离心式压缩机调速控制及转速冗余设置研究

离心式压缩机调速控制及转速冗余设置研究

曹铮 ,孙麒丰

单位：沈阳鼓风机集团自动控制系统工程有限公司 城市：辽宁沈阳  邮编：110000摘要：经济在快速发展，社会在不断进步，压缩机组是炼化行业生产过程中的重要一环,机组的调速控制能帮助机组运行在正常工况下并满足工艺要求。而机组的转速信号是检测、判断离心式压缩机运行状态、参与机组调速控制的重要信号。阐明了压缩机组的调速控制对保障机组正常稳定运行的重要性,分析了机组键相和转速测量实际情况,针对压缩机转速突然为零的情况提出了相应的解决方案,对操控压缩机组正常运行具有一定的指导意义。

关键词：调速控制;转速信号冗余设置;离心式压缩机

引言

压缩机是工业生产中经常使用的设备之一，其型号多种多样，离心式压缩机（也称为透平式压缩机）较为普遍。离心式压缩机主要通过叶轮旋转使气体产生离心力来提高转速，然后通过扩散器将转速转换成压强，从而获得所需压力。过去由于受到技术因素的限制，离心式压缩机工作效率不高，应用范围不广，仅应用于一些中低压力的场合，但近几年随着技术的发展和加工工艺的改进，尤其是与汽轮机的结合，使离心式压缩机不仅工作效率提高，而且气体打气量更大，应用范围更广。为使离心式压缩机更好地发挥作用，保证设备长周期运行，更需要做好设备的维修与保养管理工作。

1离心压缩机的基本原理

离心式压缩机的工作原理:当叶轮高速旋转时，离心力通过叶轮出口接收叶轮扩散器，提高压力能和运动能。当气体进入扩散器时，运动能产生的压力能进一步转化静压能，再通过弯道、回流器流入下一级叶轮进行压缩升压，直至气体压力满足工艺要求，离心压缩机内气体流动复杂，热力学和动力学参数（如压力、温度、体积比、内能动力学等）根据不同的通道而变化，同一区域内点之间的参数差异也不同。在绝对坐标平面上，由于旋转叶轮的气流，占据空间的任何点的参数都会周期性变化。

2离心式压缩机调速控制及转速冗余设置研究

2.1固定极限流量法控制系统研究

为达到控制流量或压力的目的，传统的无毒害且不燃气体压缩机设备通常采用放空等手段来控制流量，这些调节方式比较简单，但长期观察发现，这种方式会造成管网损耗，造成能源浪费，最终经济利益也会受损。因此设置了一个新的防喘振控制器，需要设置最大值，当压缩机吸入量小于固定值时，开启回流阀，将气体回流回压缩机，增大流量，防止喘振发生。对于工艺装置要求压缩机常态运行在远离喘振流量极限值时，通常采用固定极限流量法防喘振控制。

2.2转速目标值设定

转速目标值的设定需要考虑多个方面,具体如下。1)当转速目标值小于临界区上限值与50r/min之和且大于临界区下限值与50r/min之差即接近临界区时,或者当转速目标值小于当前模式转速量程下限值时,或者当转速目标值大于当前模式转速量程上限值时,这3项条件只要有一项满足,其转速目标值就可保持上一周期的值。2)当主电机启动时,其转速设定值须被设为启动转速初始设定值。3)当压缩机转入转出自动调速模式时,为实现无扰动切换,其转速设定值须跟踪当前实际转速值。4)当压缩机转入手动控制时,其转速设定值须跟踪当前实际转速值。5)当压缩机处于加速模式且当前实际转速值比转速设定值大1000r/min时,应把当前实际转速值当作转速设定值。6)压缩机出口压力对转速设定值的限定。若透平压缩机的出口压力不能够维持有效的入口流量,则会发生喘振。因此,当压缩机出口压力超过最高出口压力设定值时,其转速设定值会被设为当前转速,以防压力继续升高。同时以当前转速为限幅上限对转速设定值进行限定。7)速度目标值控制。若目标转速设定模块处于自动模式,则给出各段目标转速设定值;若处于手动模式,目标转速设定值的动作则靠实际转速设定值爬坡模块。8)实际转速设定值爬坡模块。实际转速设定值爬坡模块接收目标转速设定模块的目标转速信号及组态标志,产生实际转速设定值。9)手动调整转速设定值。当机组处于手动控制模式,不处于临界转速区且工作模式,为加速、运行、正常停机中的某种状态时,可按下监控中的4个调速按钮,分别将转速设定值增减50r/min和10r/min。其功能组态在监控组态中实现。

2.3加强对压力的监测与调控

离心式压缩机工作时内部的压力变化会导致其工作运行出现变化，对其压缩气体的效率和各个部件的正常运行都会产生一定影响，甚至会出现喘振的情况。因此，要想有效预防喘振现象的出现，就需要加强对离心式压缩机内部产生的压力监测，并且能够使防控装置随时以数据的形式将每时每刻的压力值进行记录保存，让工作人员随时掌握机器内部压力变化情况并且随时查验，及时根据数据掌握离心式压缩机的运行状况，或对一些机器的不良现象进行分析。而在防喘振控制系统的设计中，不仅要注重“防”，更要有“控”的功能，即除了加强压力监测的频率与准确度外，更需要对压力值设定标准，这个标准就是离心式压缩机在正常工作时内部的压力可控范围，并且设计安装触发装置，当实际监测得到的压力数值与标准值出现较大偏差时，就需要控制系统及时调节出口压力，从而使机器能够稳定安全的运行。

2.4避免气流激振力对转子系统的影响

（1）检查压缩机主轴。如果主轴正常，检查离心式压缩机的叶轮。如果被测叶轮上黏有异物或缺陷，则可能导致离心压缩机过度振动。面对这种现象，离心式压缩机的离心振动可以去除、清洗和安装。请注意，如果在此过程中某些零件损坏，则必须及时更换。（2）旋转体的两侧都是密封的，它们之间有压差。当气流通过闭合的高压进入低压时，当高速气流通过该过程时，旋转体产生外部激励，旋转体系统产生激励。离心式压缩机转子系统旋转期间，密封间隙的工艺气间隙在转子旋转方向之前旋转，当气流与旋转前的转子转速一致时，产生冲击力，冲击力用于转子系统。在这种情况下，在密封的两侧增加了工艺气搅拌器的结构，以避免增加旋转失效运动。（3）及时更换离心压缩叶轮材料。普通离心式压缩机有叶轮变形、叶轮损坏、压缩机气封损坏、转子摩擦大，在快速运行过程中容易氧化和腐蚀，可以用特殊材料代替合金材料，以避免因氧化或腐蚀造成的叶轮损坏或变形而导致压缩机振动。（4）用波纹管换热器代替普通列管冷却管。在离心式压缩机中，波纹管换热器增加了换热器的换热面积和减小水的用量，提高了设备的换热效果。此外，该设备的使用可以避免因大量工艺气流量而导致的快速冷却不足，它可以减少因工艺气管道的外力自由膨胀而引起的振动。

结语

压缩机机组是化工生产的重要设备,转速信号是压缩机组的重要运行指标。本文研究了某烷基化装置离心式压缩机组的基于TriconexITCC系统的主要调速控制,分析了转速信号故障后果,并对机组的键相和转速信号进行冗余设置。结果表明,此方案可以提高转速测量的可靠性,对相似装置压缩机组的转速信号故障处理具有借鉴意义。只有保障机组的调速控制系统稳定运行,才能保证生产安全、稳定,才能保证机器长周期、满负荷运转,才能保证产出优质产品,最终实现节能增效目标。

参考文献

[1]刘经伟,王芝荃.电动机驱动的离心压缩机两种变速装置的比较[J].风机技术,2010(4):53-58.

[2]王龙.液力调速与变频调速的运行分析[J].河北煤炭,2009(1):33-34.

[3]周世军,孙健.SIS故障分析以及应对策略[J].工业仪表与自动化装置,2016(6):87-90.

[4]楼建忠.大型旋转机械振动监测系统的研究[D].杭州:浙江大学,2005.