富氣壓縮機組防喘振系統的改造設計

劉 娜

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

0 引言

由于用戶工況參數的改變導致延遲焦化裝置富氣壓縮機組長期運行于小流量下，導致防喘振閥門開啟開度一直在12%～39%，這樣的結果直接導致用戶嚴重經濟損失。鑒于此，對于此臺機組進行了定子等技術的改造并重新改變防喘振計算方案設計，目的在于能夠使壓縮機組適應現在的小流量運行工況，關閉防喘振閥門運行。

1 防喘振閥門開啟原因

原富氣壓縮機設計正常工況為14000Nm3/h，進口壓力為0.035MPa（G），進口溫度40℃，出口壓力1.4 MPa（G），出口溫度114.3℃，分子量34.2。而實際現場工況流量只有10000Nm3/h，進口壓力為0.052 MPa（G），分子量34.903。依據數據來看，流量減少幅度比較大，導致機組一直位于喘振區，從而導致防喘振閥門開啟。為了便于說明，根據原設計計算的防喘振曲線如圖1 和圖2 所示。

本機組原來配置一臺防喘振調節閥，采用兩段防喘振曲線在TS3000 控制系統中低選輸出4～20mA 信號控制防喘振閥門。圖中“X”點即為10000 Nm3/h 流量下的工作點，但是由于離心壓縮機組程序不存在防喘振曲線左面的工作點，也就是在實際生產中不會出現此小流量下不打回流的情況出現，由于程序計算不出防喘振閥門關閉下10000Nm3/h 流量下的壓縮機段出口壓力，所以這個段出口壓力是用戶實時監控下的截屏數據，這個數據是在打開防喘振閥門時的出口壓力算得的壓比。

圖1 壓縮機一段防喘振曲線Fig.1 The one section anti surge curve of compressor

圖2 壓縮機二段防喘振曲線Fig.2 The two section anti surge curve of compressor

由上圖可看出機組在10000Nm3/h 流量工況下運行，處在喘振線左側控制系統，必然輸出開閥信號使防喘振閥門開啟。

2 防喘振系統改造方案

2.1 喘振的定義

在壓縮機流道中，由于工況改變，流量明顯減少，而出現嚴重的旋轉脫離失速，形成突變型失速時，流動情況會大大惡化。這時工作輪雖仍在旋轉，對氣體作功，但卻不能提高氣體的壓力，于是壓縮機出口壓力顯著下降。由于壓縮機總是和管網系統聯合工作的，如果管網容量較大，其反應不敏感，這時管網的壓力并不馬上減低，于是可能出現管網中的壓力反大于壓縮機出口處壓力的情況。因而管網中的氣體就向壓縮機倒流。一直到管網中的壓力下降至低于壓縮機出口壓力而止。這時倒流停止，氣流又在葉片作用下正向流動，壓縮機又開始向管網供氣，經過壓縮機的流量又增大，壓縮機恢復正常工作。但當管網中的壓力不斷回升，又回復到原有水平時，壓縮機正常排氣又受到阻礙，流量又下降，系統中的氣體又產生倒流。如此周而復始，在整個系統中發生了周期性的軸向低頻大振幅的氣流振蕩現象，這種現象稱之為壓縮機的“喘振”。

2.2 防喘振系統改造方案的建立

由于喘振會造成壓縮機轉子斷裂，密封及軸承損壞等非常嚴重的后果，經我公司工藝專家對本體重新核算比較，給出了一個最大限度節約成本的方案，改變部分定子元件實現現有工況的穩定運行。儀表方面通過TS3000 控制系統將壓縮機性能曲線由Pd-Qs 坐標轉換至Pd/Ps-h/Ps%坐標平面。發生喘振時系統將自動調整喘振控制線安全邊界，喘振發生一次，喘振控制線向右調整一次安全邊界。當實際操作點遠離喘振控制線時，浮動設定點將按一定速率跟蹤操作點，并使它們之間保持一個固定距離，當流量突然減小，實際操作點突然向喘振區移動并越過浮動設定點時，防喘振閥門快速按流量變化的程度打開。在防喘振控制系統中，防喘振控制基本方法仍然采用最小流量限控制，但是針對不同的情形采用不同的對策，加之先進的軟件系統和可靠硬件配置。依據性能曲線設置喘振線SCL,它相對喘振線SL 留有一定的防喘安全裕度，當運行工況點緩慢移動到SCL 線時，控制器開啟防喘振調節閥，回流一部分氣體，防止喘振的發生。在喘振線SL 和SCL 之間設一條快開閥控制線RAMP。當以上回路仍未能止住運行工況點的移動時，控制器向防喘振調節閥發出開啟的階躍信號，將閥門全開。

控制系統防喘振計算與Pd，Ps，Ts，Td，h 有關，對高橋公司的富氣機組原現場儀表及防喘振閥門，流量計等根據現有工況及預計工況進行核算。由于機組壓力溫度變化較小而且在當初設計儀表時已經留有余量，所以現場的壓力變送器及鉑熱電阻等可以利舊處理。經核算由于流量減少過多按現在的10000Nm3/h 正常流量計算出的刻度流量僅為12500Nm3/h，原正常流量下14000Nm3/h計算出的刻度流量為20000Nm3/h，若按原節流元件勢必會影響測量精度，所以節流元件需更換。現場工況流量減少，防喘振流量也減少，如果用原來的防喘振閥門，在防喘振流量下閥門開度不理想，又由于機組為改造機組，改造原則要求做到克服原來的缺點,盡可能地適應原來的系統，讓新系統與其它相關聯系統最好是無縫連接。由于管道陳舊所以綜合考慮在不改變閥體尺寸的情況下改變了閥門的結構形式。根據最新的性能曲線計算出的防喘振曲線如圖3 和圖4 所示。

圖3 改造后壓縮機一段防喘振曲線Fig.3 The one section anti surge curve of compressor after reconstruction

Fig.4 改造后壓縮機二段防喘振曲線Fig.4 The two section anti surge curve of compressor after reconstruction

3 結束語

改造之后的壓縮機運行工作點都位于喘振線的右側，在壓縮機正常工作范圍內。改造保證了壓縮機組的完整性，只更換其中一小部分元件和控制系統參數更新便實現了防喘振閥門關閉的目的，達到了預期的效果有效地節約了能源。

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