离心式压缩机防喘振控制技术的应用

刘树娟

【摘 要】简要介绍了离心机的特点，举例介绍了离心机防喘振控制性能曲线、参数设定和控制方案，简要描述了离心机正常工况和异常工况的调控作用过程。

【Abstract】The characteristics of centrifuge are briefly introduced， and an example is given to introduce the performance curve， parameter setting and control scheme of anti-surge control of centrifuge. And the control process of centrifuge under normal and abnormal conditions is briefly described.

【关键词】离心机；安全线；控制线；旁路阀；入口导叶；防喘振

【Keywords】centrifugal compressor； safety line； control line； by pass valve； inlet guide vane； anti-surge control

【中图分类号】TH452 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）07-0133-02

1 离心机的特点

离心式压缩机是具有处理气量大、体积小、结构简单、运转平稳、维修方便等特点，应用范围广。但由于离心机本身结构所限，仍然存在短板，在压力高、流量小的场合会发生喘振，且不能从设计上予以消除。下面结合生产实际，介绍防喘振控制技术在某化工装置离心式压缩机上的应用情况。

2 离心式压缩机防喘振控制性能曲线

防喘振控制曲线见图1，纵坐标为出口气体压力，横坐标为出口气体流量。各控制线实现功能如下所述：

2.1 喘振线

喘振线是压缩机在不同工况下各对应喘振点的连线，它把性能曲线分成稳定区和不稳定区。

2.2 防喘振控制线FIC（BV）

机组正常运行时， 控制系统控制运行点在稳定区运行，为防止运行点接近喘振线，在喘振线的右侧平行地设置了一条防喘振控制线FIC（BV）。

喘振控制线是防喘振控制系统的基准线， 一般设定在喘振线右侧5%～15%处。它将压缩机喘振线右侧的区域划分为左右两部分， 即控制区域和安全区域。当压缩机运行在安全区域时， 出口流量大于防喘振控制线设定值， 控制器会自动关闭旁路阀BV。如果压缩机工况波动，工作点进入控制区域， 控制器的输出将使旁路阀BV开大，增大压缩机回流量， 将工作点拉回控制线上。

2.3 流量下限安全线（FAL）

为确保在极端工况、防喘振控制系统或阀门定位器等故障情况下也能保护机组， 在喘振线与控制线之间设置了一条流量下限安全线（FAL），当运行点到达安全线（FAL）时，旁路阀快速打开，提高入口流量，同时DCS上将旁路阀阀开度锁定在100%上，入口导流叶片阀开度锁定在0%上，压缩机卸载。

2.4 压力上限安全线（PAH）

为保护机组不超压，防喘振控制系统设置了一条出口压力上限安全线（PAH），当压力到达安全线（PAH）时，旁路阀快速打开，限制出口压力，同时DCS上将旁路阀阀开度锁定在100%上，入口导流叶片阀开度锁定在0%上，压缩机卸载。

2.5 负荷控制PIC（IGV）

操作人员通过PID调节器打开入口导叶，控制流量，调整负荷。

2.6 主电机电流控制（AIC）

设置PID调节器（AIC）控制主电机电流，同时与负荷控制PIC（IGV）调节器构成超弛控制，防止过载。

3 离心机防喘振控制方案

防喘振控制系统主要包括入口导叶开度调节回路、旁路阀调节回路、逻辑控制三部分，其控制方案如图2所示。

3.1 入口导叶开度调节

入口导叶开度用来调节压缩机进出口压力和循环气流量，满足工艺生产的需要，同时保证压缩机工作在稳定的工作区内。为防止过载，该控制采用出口压力与主电机电流超弛控制，低选后控制入口导叶。

3.2 旁路阀开度调节

通过旁路阀的打开，保证压缩机的实际负荷流量大于喘振边界线所对应的最小流量，防止喘振的发生。为防止出口流量波动对后系统造成影响，采用压缩机出口流量与循环气控制量超弛控制，高选后控制回流阀。其控制特点如下：

①建立REGPV点FTT1，对出口流量温压补偿后，作为防喘振调节器FIC1的测量值。

②根据出口压力计算得出防喘振控制線控制设定点建立REGPV点FY1，作为防喘振调节器FIC1的给定值。FY1计算公式：

FIC1.SP=QMAX*（1.09*PT1.PV+0.028） m3/h

③当压缩机运转时，防喘振调节器FIC1的控制模式通过逻辑点强制设定为CAS，且不可由操作人员操作，避免误操作导致压缩机防喘振控制系统失效。

3.3 联锁逻辑控制

设置两条安全线FAL、PAH，如果压缩机出口流量急剧变化，工作点越过喘振控制线，并继续向喘振线移动， 到达流量下限安全线（FAL）或者压力上限安全线（PAH）时，必须启动联锁系统，旁路阀全开。同时DCS上将旁路阀阀开度锁定在100%上，入口导流叶片阀开度锁定在0%上，压缩机卸载。

其中：FAL=QMAX*（1.09*PT.PV-0.028） m3/h

PAH=529kPa

防喘振保护逻辑图如图3所示。

4 作用过程描述

防喘振控制由防喘振调节器FIC1控制旁路阀FCV1（BV）实现，气体流量由FIC2控制旁路阀FCV1（BV）调节，压缩机负荷调整由出口压力调节器PIC1控制入口导叶开度PCV1（IGV）实现，压缩机过载控制由电机电流调节器AIC1控制入口导叶开度PCV1（IGV）实现。

当由于某种原因导致上述调节器动作仍不能降低出

口压力或者仍不能提高出口流量，以至于出口压力大于安

全线PAH时或者出口流量低于安全线FAL时，为防止喘振，联锁动作，旁路阀快速打开，同时DCS上将旁路阀阀开度锁定在100%上，入口导流叶片阀开度锁定在0%上，压缩机卸载。

5 结语

防喘振控制技术在齐鲁石化某生产装置上运行有效，曾在2018年因离心机出口压力过高成功卸载，避免了一次喘振故障。本文既可以作为生产装置员工深化培训的资料，也可以为其他同类型号的离心机制定防喘振控制技术方案提供借鉴。