離心式壓縮機(jī)喘振產(chǎn)生的原因及解決方案——離心式壓縮機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，其具有排氣量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些缺點(diǎn)如穩(wěn)定工況區(qū)間較窄、容易發(fā)生喘振。喘振給壓縮機(jī)帶來(lái)危害極大，為了保障壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，必須應(yīng)用有效的防喘振控制。本文主要介紹了離心式壓縮機(jī)喘振產(chǎn)生的原因，詳細(xì)敘述了壓縮機(jī)防喘振的意義與方法，以離心式空氣壓縮機(jī)為例，基于霍尼韋爾DCS系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)防喘振控制。離心式壓縮機(jī)的工作原理隨著我國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)氣體的需求日益增長(zhǎng)，離心式壓縮機(jī)因其優(yōu)秀的性能及較大的排氣量而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。在離心式壓縮機(jī)中，汽輪機(jī)（或電動(dòng)機(jī)）帶動(dòng)壓縮機(jī)主軸葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在離心力作用下，氣體會(huì)被甩到工作輪后面的擴(kuò)壓器中去。而在工作輪中間形成稀薄地帶，前面的氣體從工作輪中間的進(jìn)氣部分進(jìn)入葉輪，由于工作輪不斷旋轉(zhuǎn)，氣體能連續(xù)不斷地被甩出去，從而保持了氣壓機(jī)中氣體的連續(xù)流動(dòng)。氣體因離心作用增加了壓力，以很高的速度離開工作輪，經(jīng)擴(kuò)壓器后速度逐漸降低，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，壓力增加，同時(shí)氣體溫度相應(yīng)升高，在單級(jí)壓縮不能達(dá)到壓力要求的情況下，需要經(jīng)過(guò)多級(jí)壓縮，壓縮前需要經(jīng)過(guò)氣體冷卻器冷卻，經(jīng)過(guò)這種多級(jí)冷卻多級(jí)壓縮后，最終達(dá)到氣體壓縮的目的。喘振產(chǎn)生的原因喘振是目前離心式壓縮機(jī)容易發(fā)生的通病。離心式壓縮機(jī)的操作工況偏離設(shè)計(jì)工況導(dǎo)致入口流量減小，使得壓縮機(jī)內(nèi)部葉輪、擴(kuò)壓器等部件氣流方向發(fā)生變化，在葉片非工作面上出現(xiàn)氣流的旋轉(zhuǎn)脫離，造成葉輪通道中氣流無(wú)法通過(guò)。該工況下，壓縮機(jī)出口壓力及與壓縮機(jī)聯(lián)合工作的管網(wǎng)壓力會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定波動(dòng)，進(jìn)而使得壓縮機(jī)出口氣體反復(fù)倒流即“喘振”現(xiàn)象。另外，壓縮機(jī)的吸入氣體溫度發(fā)生變化時(shí)，其特性曲線也將改變，如圖1、圖2所示，這是壓縮機(jī)在某一恒定轉(zhuǎn)速情況下，因吸入氣體溫度變化時(shí)的一組特性曲線。曲線表明隨著溫度的升高，壓縮機(jī)易進(jìn)入喘振區(qū)。圖

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離心壓縮機(jī)的性能曲線圖

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溫度對(duì)性能曲線的影響喘振現(xiàn)象的發(fā)生，由于氣體反復(fù)倒流，會(huì)打破壓縮機(jī)原有的運(yùn)動(dòng)平衡，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的振動(dòng)增大，在旋轉(zhuǎn)中與定子接觸摩擦，通常監(jiān)控上的表現(xiàn)為壓縮機(jī)出口的壓力反復(fù)波動(dòng)，軸承溫度逐漸升高。嚴(yán)重喘振時(shí)的強(qiáng)烈振動(dòng)，會(huì)使壓縮機(jī)定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生斷裂，密封和軸承損壞，造成事故，所以應(yīng)防止壓縮機(jī)進(jìn)入喘振工況。為了避免壓縮機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)入喘振區(qū)，通常會(huì)配有回流閥或放空閥，由于壓縮機(jī)發(fā)生喘振的根本原因是進(jìn)氣量減小或用氣量降低，在控制中通過(guò)打開回流閥或放空閥增加壓縮機(jī)的進(jìn)氣量或排出量，可以達(dá)到防止喘振的目的。防喘振控制喘振曲線的生成空氣壓縮機(jī)隨機(jī)資料中，廠家通常會(huì)給出理論的喘振曲線：F（Nm3/h）-P（kPa），F(xiàn)表示壓縮機(jī)入口流量，作為曲線的橫坐標(biāo)；P表示壓縮機(jī)的排氣壓力，作為曲線的縱坐標(biāo)。喘振曲線一般是在第一象限中的一條弧線如圖3所示，喘振曲線的左側(cè)處于“小流量，高壓力”的工況，工作點(diǎn)到該區(qū)域中壓縮機(jī)就會(huì)發(fā)生喘振；喘振曲線右側(cè)處于“大流量，小壓力”的工況，工作點(diǎn)在該區(qū)域中可正常工作，不會(huì)發(fā)生喘振。圖3壓縮機(jī)理論喘振曲線壓縮機(jī)的工程師在現(xiàn)場(chǎng)會(huì)進(jìn)行實(shí)際的喘振測(cè)試，以此來(lái)獲得最真實(shí)的喘振曲線，在壓縮機(jī)入口無(wú)流量計(jì)時(shí)，會(huì)用入口的喉部差壓代替流量進(jìn)行計(jì)算，理論上喉部差壓與流量的平方成正比，具體步驟為：1.將壓縮機(jī)出口去下游的管道切斷，一般會(huì)在出口管道加裝盲板，因?yàn)榕艢鉄o(wú)法進(jìn)入下游，只能通過(guò)防喘閥放空，若防喘閥關(guān)小，則會(huì)造成出口壓力憋高、流量減小的情況，以此來(lái)模擬喘振的工況。2.保證防喘閥全開情況下，起動(dòng)壓縮機(jī)，用導(dǎo)葉調(diào)節(jié)合適的喉部差壓，然后緩慢關(guān)閉防喘閥，直至壓縮機(jī)的振動(dòng)出現(xiàn)不規(guī)則波動(dòng)，出口壓力出現(xiàn)周期性波動(dòng)，表明出現(xiàn)喘振征兆，需要迅速打開防喘振閥。3.控制室人員查看控制系統(tǒng)中的歷史趨勢(shì)，記錄下喘振發(fā)生時(shí)的進(jìn)氣溫度、排氣溫度、入口壓力、排氣壓力以及喉部差壓等參數(shù)，以此作為喘振曲線的一組數(shù)據(jù)。4.改變導(dǎo)葉開度，以不同的入口的流量，重復(fù)進(jìn)行2、3步驟，測(cè)試出不同工況下的喘振點(diǎn)。5.將各喘振點(diǎn)擬合，做出喘振曲線。防喘振控制方案喘振試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為喘振聯(lián)鎖線，工作點(diǎn)運(yùn)行到該線，判斷為已經(jīng)發(fā)生喘振，需要立即聯(lián)鎖停壓縮機(jī)，并將防喘閥電磁閥失電，因?yàn)殚y門故障開特性，防喘閥全開，以防止設(shè)備損壞；喘振線向右偏移5%作為保護(hù)線，工作點(diǎn)運(yùn)行到保護(hù)線上，判斷為即將發(fā)生喘振，聯(lián)鎖防喘閥電磁閥失電，閥門全開，使工作點(diǎn)快速遠(yuǎn)離保護(hù)線，但不停壓縮機(jī)，待機(jī)器工作穩(wěn)定后，可以再次關(guān)小防喘閥重新加載；喘振線向右偏移10%作為控制線。工作點(diǎn)離喘振線越遠(yuǎn)，越不容易發(fā)生喘振，但是過(guò)度的防喘振會(huì)導(dǎo)致大量氣體回流或者放空，造成能源的浪費(fèi)，因此正常運(yùn)行時(shí)需要將工作點(diǎn)控制在合適的區(qū)間里，如圖4所示。圖4壓縮機(jī)實(shí)際喘振曲線由于吸入氣體的溫度對(duì)喘振有一定的影響，溫度越高，壓縮機(jī)的性能越差，其他條件相同的情況下越容易發(fā)生喘振，因此，還需對(duì)實(shí)際的喉部差壓進(jìn)行溫度補(bǔ)償，補(bǔ)償?shù)綄?shí)測(cè)喘振曲線的入口溫度再進(jìn)行計(jì)算，具體補(bǔ)償公式如下（△P為喉部差壓）：霍尼韋爾系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)喘振保護(hù)1.PID功塊PID塊是防喘振保護(hù)中最重要的部分，PV引腳連接AI輸入即實(shí)測(cè)排氣壓力；OP引腳連接AO輸出即控制對(duì)象——定位器；SP引腳為被測(cè)量的設(shè)定值，在防喘振保護(hù)中會(huì)連接實(shí)際喉部差壓經(jīng)防喘振控制線計(jì)算得到的排氣壓力。在PID塊投入自動(dòng)后，PID塊通過(guò)比較PV和SP的偏差，去計(jì)算OP的輸出，使PV向SP靠近，從而實(shí)現(xiàn)將工作點(diǎn)控制在防喘控制線附近。SAFEOP引腳可輸入模擬量，輸入的范圍可在OP的范圍中任意輸入，由于防喘振中的PID塊OP引腳一般連接的是閥門的定位器，通常OP的范圍是0~100；SFIL引腳的作用是為了使PID無(wú)擾動(dòng)地投入自動(dòng)控制，當(dāng)SILF引腳為ON時(shí)，將OP強(qiáng)制輸出為SAFEOP的值并且將PID塊的模式切換為手動(dòng)，手動(dòng)狀態(tài)下SP跟蹤PV的值。如圖5所示。圖5PID塊2.折線塊折線塊只有輸入輸出兩個(gè)引腳，均用于連接模擬量，在設(shè)置中可以輸出若干組X-Y的值，多組X-Y的值可以組合成一段連續(xù)的折線，輸入值通過(guò)Y(X)的折線函數(shù)計(jì)算得到輸出值，在防喘振保護(hù)中將實(shí)測(cè)到的喘振點(diǎn)輸入X-Y的值中，輸入引腳連接經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)膲嚎s機(jī)喉部差壓值，輸出引腳的值就是通過(guò)喘振曲線計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)排氣壓力值，可作為聯(lián)鎖或者控制的參數(shù)引用，可連到上述PID塊的SP引腳，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)工作點(diǎn)的控制作用，如圖6、圖7所示。圖6折線塊圖7折線塊設(shè)置3.邏輯與運(yùn)算功能塊大于塊（GT）：比較IN[1]和IN[2]引腳，若IN[1]>IN[2]時(shí)，則輸出由OFF變?yōu)镺N。除法塊（DIV）：為數(shù)學(xué)運(yùn)算中的除法，OUT=IN[1]/IN[2]。最大值塊（MAX）：OUT輸出IN[1]、IN[2]中最大的值，如圖8所示。圖8大于塊、除法塊、最大值塊4.速率塊速率塊的P1和PV引腳用于連接模擬量輸入和輸出如圖9所示，作用是當(dāng)P1變化時(shí)，PV的值按一定速率變化到P1的值，這里的一定速率是通過(guò)PVROCPOSLM和PVROCNEGLM兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，PVROCPOSLM為上升速率限制，PVROCNEGLM為下降速率限制，速率的單位為“工程單位/分鐘”。通過(guò)速率塊可實(shí)現(xiàn)防喘閥的快開慢關(guān)，快開是為了能夠及時(shí)打開閥門防止喘振，慢關(guān)是為了調(diào)節(jié)工作點(diǎn)時(shí)使其慢慢靠近控制線，不至于因?yàn)檎{(diào)節(jié)過(guò)大而導(dǎo)致工作點(diǎn)撞到保護(hù)線，使電磁閥的聯(lián)鎖保護(hù)起作用。圖9速率塊5.手操塊手操塊一般用于手動(dòng)輸入給定OP的值如圖10所示，常用于手動(dòng)給定閥門開度。和PID塊一樣，手操塊也有SIFL和SAFEOP引腳，功能與PID塊的相同。圖10手操塊6.防喘振邏輯搭建（1）防喘控制線邏輯搭建如圖11所示，PdI1.PV表示壓縮機(jī)的喉部差壓實(shí)測(cè)值；PI1.PV表示壓縮機(jī)排氣壓力實(shí)測(cè)值；K表示溫度補(bǔ)償系數(shù)，下同。圖

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防喘振控制線邏輯示意一般，PID塊的模式應(yīng)處于CAS（串級(jí)）模式，該模式下SP值由折線塊賦值得來(lái)，屏蔽了SP的手動(dòng)寫入功能，使得喘振控制線啟用。壓縮機(jī)的喉部差壓經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償后，進(jìn)入防喘控制曲線的折線塊，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的排氣壓力設(shè)定值，設(shè)定值連入PID塊的SP引腳，與PV引腳所連的排氣壓力實(shí)測(cè)值比較而改變OP值。在操作員通過(guò)手操塊正常關(guān)小防喘閥時(shí)，由于速率塊對(duì)下降速率限制為1%/s，直接輸入目標(biāo)開度，防喘會(huì)慢慢地關(guān)小，此時(shí)的MAX塊高選輸出為手操塊的OP值，若工況發(fā)生波動(dòng)，排氣壓力實(shí)測(cè)值高于或快速接近SP引腳的值時(shí)，PID塊正作用將OP輸出值調(diào)大，當(dāng)PID塊的OP值大于手操塊的OP值時(shí)由PID塊接管閥門控制，由于速率塊對(duì)上升速率限制為100%/s，所以防喘閥需快速地打開，使工作點(diǎn)下移。（2）防喘聯(lián)鎖線邏輯搭建當(dāng)補(bǔ)償后的喉部差壓經(jīng)過(guò)喘振線的折線塊計(jì)算后，得到排氣壓力的計(jì)算值，當(dāng)實(shí)測(cè)的排氣壓力比計(jì)算值高時(shí)，引起壓縮機(jī)聯(lián)鎖停車，如圖12所示。圖12防喘振聯(lián)鎖線邏輯示意（3）防喘保護(hù)線邏輯搭建與喘振聯(lián)鎖線相似，當(dāng)排氣壓力高于保護(hù)線的折線塊