ZH系列離心空壓機的防喘保護

侯長波，李 楊，陳向英

引言

北京首鋼股份有限公司目前有19臺離心空壓機，都是阿特拉斯·科普柯公司生產的ZH系列三級壓縮機，該型機組具有排氣量大、效率高、運行穩定的特點，阿特拉斯特有的防喘保護是保障機組安全運行的關鍵。

1 空壓機工作流程

如圖1所示，過濾后的空氣經過IGV（入口調節閥），在一級壓縮后經過一級冷卻，進入二級壓縮，在二級冷卻之后進入三級壓縮，最后通過后冷卻器送出，必要時通過BOV（出口放散閥）進行壓力調節或防喘保護。

2 防喘判定及保護的方式

2.1 離心式空壓機的喘振

離心空壓機是靠葉輪的高速旋轉帶動氣體產生離心力并使氣體獲得動能，高速流動的氣體經過擴壓器減速增壓，動能轉化為勢能，實現氣體壓縮。而當壓縮機吸入氣量減小無法正常地輸出壓力或無法克服系統背壓時，氣流在葉片背部產生旋轉脫離，阻塞流道，出口壓力下降，此時高壓氣流從出口倒流，使擴壓器內壓力達到平衡，氣流又恢復正常輸送，如此頻繁反復的出現這種情況，使機組運行在非常不穩定的狀態，發出類似人喘的“呼哧”聲，同時機組振動增大，就是發生了喘振。

圖1 ZH離心空壓機工作流程示意圖

喘振對離心空壓機的危害非常大，可以損壞軸承、葉輪甚至轉子，造成巨大經濟損失，在日常運行中要避免機組發生喘振。由于喘振是離心空壓機本身的固有屬性，所以需要掌握機組的性能曲線，使機組運行在安全工況區域并預留安全余量，才能使離心空壓機安全穩定運行。

2.2 阿特拉斯ZH系列空壓機的喘振判定及保護方式

2.2.1 防喘線設定和工況點判定保護

（1）防喘線設定

該型機組取其第二級2個傳感器反饋的參數：Pdt19和Pdt20，其中Pdt19是用彎管流量計原理表示二級流量的參數，Pdt20表示二級壓差，形成了如圖2坐標系。設定防喘線時，關嚴全部氣路手動閥門，先把入口調節閥設定開度15%，然后緩慢關閉放空閥，在機組即將發生喘振時控制電腦記錄當時的Pdt19和Pdt20數值，確定為P1點，同理做IGV在80%開度的P2點，由此兩點形成了一條直線就是機組的喘振線，喘振線與X軸夾角的斜率是GAIN值，喘振線與Y軸交點的值是BIAS值。機組控制電腦將會把BIAS值下調一個安全余量A，生成一條喘振控制線，喘振控制線與Y軸交點是BIAS′，BIAS′=BIAS-A，其中 A=15×GAIN。

GAIN值和BIAS′值都可以手動微調，一般向增強機組保護的方向調整，比如減小BIAS′的值；反向調整需謹慎，否則可能導致機組無法正常工作。

在機組運行時，機組控制電腦通過監測運行工況點S的值，來判斷機組是否安全：

S=[(1000×Pdt19×GAIN)+BIAS]－Pdt20/0.01

圖2 喘振控制坐標系

（2）工況點判定和保護動作

當S＞0，即機組工況運行在安全區，這時機組按照設定的壓力正常工作；當-A≤S≤0，機組工況進入防喘保護區，放空閥和入口調節閥自動開始動作，增大閥門開度，使工況點逃離保護區，移向安全區；當S變化很大，S≤-A，此時機組進入喘振區，無論機組是否真的發生喘振，控制電腦都會發出指令使機組卸載，經過了前面保護調節后一般不會出現此種情況。

2.2.2 出口壓力波動判定保護

阿特拉斯ZH系列機組除了工況點判定喘振保護外，還有出口壓力波動判定保護。通過對三級出口壓力變化來判斷機組是否喘振，主要以slope↑和slope↓作為上下限定值，當三級出口壓力變化slope值超過限定范圍，機組控制電腦就判定為已經發生了喘振，計數器開始計數，如果短時間內（約1～2 s）計數6次，則控制電腦發出指令使機組卸載停機。slope限定值可調，如果希望機組反應靈敏增強保護，把限定范圍縮小；若不想要機組反應太敏感，可把限定范圍適當放大。

3 常見問題及處理方式

3.1 信號故障

如果傳感器Pdt19、Pdt20或與之有關的部件出現故障，會直接導致機組運行工況進入防喘保護區，機組保護動作甚至停機，包括取壓管開裂、接頭漏氣、傳感器進水、接線破損等，都會引發工況點進入保護區。處理時只要確定故障部件，進行更換即可。

3.2 氣路閥門故障

入口調節閥或出口放散閥如自身出現死機現象或物理卡澀，都可能導致機組喘振。入口調節閥打不開時機組吸入風量小，壓縮后沒有足夠的風量，無法克服系統背壓，工況點偏左進入保護區，又因調節閥無法打開而使工況進一步惡化導致機組進入喘振區而停機；出口放散閥不動作時，機組無法調節工況，也可能導致機組喘振。此種情況需要觀察入口調節閥和出口放散閥的控制電腦輸出值和現場反饋值是否一致，如不一致，可能是閥門故障，需進一步處理。

3.3 中間氣路堵塞

一級冷卻器或二級冷卻器風路堵塞時，也會導致流量降低，S值減小而發生喘振保護動作。此種情況容易判斷但不易處理，首先根據當時的S值和閥門開度，能判斷機組工況是否進入了保護區，根據出口壓力和管線壓力就能判斷是否中間氣路堵塞。而解決這一問題最好的方式是更換冷卻器芯子，其他方法比如清洗氣路等，效果視情況而定。

4 使用阿特拉斯ZH系列空壓機的幾點建議

（1）機組各傳感器尤其是參與喘振控制的傳感器都要定期校驗，相關部件也要一起檢查，有問題及時更換。

（2）雖然有時機組工況在保護區也能送風，但不允許長時間運行在保護區，出口放散閥的頻繁動作可能會引起喘振計數，若計數達到6次可觸發停機，影響后面工序的生產。

（3）空壓機的疏水器要定期清理，尤其在夏季潮熱時，疏水器堵塞會使壓縮冷凝水無法外排，進入下一級，沖刷葉輪導致機組振動甚至停機。

（4）空冷器氣路也要定期清洗，尤其是運行在惡劣環境下的機組，空冷器芯子的翅片中間更易結垢，可采用藥洗的方式清洗，注意洗液的pH值不能低于1.5，否則會加速腐蝕翅片，另外不可用超聲波清洗，否則翅片與冷卻水管離轂，冷卻效果大幅下降。

5 結語

阿特拉斯ZH系列空壓機結構緊湊，產氣量調節范圍大，只要按時維護保養，機組可穩定運行。該型機組的真實喘振一般是可預見和可控的，運行時注意監測其運行參數的變化，及時采取措施即可避免發生喘振。