就是在正常流量和极限流量相差较大时，就会有过多的空气被放空或者是被反馈，严重影响到经济效益，采用可变的极限流量控制法，可以允许根据工作状况的变化对防喘振设定值进行适当的调整，尽量减少反馈量或者是放空量，以便不断提高经济效益。

4.3可变极限流量控制方案

为了可以尽量减小压缩机出现能量损耗的问题，在压缩机的负荷可以通过调节速度进行改变的场合，在不同的转速情况下，喘振极限流量将会是一个变数，并且会随着转速的下降而不断减小，最合理的防喘振方案就应当是留出适当的安全值，可以使得防喘振调节器随着喘振边界的曲线进行安全操作。

结束语：

如果要将压缩机的控制系统做好，需要做很多方面的工作。首要条件就是要做好生产工艺的设计，需要将工艺中所涉及到的组分和密度等工艺参数严格细化，还要全面考虑到生产的实际情况，实现的目标就是做到跟实际生产的一模一样，或者大同小异；再者就是在工程配管的设计层面上，一定要做好水的力学方面的流体的模型，这实施方案时候严格按照设计要求施工；再者就是在机组的型号的选择上和设计制造方法上，一定要保证机组的力学性能和其他性能达到设计要求。这务必要跟控制系统的厂家做好配合跟沟通，从设计以及配置上做到全方位的考虑；四就是控制系统在设计选型上，一定要工艺的条件，加工的现场工艺路线，确定好相关方面的参数，做到最优化的配置；第五就要在机组的控制系统配套的选择上，必须满足控制系统所要求的控制精度，例如防止震动系统的选择上等。要知道，控制系统是机组设备的核心，它的重要地位不断提高，也必将得到迅速的发展，为经济的发展做出重大的贡献。

参考文献：

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