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        主風機防喘振控制系統(tǒng)研究

        2013-09-09 01:02:58彭上
        關(guān)鍵詞:軸流式靜葉差壓

        彭上

        1.喘振的概述

        1.1喘振概念

        每一臺壓縮機都有自己的喘振區(qū)。

        正常情況下壓縮機出口排出壓縮氣體供至系統(tǒng)管網(wǎng),但當壓縮機入口流量小于此工況下喘振點的入口流量時(即壓縮機工作在喘振區(qū)域內(nèi))將會在壓縮機葉片上產(chǎn)生氣體脫離,使出口流量很不穩(wěn)定,機子便會發(fā)生喘振,若喘振不及時扼制的話,還很容易產(chǎn)生逆流現(xiàn)象(一般喘振是逆流的前奏),這時對主風機的破壞將會十分嚴重。

        1.2喘振的危害

        (1)喘振對主風機的軸封損壞較大,由于密封的損壞,使?jié)櫥透Z入流道, 影響冷卻器的效率。嚴重的喘振很容易造成轉(zhuǎn)子軸向竄動,燒壞止推軸瓦,葉輪有可能被打碎。嚴重時可使風機遭到破壞,此外,還會損壞齒輪箱、電動機以及連接壓縮機的管線和設備。

        (2)喘振給生產(chǎn)操作帶來很大的混亂,如處理不當,會造成各種嚴重的惡性事故,如催化劑倒流等。

        (3)對于大型軸流式風機來說,喘振的危害性更大。

        1.3壓縮機喘振的預防

        壓縮機防喘振的措施很多,但催化裂化裝置中最簡便的防喘方法是主風機出口放空。變速運行的離心式主風機和大型軸流式主風機采用隨動(自動)防喘振流量控制系統(tǒng),因為它們的特性曲線較復雜,且工作中存在一定的客觀因素(例如:操作工因出去掛牌或未注意操作等情況下,喘振發(fā)生時再等人來給定,就已經(jīng)遲了)所以不能人為給定,必須根據(jù)主風機的不同工況(壓縮比、出口壓力、轉(zhuǎn)速)沿防喘振線自動改變防喘振流量調(diào)節(jié)器的給定值,在壓縮機還未達到喘振點以前,提前打開出口放空閥,達到及時防止機組出現(xiàn)喘振的目的,防喘振線一般設置在喘振線以下,留有5%~10%防喘振余量。變速運行的離心式主風機和恒速運行的可調(diào)靜葉軸流式主風機的防喘振線是一條近似的直線。變速運行的可調(diào)靜葉軸流式主風機的防喘振線是一個面,處理比較復雜。但在一般轉(zhuǎn)速不大的情況下,仍可簡化為一條直線或折線。

        2.軸流式壓縮機的概述

        2.1軸流式壓縮機的定義

        氣體在壓縮機氣缸中沿軸向流動的壓縮機稱為軸流式壓縮機。

        2.2軸流式壓縮機的組成

        由機殼、靜葉、轉(zhuǎn)子、軸封和軸承組成。

        2.3軸流式壓縮機的喘振現(xiàn)象

        當軸流式壓縮機沿著性能特性曲線減少流量時,壓縮機和管路中全部氣體流量和壓力將出現(xiàn)周期性地低頻大振幅的上下波動,這種頻率低、振幅大的氣流脈動一經(jīng)產(chǎn)生,則導致流經(jīng)整個壓縮機的連續(xù)、穩(wěn)定的流量被完全破壞,并伴隨以強烈的機械振動。

        3.1#催化B101主風機防喘控制系統(tǒng)

        喘振是壓縮機的固有特性,但它的發(fā)生卻具有極強的破壞性,因此,為防喘振的發(fā)生,對壓縮機設置防喘振控制系統(tǒng)是很有必要的,而若要使防喘振控制系統(tǒng)切實、有效地工作,關(guān)鍵是準確的確定壓縮機的防喘振控制曲線,我廠1#催化1#主風機采用的是軸流式可調(diào)靜葉壓縮機。下面以此壓縮機為例,介紹一下軸流式壓縮機防喘振曲線的確定及其控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。

        B101主風機采用陜西鼓風機廠引進瑞士SULZER公司技術(shù)生產(chǎn)的可調(diào)靜葉軸流式壓縮機(型號:AV56-11),其啟動特性如下:

        (1)靜葉關(guān)閉角α關(guān)=15°,在此角度下靜葉處于全關(guān)位置。

        (2)最小安全運行α小=22°,是最小可調(diào)靜葉角度。

        (3)最大可調(diào)靜葉角度α大=79°。

        靜葉角度正常操作范圍為22°-79°,通常稱為操作角。該壓縮機為電機拖動的可調(diào)靜葉軸流式壓縮機,轉(zhuǎn)速恒定時,流量調(diào)節(jié)通過靜葉角度無級調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。

        4.1#催化主風機防喘振控制方案

        4.1測量值

        壓縮機入口流量對應的喉管差壓FIT3410。

        因為壓縮機入口流量對應的喉管差壓低于壓縮機喘振點對應的入口流量差壓時,壓縮機會發(fā)生喘振,我們控制這個喉管差壓使之恒定在壓縮機的正常工作范圍內(nèi),這樣就控制了喘振的發(fā)生,當壓縮機空負荷試車時,但出口防空閥全開,其靜葉角度開至最小時,出口流量二分之一所對應的喉管差壓值為設計院經(jīng)驗判斷點,在B101壓縮機首次運行時,測得判斷點喉部差壓為1067Pa,故將進入ESD的喉部差壓下限設定值設定為1067Pa(16.0kpa的6.67%)此設定值是判斷機組喘振的重要值。

        喉部差壓(dpt)若突然下降至設定點以下是ESD(自保器)判斷機組發(fā)生喘振的關(guān)鍵依據(jù),當喉部差壓小于下限設定值,且時間持續(xù)3秒以上或在20秒內(nèi)發(fā)生兩次持續(xù)時間1-3秒的低差壓信息,都將判斷為機組發(fā)生喘振,ESD將自動進入安全運行,機組喘振如再持續(xù)10秒(再持續(xù)10秒鐘的喉部低差壓信息),ESD將自動進入緊急停車。

        4.2給定值

        壓縮機喘振點的差壓dpt理%+7%的偏置作為給定值。

        這個理論值與以下參數(shù)有關(guān):靜葉角度、入口溫度、壓縮機出口壓力,這三個參數(shù)發(fā)生變化,正常的工作流量也發(fā)生變化。我們可以通過以上三個參數(shù)的關(guān)系式的綜合計算得出這個dpt理%,鑒于在機組運行中不存在人工改變設定值的可能性,本系統(tǒng)在設計過程中,對設定值的系統(tǒng)按照以下原則進行設計,即經(jīng)調(diào)節(jié)器內(nèi)部有關(guān)模塊計算出機組在靜葉角、出口壓力和入口溫度等條件下,機組喘振點的理論值dPt理%(即喘振流量對應的喉部差壓)。dPt理%加上7%的偏置值(即將喘振曲線向安全區(qū)平均移動7%,以使壓縮機能更安全)就可以作為防喘振調(diào)節(jié)器的設定值。

        4.3通過以上設計可以達到機組正常運行時防喘振的目的,但在設計時,還有兩種特殊情況要考慮,即:

        (1)壓縮機開機時,入口流量是由零慢慢上升到正常值的。

        (2)壓縮機在倒機退出系統(tǒng)時,入口流量是由正常值慢慢下降為零。

        在這兩種情況下,必須用手操器人為控制防喘閥的開度,由于有兩個防喘閥A(大閥)、B(小閥),所以對應有兩個手操器,此時為了防喘控制系統(tǒng)仍起作用,就將兩硬手操的輸出返回到調(diào)節(jié)器與其防喘輸出進行低選后再送至防喘閥,這樣在開機、倒機及運行的情況下,都能實現(xiàn)機組的防喘振作用。

        5.方案的實施

        由于以前二次表的調(diào)節(jié)器是PMK,PMR內(nèi)部模塊連接復雜,儀表維護量大,隱患較多,操作不方便,于2013年對主風機進行了改造,直接通過DCS組態(tài)、操作,平面直觀,維護方便。

        DCS實現(xiàn)防喘控制的具體方案:

        5.1非喘振時

        靜葉角度ZT3410、入口溫度TI3410、壓縮機出口壓力PT3410通過DCS內(nèi)部計算出dpt%,將此值與喉部差壓實測值進行比較后輸出“0”(因為此時喉部差壓實測值大于dpt%理論值)之后分為兩路,一路送到輸出自動防喘PID值,與軟手操器FK3410低選后輸出到現(xiàn)場防喘閥A閥的定位器,手操器FK3410B(小閥)與它經(jīng)過低選后送到現(xiàn)場防喘閥B的定位器,另一路經(jīng)過邏輯運算后輸出“1”的信號到復位鍵。

        5.2當喘振時

        因為實測的喉部差壓值%≤dpt%的理論值,視為喘振的發(fā)生,將此值與喉部差壓比較后輸出“1”(因為此時dpt%≥喉部差壓實際值)之后分為兩路,一路經(jīng)過運算輸出一個7%+3%×N的計算結(jié)果進行限幅后,送到PV(喉部差壓的實際值%)輸出自動防喘PID輸出值與手操器FK3410A(大閥A)低選后輸出到現(xiàn)場控制閥A的定位器,同時與FK3410B(小閥)后送到現(xiàn)場防喘閥B的定位器,另一路經(jīng)過邏輯運算后輸出一個“0”的信號到復位鍵。

        【參考文獻】

        [1]1#聯(lián)合裝置DCS操作手冊.

        [2]石油化工自動化.

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