离心压缩机系统控制规律的分析

摘 要 离心压缩机在工业领域被广泛的应用，尤其在石油化工等能源工业中，离心压缩机作为过程流体机械的一种，发挥着重要的作用。对离心式压缩机特性进行介绍，对流量和管网的控制规律进行分析，讨论管网压力和防喘阀的控制，旨在离心压缩机系统控制中保持正确的控制规律。

关键词 离心压缩机；控制规律；节流调节；变速调节

中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0063-01

离心压缩机是工业部门的重要设备，其大流量、效率高、质量轻等多方面的优点，使其在制冷、石油、化工等领域发挥着重要的作用。绝大多数的离心压缩机都配比了过程控制系统，对系统的控制要求也越来越严格，越来越全面。传统的离心压缩机控制系统多分为几个分散的子系统，多个控制器对多个目标分别控制，控制器不能实现协调合作，这就为控制方案的统筹带来困难，很容易造成能耗的损失和资源的浪费。如果控制策略出现问题，严重的会导致生产事故的发展，带来直接的经济损失。因此，对离心压缩机的对等流量和管网压力的控制规律进行把握和维持，调节节流和变转速，掌握离心压缩机系统控制的规律非常重要。

1 离心压缩机组控制系统概述

1.1 离心压缩机系统的主要配置

图1 离心压缩机系统的主要配置图

1.2 离心压缩机系统的特性分析

离心压缩机系统的特性可从以下两方面分析。

1）压力特性。当离心压缩机的出口参数、出口流量和转速三个方面的条件中有两个条件能够确定，就能够根据其压力曲线的特性，就可以确定压缩机的工况点。换言之，就是工况点控制要符合要求的位置，必须满足至少两个调节量，也就是三个关联点中的任意两个。

2）管网部分。离心压缩机的排气必须在一个确定的容器，可以说，作为排气的容器，其气体输入的流量应该是气体输入压力和容器中本有气体压力的函数。容器或管网的压力越大，则气体输入容器受到的阻力就越大。如离心压缩机在相应的管网中接入时，二者间会存在一个工作点，从数学角度解释就是只存在一个自变量，也就是压缩机只存在一个调节量。

2 离心压缩机的系统控制

2.1 控制量的选择

从图1离心压缩机的配置图中可以看出有两个调节量存在，调节阀对应节流调节，转速n对应转速调节。从实际应用中看，如果对一个调节量进行调节时，另一个调节量的位置不应改变，也就是说，在节流调节和转速调节两种方式中选择一种，即可达到压力调节的目的，如图2所示。当进行节流调节时，可将转速保持不变，只需对入口调节阀进行调节，或者将入口调节阀保持不变，对转速进行调节。具体调节方式的选择可依据下面的原则：如果压缩机参与管网压力调节，应选择压力调节方式，如果不参与可选择等流量的调节方式。无论是哪种调节方式都有其优缺点存在，节流调节方式具有低驱动要求、定转速运行的优势，但是在能耗方面要求较大，节能效果不佳；转速调节在能耗上更有优势，但是驱动要求高。在实际的操作中，可根据实际的地点环境所具备的驱动调节和能源调节来选择离心压缩机控制量的调节方式。

图2 离心压缩机控制量调节规律

2.2 管网压力的控制

对于离心压缩机来说，无论选择等压力的调节方式还是等流量的调节方式，压缩机的出口背压如果发生变化都会对离心机的工况造成影响。在气头管网中压力刚性并不是无穷大的，如果管网压力的波动限制在较大的范围内，则参与压力调节的各个压缩机继续在压力调节的计算方面应该注意压力差的控制。对于调节管网压力，每台参与压力调节的机组应该发挥多大的作用，如何对压力调节进行各个机组的合理分配，应该根据压力有差调节算法中压力不等率的大小来对其进行控制。

2.3 防喘振的控制

离心压缩机发生喘振，会使压力和流量都发生大的变化，严重的会产生反向流量，引起系统的轴振动过大并发生位移，造成轴承或者其它部位的损坏。因为喘振状态会使机器处于危险状态，因此对于离心压缩机的喘振需要进行有效的控制。在现今的离心压缩机系统中，在入口和出口都有防喘振的控制阀的配置，防喘振控制阀的主要作用在于将已经压缩了的入口压力在出口处增大，使得离心压缩机的压力比降低，对压力比进行限制产生防喘振的效果。喘振的控制规律可根据压缩机性能报告标注的喘振限制先来制定喘振控制线，以此为基础进行测量原件的选择。

3 结束语

对于离心压缩机系统的控制量的调节可根据实际工作场合的驱动条件和能源供给量来进行节流调节和转速调节两种不同调节方式的选择。离心压缩机出口的压力调节同电机组对电网的功率调节在原理上有相似之处，可以将发电机组的控制算法加以借鉴。在整个离心压缩机的系统控制的设计上，对各机组的关系良好的把握，协调它们之间的关系，提高整个机组的控制质量。

参考文献

[1]赵阳.大型空分装置的空气透平压缩机自动控制[J].深冷技术，2010，8（1）：29.

[2]王少华.在PAC7i中实现压缩机防喘振控制技术[J].化工自动化及仪表，2011，37（9）：110-113.

[3]刘长元.防喘振控制系统调节阀提前打开探讨[J].化工自动化及仪表，2012（1）：63-65.