1離心壓縮機(jī)的喘振

　　喘振是離心壓縮機(jī)的一種特殊現(xiàn)象。任何離心式壓縮機(jī)在某一固定的轉(zhuǎn)速下，都有一個(gè)*高工作壓力。在此壓力下，有一個(gè)相應(yīng)的*低流量。

　　當(dāng)離心壓縮機(jī)出口的壓力高于此數(shù)值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生喘振。

　　在進(jìn)入喘振范圍時(shí)，壓縮機(jī)不能產(chǎn)生與排出管線中設(shè)計(jì)確定的相同壓力，在短時(shí)間里將以相反方向通過壓縮機(jī)。產(chǎn)生倒流后，排氣壓力迅速下降。而出口壓力降低后，又可恢復(fù)正常供氣量。

　　如操作條件不能迅速改變，會(huì)出現(xiàn)倒流現(xiàn)象。這樣反復(fù)的過程即為壓縮機(jī)的喘振。

　　喘振發(fā)生時(shí)機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)，造成壓縮機(jī)迷宮密封的損壞，使?jié)櫥透Z入流道，影響冷卻器或冷凝器的效率。嚴(yán)重的喘振很容易造成轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)，燒壞止推軸瓦，更嚴(yán)重時(shí)可使壓縮機(jī)遭到破壞，損傷齒輪箱、電機(jī)及連接壓縮機(jī)的管線和設(shè)備。為保護(hù)設(shè)備，保證生產(chǎn)安全運(yùn)行，離心式氨壓縮機(jī)的防喘振控制，是機(jī)組控制中非常重要的部分。

　　2氨壓機(jī)原有的防喘振控制

　　酮苯氨冷凍站氨壓機(jī)均為西德波爾齊克（BORSIC）公司的離心式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)系統(tǒng)控制基本是引進(jìn)國外技術(shù)。氨壓機(jī)原有兩個(gè)防喘振控制閥：一個(gè)為冷流防喘振閥，氨壓機(jī)總出口的氣氨經(jīng)冷卻后，返回壓縮機(jī)入口的氨分離器；一個(gè)為熱流防喘振閥，氨壓機(jī)總出口溫度為123的氣氨直接返到壓縮機(jī)入口的氨分離器。冷流防喘振控制閥是以一段入口的吸入壓力為信號(hào)，自動(dòng)控制閥的開度，以保證吸入流量為一定，使機(jī)組不喘振。而熱流防喘振控制閥為遙控控制，以用于負(fù)荷變化過大或在開車階段負(fù)荷尚未建立時(shí)保證機(jī)組正常運(yùn)行。

　　以上的防喘振控制方案采用的是固定極限流量的防喘振控制方法。該控制原理是使壓縮機(jī)的流量始終保持大于某一定值流量，從而避免進(jìn)入喘振運(yùn)行。

　　該控制方案的優(yōu)點(diǎn)是控制系統(tǒng)簡單，使用儀表較少，系統(tǒng)可靠性高。其缺點(diǎn)是壓縮機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)投運(yùn)過早，回流量較大，因此，能量損耗較大。

　　為保護(hù)機(jī)組，降低能耗，避免防喘振閥頻繁開關(guān)，在實(shí)際操作中，該機(jī)組的控制經(jīng)常是將防喘振閥置于手動(dòng)位置，當(dāng)壓縮機(jī)負(fù)荷不低于設(shè)計(jì)工況時(shí)，不打開防喘振閥，而當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較小，電機(jī)功率低于額定功率1250kW時(shí)，則手動(dòng)將防喘振閥打開，保證機(jī)組在不低于額定工況下運(yùn)行，防止喘振。這樣，機(jī)組的控制不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精確的控制，機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，且當(dāng)氨系統(tǒng)由于事故原因使冷凝壓力突然上升或蒸發(fā)壓力突然下降，從而使機(jī)組吸入氣量過小時(shí)，不能及時(shí)有效的避免機(jī)組發(fā)生喘振，不利于安全生產(chǎn)。

　　3改造后的氨壓機(jī)防喘振控制

　　為了減少壓縮機(jī)的能量損耗，本次改造增上了機(jī)組CCC防喘振控制系統(tǒng)。此控制系統(tǒng)的理論為可變極限流量的防喘振控制方案，使防喘振調(diào)節(jié)器沿著喘振曲線右側(cè)的一條安全操作線工作，盡量減少打開防喘振閥，降低能量損耗。

　　首先，為了使操作盡可能的靠近喘振點(diǎn)工作，盡量降低能耗，又可確保機(jī)組不發(fā)生喘振， CCC公司在試車前，在機(jī)組聯(lián)鎖自保系統(tǒng)完好的前提下，改變?nèi)肟诨虺隹趬毫Γ藶槭箼C(jī)組發(fā)生喘振，實(shí)測(cè)出三點(diǎn)機(jī)組在不同條件下的喘振點(diǎn)，把三點(diǎn)平滑的連接起來，即得到機(jī)組的喘振曲線。

　　其次，是在喘振線的右側(cè)，做出一條安全操作線，使防喘振調(diào)節(jié)器沿著喘振極限流量右側(cè)的一條安全操作線工組。為此，一是要獲得描述這一條安全操作線的數(shù)學(xué)方程，二是通過儀表實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)算規(guī)律，組成可行的控制方案。

　　CCC公司采用數(shù)學(xué)模擬法，用數(shù)學(xué)式來逼近喘振線。

　　a和b的數(shù)值是由壓縮機(jī)的特性所決定的。

　　根據(jù)防喘振保護(hù)曲線公式進(jìn)一步分析有關(guān)參數(shù)的相互關(guān)系，假定在壓縮機(jī)的進(jìn)口端測(cè)量流量Q1，測(cè)得差壓是P 1， P

　　1 = P 1 M / zRT 1式中： P 1 -絕對(duì)壓力；M -分子量；z-壓縮因子；R-氣體常數(shù)；T 1 -絕對(duì)溫度；1 -重度。

　　： C= M / zR ，是一個(gè)常數(shù)。

　　式中a和b值的確定，是根據(jù)實(shí)測(cè)的機(jī)組的防喘振曲線，在右側(cè)留出14%的安全余量，做出一條完全平行的曲線，即為防喘振控制曲線，再根據(jù)控制曲線流量與壓縮比的對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)多次擬合，確定出a和b的值。

　　中曲線b為模擬的防喘振控制曲線，安全余量為14%.曲線c為機(jī)- 501在設(shè)計(jì)條件下機(jī)組的運(yùn)行曲線。A點(diǎn)為實(shí)際操作點(diǎn)。

　　此控制方案是采用在吸氣管路上設(shè)置節(jié)流調(diào)節(jié)閥，當(dāng)負(fù)荷減小，入口壓力降低時(shí)，首先使用入口調(diào)節(jié)閥節(jié)流。吸氣管節(jié)流后，在轉(zhuǎn)速不變時(shí)，氨壓機(jī)的體積流量和壓縮比的特性曲線不變。但由于吸入壓力減小，氨壓機(jī)的重量流量和排氣壓力將和吸入壓力成比例地減少。

　　隨吸氣管的節(jié)流，氨壓機(jī)的排氣壓力和重量流量的關(guān)系將在連接工作點(diǎn)A和原點(diǎn)的直線上變化，對(duì)喘振點(diǎn)，也即進(jìn)口節(jié)流的喘振線是連接原點(diǎn)和某一節(jié)流開度處測(cè)得的喘振點(diǎn)的放射線。

　　由此可看出，進(jìn)口節(jié)流后流量的安全下限也降低，穩(wěn)定操作范圍增大，壓縮機(jī)就減少了出現(xiàn)喘振的可能。當(dāng)操作點(diǎn)已移至安全操作線上，而氣量還需進(jìn)一步減少時(shí)，再打開冷流防喘振閥，使旁路循環(huán)的氣量與生產(chǎn)所需的氣量之和，比喘振點(diǎn)的流量稍大一些，以避免壓縮機(jī)進(jìn)入喘振范圍。

　　若冷流防喘振閥閥全開后，仍不能使操作點(diǎn)在安全區(qū)內(nèi)運(yùn)行，則再打開熱流防喘振閥，增加氣氨循環(huán)量，以避免機(jī)組發(fā)生喘振。

　　4改造的主要內(nèi)容

　　（ 1）增上了美國CCC公司的系列4防喘振控制系統(tǒng)。

　?。?2）根據(jù)CCC控制系統(tǒng)的要求，完善了機(jī)組入口溫度、各段出口的溫度、壓力指示儀表及總出口的流量測(cè)量儀表。且為了減少壓縮機(jī)入口壓力損失，入口流量測(cè)量元件將原有的孔板更換為文丘里。

　?。?3）更換了氨壓機(jī)系統(tǒng)的五臺(tái)熱流防喘振閥和兩臺(tái)冷流防喘振閥。

　　CCC控制系統(tǒng)能否有效的避免機(jī)組喘振，防喘振閥的運(yùn)行起著非常重要的作用。為了實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)， CCC控制系統(tǒng)對(duì)防喘振控制閥作了特殊要求：

　　防喘振控制閥正常操作時(shí)CV值為壓縮機(jī)特性曲線與防喘振保護(hù)線交點(diǎn)處流量CV值，防喘振控制閥的選定CV值為此數(shù)值的1. 8 2. 2倍。

　　防喘振控制閥要求控制死區(qū)小于1%，全行程開關(guān)時(shí)間小于2秒。

　　根據(jù)以上要求，改造中將五臺(tái)氨壓機(jī)的熱流防喘振閥及冷流防喘振閥全部更換為FISHER公司的EZ系列調(diào)節(jié)閥。

　?。?）為了既保證防喘振閥控制精度，又?jǐn)U大防喘振控制閥的控制范圍，經(jīng)與CCC公司研究，制定的防喘振控制方案是當(dāng)進(jìn)入喘振保護(hù)曲線時(shí)，首先開啟冷流防喘振閥，如仍不能滿足防喘振要求，再依次調(diào)節(jié)熱流防喘振閥，入口蝶閥。這樣在保證防喘振閥控制精度的同時(shí)，又?jǐn)U大防喘振控制閥的控制范圍，這種控制方案在常規(guī)控制系統(tǒng)中是無法實(shí)現(xiàn)的。

　　5改造后效果

　　1999年7月實(shí)施改造，并于9月一次開車成功，連續(xù)運(yùn)行后，效果非常顯著。

　?。?1）冷凍站的負(fù)荷調(diào)節(jié)及機(jī)組的防喘振控制全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，機(jī)組及各部分工藝參數(shù)運(yùn)行平穩(wěn)，并可根據(jù)機(jī)組運(yùn)行曲線圖，直觀的監(jiān)測(cè)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了機(jī)組運(yùn)行的平穩(wěn)及安全可靠性。

　　（2）采用可變極限流量的控制方法，有效的控制了氣氨回流量，大大降低了機(jī)組的功耗，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　以下為氨冷凍站氨壓機(jī)系統(tǒng)改造前后的操作條件和耗電量的比較。

　　1999年10月份酮苯脫蠟裝置原料平均處理量為72. 2t/ h，由表（ 2）中數(shù)據(jù)可看出，改造后氨壓縮機(jī)總的功率消耗為3805kW h，則氨壓機(jī)部分的電耗為52. 7kW h/ t原料。

　　1998年10月份酮苯脫蠟裝置原料平均處理量為67. 08t/ h，氨壓縮機(jī)總的功率消耗為3805kW h，則氨壓機(jī)部分的電耗為68. 3kW h/ t原料。

　　通過改造前1998年10月份與改造后1999年10月份的操作情況對(duì)比，可看出改造后氨冷凍系統(tǒng)的電耗由改造前的68. 3kW h/ t原料降低為52. 7kW h/ t原料，降低了15. 6kW h.