离心压缩机防喘振阀气路控制的可靠性设计

摘要：化工生产是连续性生产的流体工业，离心压缩机在工艺流程中完成不可替代的功能。防喘振阀是保护离心压缩机运行安全的重要设备，而防喘振阀的可靠运行也是仪表控制中的重点。现场网络控制技术和电子信息技术的高速发展和应用，使得现场仪表的控制更智能化，自动化投入率要求越高。但是气动仪表元件的可靠性设计是仪表智能化进程中不可忽略的重要环节。简单介绍了防喘振阀的工艺环境和应用特点。重点描述了其复杂气路控制中的一项可靠性理念。

关键词： 离心压缩机 防喘振阀 气路控制 可靠性。

中图分类号： TB652 文献标识码： A 文章编号：

1 丁二烯装置离心压缩机系统防喘振阀的工艺流程

K-1601(丁二烯压缩机)

丁二烯压缩机，K-1601是两级离心压缩机，配备内部冷却器E-1610，所以从两个级中排出的蒸汽不会超过107摄氏度。压缩机排出口的蒸汽通过压缩机循环冷却器E-1608的旁路 , 返回到冲洗罐V-1603。通过冲洗罐压力控制器，使用一个超弛功能去打开旁路控制阀160FCV-091-CV（如图一中的控制阀），可以避免V-1603中的低吸入压力通过压缩机系统。160FCV-091-CV就是我们文章要谈论的压缩机防喘振控制阀。

图一图二

2 关于压缩机防喘振与防喘振阀的概述

喘振是离心式压缩机的固有特性。当离心式压缩机的负荷降低，排气量小于某个

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，发生强烈振荡，并发出哮喘病人“喘气”般的噪音。此时可以看到气体出口压力表、流量表大幅度波动；随之，机身也会剧烈振动。并带动出口管道、厂房振动，压缩机会发出周期性、间断的吼响声。如果不及时采取措施，压缩机会遭到严重破坏。这种现象就是离心式压缩机的喘振。喘振是离心式压缩机的特性曲线呈驼峰形而引起的。离心式压缩机的特性曲线是其压缩比（压缩机出口绝压P2与入口绝压P1之比P2 / P1），与进口气体体积流量之间的关系曲线，大体上如图二所示。图二中N是压缩机的转速。

从图二中可以看出，在每种转速下，都有一个P2 / P1值的最高点，称之为驼峰。将不同转速下的各个驼峰点连接起来就可以得到一条所谓的喘振边界线，如图二中虚线所示。边界线左侧阴影部分为不稳定的喘振区，边界线右侧部分是安全运行区。在安全运行区，压缩比P2 / P1随着流量Q的增大而下降（既P2减小），而在喘振区则是P2 / P1随着Q的增大而增大（既P2增大）。

假定压缩机在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（但是仍在安全运行区内），压缩比将增大，既出口压力P2增大且大于管道阻力，这就会使压缩机的排出量逐渐增大，并恢复到稳定时的流量值QA。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P2 / P1不仅不会增大，反而会下降，既出口压力P2下降，这时就会出现恶性循环；压缩机排出量会继续减小，而出口压力P2会继续下降，当P2下降到低于管网时，瞬间将会出现气体的倒流；随着倒流的产生，管网压力会下降，当管网压力降到与压缩机出口压力相等时，倒流停止；然而压缩机仍然处在运转状态，于是压缩机又将倒流回来的气体重新压出去；此后又引起P2 / P1下降，被压出的气体重新又倒流回来。这种现象将会重复出现，气体反复进出，产生强烈振荡，这就是所谓的喘振。除了上述原因外，被压缩气体吸入状态，如温度、压力等变化，也是造成离心压缩机喘振的原因。因此，在必要时采用部分回流的办法，使之既符合工艺低负荷生产的要求，又满足流量大于最小极限值（喘振点流量）的需要，这就是防喘振控制的原理。而这个控制回流的仪表控制阀通常也称做防喘振阀。

防喘振控制阀的关键在于安全可靠性和最佳性能。其重要特征：

2.1保护压缩机

1)阀门必须快开和安全可靠；

2)阀门流量充分以防止起浪点；

3)避免噪音和振动所产生的压缩机和管道损害。

2.2启动和停车时的灵敏控制

1)阀门应该随阶越响应而活动，超调应该限制在最小；

2)阀门配备了正反馈装置；

3)阀门仪表附件调整简单。

3 丁二烯装置离心压缩机系统K-1601防喘振阀的气路控制

工艺要求K1601防喘振阀160FCV-091-CV在开车和停车阶段具有调节能力，可以人工控制该控制阀的开度；而在正常运行中，该控制阀一直为全关状态，压缩机停车时，该控制阀处于全开状态。在维持该阀两位流量特性的基础上，增加线性流量特性。这样日常生产时，工艺操作人员可以根据生产需要和操作要求，在DCS操作站画面上操作简单阀门开度。同时，在任意一种情况下，均可保证该阀的气源和电源的故障安全状态。这样做，使得该控制阀具有两套控制气路，增强该控制阀的可靠性。 气路控制图见图三。在正常状态下，电磁阀带电。电气阀门定位器为正作用，正常控制时，输入的4－20mA信号增加，控制阀开度变大。当气源压力太于多路转换器设定的控制值且电磁阀带电时，仪表空气通过多路转换器4通气。流量增压器6只是在气路导通时，起到增压而加速的效果。单向阀9可以在必要时隔断气路。注意，仪表风经过电磁阀之后，再分别进入上气缸和下气缸的。一旦电磁阀释电，气路就进入故障安全状态。直观看来，正常运行线性控制时，上下气缸的气路上只是增加了气压值比较和流体加速的元件，所以有点眼花，其实并不复杂。

4 关于控制阀可靠性控制理念的创新

为什么提到控制阀可靠性控制理念的创新？是因为如图三所示防喘振阀的气路，一旦装置压缩机停车后，正常开工投用时这个控制阀存在不能自动关闭，锁定在全开的位置，而且工艺操作员在DCS界面无法控制的现象。需要生产人员在现场做一些确认和处理后，才能解锁实现阀门线性控制。这实现锁位功能的元件和气路设计的很巧妙。在现在一味追求全自动化控制的时代，这种人工手动解锁对重要生产阀门是一种可靠性控制的坚持和创新，特别是应用在压缩机系统。160FCV-091-CV 的气路上多个气动元件是完成开关的功能，而也有一些气动元件（4和9）则能完成位置安全锁定的功能，看附件气路图中有红线部分的气路元件，就起着位置锁定的功能。就是紧急情况下，阀门被打开后，则阀门再无法自动被关闭，必须人工去处理，才能再次正常使用。气缸在故障打开的位置后，活塞被推到气缸的上部，气缸的下部空间全是空气。同时元件9单向阀憋住了气体，是红线上的元件4被顶住了不让退回，气缸下部空间的空气约2BAR始终保持在气缸内。当阀门想再次使用时，仪表电磁阀控制2BAR的空气进入活塞的上部空间，其压强与活塞下部空间的压强一样，所以无法动作，阀门也无法完成控制功能。这时，活塞下部被憋住的气体压强需要被消除，人工打开一个排放口就是解决办法。所以，松开一个螺帽（气路图中的Cap箭头所指的位置的螺帽 )，就是打开一个排放口。这时，让主控室给出关闭阀门到零位的信号； 气缸活塞上部进入2BAR的气体，会使活塞轻松向下移动。这时阀门会很快运行到关闭的位置。紧固上上述螺帽，阀门也就处于了正常使用的状态。这种复杂气路通常的设计是在上下气缸空间附近都安装能够快速排放的流量增压器。但是图三完成的功能可以形象比喻就是：重要工艺手阀的手柄上加了个插销做位置锁定，手柄完成开关的功能，而插销则完成位置安全锁定的功能，必须使用阀门前人工移动插销，同时在现场确认了阀门的情况安全。以保证压缩机防喘振阀门和化工生产现场的可靠性。

参考文献：

[1]张毅,张宝芬,曹丽.自动化检测技术和仪表控制系统;北京,化学工业出版社,2004.