实现压缩机的防喘振特点

　　1防喘振控制系统简介

　　11防喘振控制系统仪表构成

　　美国CCC公司以SERIES3PLUS仪表为基础，针对离心式压缩机不同的使用工况及控制要求，共开发出了24种防喘振方案。该公司压缩机的防喘振控制系统选用了其中的FA32控制方案，由透平机速度调节器ST输出的压缩机转速信号N，压缩机的一级吸入流量差压信号p，压缩机的排出压力信号pd，压缩机吸入压力信号ps被分别输送到防喘振调节器UIC输入通道。防喘振调节器的输出信号被送到阀门定位器FY，用来控制调节阀FV的开度。

　　12防喘振调节器的控制功能软件结构

　　为了发挥SERIES3PLUS仪表的控制软件优势，保证压缩机安全，平稳，高效地运行，结合压缩机的实际情况，该公司的防喘振控制功能软件采用了以下组合：1）PI算法；2）标准微分响应；3）RECYCLETRIP响应；4）SAFETYON响应；5）排出压力极限PI控制；6）后备策略控制。

　　2防喘振调节器的控制功能软件

　　SERIES3PLUS仪表根据压缩机运行曲线的特点，通过控制防喘振调节阀的开度调节压缩机运行点O与防喘振控制线SCL之间的相对距离（如图2），来达到阻止压缩机运行点进入喘振区域的目的。但压缩机的运行点到SCL线的相对距离是无法直接测量的，必须通过多个函数来进行计算。根据BABCOCK公司的压缩机设计与制造手册知：防喘振控制功能线图SREIES3PLUS仪表根据内部组态的多变压头特性函数曲线可计算出Ss的大小。由于压缩机运行点到喘振极限线SLL的相对距离为（1-Ss），因此当Ss=1时压缩机运行点在SLL线上；当（1-Ss）<0时压缩机运行点在SLL线左侧，运行点进入了喘振区；当（1-Ss）>0时压缩机运行点在SLL线右侧。在防喘振控制中，当压缩机吸入流量较低时，往往需要一个足够的循环量来保证压缩机不发生喘振，但是另一方面又要求压缩机的防喘振调节阀开度尽可能小，以使压缩机的能量消耗*小，效率*高。为了妥善处理这两者关系，在防喘振控制方案中设置了防喘振控制线SCL（如图2）。

　　该线是通过在SLL线上增加安全裕度值b而形成的。同理，设压缩机运行线OPL的斜率与防喘振控制线的斜率之比为S，则压缩机运行点到防喘振控制线SCL的相对距离DEV=1-S，压缩机运行点到喘振极限线SLL的相对距离等于压缩机运行点到防喘振控制线SCL的相对距离加上安全裕度值，即（1-Ss）=（1-S+b）。当S=1时，压缩机运行点在SCL线上；当（1-S）<0时压缩机运行点在SCL线左侧，运行点可能进入喘振区，压缩机吸入流量必须增大；当（1-S）>0时压缩机运行点在SCL线右侧，压缩机吸入流量可以安全地减少。

　　21防喘振调节器的PI控制算法

　　由于PI控制算法用于防止较小，较缓慢的干扰十分有效，因此SERIES3PLUS仪表选用PI算法去克服压缩机运行过程中常见的较小，较缓慢的干扰，通过PI算法始终尽可能地维持压缩机运行点工作在防喘振控制线SCL上。

　　22防喘振调节器的标准微分响应

　　压缩机在正常运行中，运行点基本上在SCL线附近，如果压缩机的安全裕度值b能尽量保持较小，这样压缩机运行的效率就较高。当压缩机运行点在一个较大的干扰作用下快速移向喘振区时，压缩机安全裕度值如能迅速增加，则再通过PI算法可阻止压缩机快速进入喘振区。SERIES3PLUS仪表就是通过标准微分响应这一功能使压缩机的安全裕度值瞬时迅速增加，这样就能保证压缩机此时有足够的安全裕度值来削弱这种干扰给正常运行带来的影响。

　　故在标准微分响应算式中，当Ss的导数为正时（即压缩机运行点向左移动），标准微分响应的输出值将自动选择已被计算出来的*大值。如果其导数减小，则标准微分响应输出值保持不变。然而当其导数值为负时（即压缩机运行点向右移动），标准微分响应值将以仪表内部所设定的常数AG（AG =0.5）为斜率逐步减小至0.当压缩机运行点移动到RTL线左侧时，标准微分响应中止。

　　23防喘振调节器的RECYCLETRIP响应

　　RECYCLETRIP响应是用于阻止对于PI算法过快，过大并使压缩机运行点越过RTL线的突变脉冲干扰，以进一步保护压缩机不会因此而出现喘振。因RTL线是在SCL线上附加RT值（RT=15）

　　来确定的，因此压缩机运行点到RTL线的相对距离：dRT=1-S+RT=1+RT-b1-nb2- Ss.当dRT<0时压缩机运行点越过RTL线进入其左侧，则RT响应被触发，RT响应输出值将以一系列阶跃变化迅速打开防喘振阀，增加压缩机的循环量，阻止压缩机喘振。

　　每一次阶跃输出值变化的时间间隔由内部所设定的常数C2（C2=0.48）决定。当压缩机运行点返回RTL线右侧时，RT响应中止，RT响应的输出值以仪表所设定的衰减率TL（TL=120）进行指数衰减，使输出逐渐减小，压缩机运行点再次在PI算法的作用下逐渐回到SCL线附近。

　　24防喘振调节器的SAFETYON响应

　　尽管已使用了PI算法，标准微分和RT响应来消除外界对压缩机运行的干扰，但是意外的生产过程改变，压缩机的磨损，严重的干扰，偶然也会使压缩机喘振，为了限制压缩机喘振次数和再出现喘振的可能，SERIES3PLUS仪表控制软件设置了*后一条防线SAFETYON响应线（如图2）。因SOL线是在SLL线上附加SO值（SO=10）来确定的，故压缩机运行点到SOL线的相对距离：d=1-Ss+ SO.当d<0时，压缩机运行点位于SOL线左侧，SAFETYON响应被触发。由于SAFETYON响应算式是：nb2，即算式（9）中的第二项，且此时压缩机运行已进入喘振区（n#1），因此SAFETYON响应就通过喘振次数n的变化迅速增大安全裕度值b，使得SCL线向右迅速移动，从而使压缩机运行点远离喘振区，阻止压缩机进一步喘振。

　　压缩机喘振次数n是通过SERIES3PLUS仪表在每个扫描周期（40ms）内，根据压缩机的吸入流量或排出压力的变化率作一次计算确定的。当吸入流量或排出压力的导数分别小于内部所设定的常数A1，A3（A1=-15，A3=-0.09）时，仪表则判定压缩机发生了一次喘振，并自动累加n值。喘振发生后必须判断清楚喘振的原因，作出相应措施后，按SERIES3PLUS面板上的RESETSAFETYON按键后才能使喘振次数n恢复到初始值，即使SCL线恢复到原位置。

　　25防喘振控制器的排出压力极限控制

　　为防止压缩机因排出压力过高而喘振，调节器设置了采用常规PI算法的压缩机排出压力极限控制。当排出压力超过设定值时调节器输出增加，打开防喘振阀降低排出压力，避免压缩机喘振。

　　26防喘振控制器的后备策略控制

　　为了尽量降低因为防喘振系统本身硬件故障而影响防喘振系统正常工作的可能性，调节器控制软件设置了以下两种后备策略：

　　1）当吸入流量超出定义的上，下限时，调节器自动切换到手动方式，使用CONST1（CONST1=95）

　　作为调节器的输出信号。

　　2）当吸入压力不存在时，调节器自动转入*小流量控制。

　　3结束语

　　该公司的这套防喘振系统控制方案与国内常见的固定安全裕度值防喘振方案相比，其控制手段更为丰富，更为经济，因此这套系统使压缩机运行得到了良好的保护，压缩机的工作效率较高，能耗却较低。从3年多的运行情况来看，该系统工作十分稳定，抗干扰能力强，压缩机运行点几乎工作在SCL线上。从几次压缩机吸入流量迅速下降的意外情况来看，这套系统使压缩机的喘振得到了迅速的抑制，SERIES3PLUS仪表的连续喘振数据统计显示，压缩机连续喘振次数没有超过2次。