透平压缩机喘振与防喘振控制

第⒆ 卷

第 6期 2013年 6月

氯

碱

工

业

Ⅴo149,No6

Chlor Alkal Industry

Jun , 2013

遂平 石侑机 喘振 与防喘仫控制

马斌 礻

(新 疆 中泰 化 学股份 有 限公 司 ,新 疆 乌鲁木 齐 830019)

[关 键词]氯 气;透 平压缩机;喘 振原理;防 喘振控制

要]探 讨了西门子 VRz型 氯气透平压缩机在运行过程中的喘振原理与防喘振控制要点。 [中 图分类号]TQ11415 [文 献标志码]B [文 章编号]1∞ 8-133X(2013)“ -∞43-∞

[摘

surge of turboˉ connpressor and anJsurge control

j⒕ 4Bj尼

(Ⅺ Φ ang Zllongt茄 C“ Illls”

Co,Ltd,UmmⅡ

B3∞ 19,ChinEl)

ntro1

Key wOrds∶ chloHne gas; turbo-comprcssor; surgc plInciple; antisurgc c° AbstracⅡ The surge p△ nciples

of sicmens VRZ modcl° f chloHnc turbo-comprcssor in operation were

discusscd as wcll as kcy p° ints in anIisurge contrclI

近年来 ,随 着国内煤化工行业的不断发展 ,氯 碱 企业引进了一些节能、 环保的先进工艺及设 各。在 氯气输送系统中 ,德 国西门子公司生产的 Ⅴ Rz型 离 心式透平压缩机代替了纳式泵 ,该 透平压缩机在节 能与环保方面的优势已经被 氯碱行业认可 ,但 其在 运行及维护等方面有较高的技术要求 ,如 何控制喘

声 ,且 转子部分 出现一 种不平衡状态 ,由 于机组在

t16sO l//m】 la高 转速下运行 ,这 种状态严重影 响了

机组的使用寿命。

2 透 平压 缩 机 喘 振及 防喘振 探 讨 21 影响透平压缩机组喘振的因素

透平压缩机喘振受工艺参数影响 ,这 些参数 中 任何一个发生变化都有可能导致机组喘振。影响喘 振的因素包括透平压缩机出 口的流量、 压力 、 温度 、 旁通阀开度 ,透 平压缩机废氯控制阀开度 ,透 平压缩 机进 口的压力及导 向叶轮开度。其 中出 口旁通 阀 门、 进 口导向叶轮 、 废氯控制阀在动作过程中会直接 影响机组的压力 ,压 力和温度的变化最终引起管网 流量发生变化即容量的变化。管网的容量愈大 ,喘 振的频率愈低 ,振 幅愈大 ;管 网的容量愈小 ,喘 振 的 频率愈高 ,振 幅愈小。 由此可知 ,发 生喘振的根本原因是气体流量低 方面。

,

1

振 ,就 是其中的-个 重要部分。 透 平压 缩 机 的 工 作 原 理 及 喘振 Ⅴ RZ型 离心式透平压缩机的工作原理是 :电 动

,

机驱动压缩机转子 ,将 机械能输人高速旋转的叶轮

旋转叶轮的机械能再传给吸人压缩机 内的气体流 体 ,使 气体在一定的流量下产生一定的能量头 ,氯 气 经两级压缩冷却后被输出。 压缩机的进 口氯气流量 降到-定 量后 ,压 缩机 不支持在该状态下工作。输出管线中气体压力高于 压缩机出 口压力 ,被 压缩了的气体很快倒流人压缩 机 ,待 管线中压力下降后 ,气 体流动方向又反过来

,

在操作中造成低流量的原因很 多 ,归 纳为

以下几个

周而复始便产生喘振。机组喘振时会发出异常的噪 + [作 者简介]马 斌 (1” 9— ),男

,工 程师 ,2∞ 3年 毕业于新疆农业大学机械 自 动化专业 ,现 任新疆中泰化学股份有限

公司华泰氯碱厂电解车间设各副主任。 [收 稿 日 期]2012-03-I3 43

酮

(1)压 缩机出 口压力升 高 ,输 出管线压力大于

⒛ 13年

不稳定工作点 4后 ,机 组喘振连锁启动 ,机 组跳停。

输出压力 ,气 体流量降到喘振流量。输 出管线的压 力高 ,压 缩机出 口憋压 ,气 体倒流人压缩机 ,造 成机 内气体流量低。 (2)人 口流量低于规定值 ,开 停机时人 口本身 流量过低 ,出 口回流未能全开 ,或 者放空 阀开得过 大 ,最 容易引起压缩机人 口流量低。 (3)机 组前酸雾干燥系统故障 ,干 燥不彻底 ,导 致气体密度变化或有液体进人机组 ,机 组在高速运 转下失去平衡 ,出 口压力发生变化。 (4)流 量指示元件故障。

3

防喘 振 原 理 及 其 图解

随流量 及压力的变化 ,压 缩机工作状态区可能 接近喘振工作点 ,为 确保运行机组不接近喘振点 ,压 缩机均配套抗喘振控制系统。抗喘振控制系统可以 计算出工作点与喘振线之间的距离 ,当 机组运行状 态点接近喘振线时 ,抗 喘振系统开始运行 ,自 动打开 旁通阀 ,增 大机组的再循环流量 ,这 时机组的运行过 程曲线开始偏离喘振 区 ,机 组正常运行。 图 2为 抗喘振控制原理图,从 图 2可 以看出 :当 机组气体流量开始减小或管 网阻力增大时 ,机 组运 行过程曲线 2沿 着机组本身的特性曲线 1向 左上方 开始偏移 ,逐 渐到达喘振曲线 4的 喘振 区;为 使机组 避开喘振 区 ,必 须增大管网中气体流量 ,降 低管网阻 力 ,这 时旁路阀开始打开 ,增 大再循环量 ,即 增大机 组的进 口循环量 ,机 组 的运行状态到达 曲线 3的 位 置 ,从 而达到一个平稳运行状态。

22

压缩机喘振原理图解

不同的压缩机由于 自身特点都有不同的喘振曲 线图,图 1为 某台压缩机的喘振曲线图。

Fig1 shema讧 c dhgram oFturboˉ compre“ or

图 1中 纵坐标为压缩 比,它 是压缩机出 口压力 P9与 进 口压力 Pl的 比值 ,一 般情况下 ,进 口压力很 低 ,可 以忽略不计 (在 运行 工况下 ,pl一 般为 5~15 kPa);横 坐标代表流人压缩机的气体流量 Q,即 为透 平压缩机的进 口流量 ,主 要 由进 口导叶 ⒑Ⅴ控制调 节。图 1中 曲线 l是 压缩机的特性曲线 ,每 台压缩 机的特性曲线是不同的 ,在 压缩机出厂时通过试验 平台测定 ;曲 线 2是 压缩机的运行过程曲线 ,在 改变 管网阻力的过程中压缩机的过程 曲线都是变化的 管网阻力的改变主要与进出 口阀以及 回流阀的开关

,

状态有关。曲线 1与 曲线 2的 交叉点为压缩机的运 行工作点 ,从 图

1中 可以看出 ,在 提高压缩机的压缩 比、 降低进 口流量以及提高管网阻力的过程中 ,压 缩 机的运行工作点逐渐接近喘振曲线 3,最 终会达到 不稳定工作点 4。 为保证机组的安全 ,当 机组达到

44

.e寄

龃喏田 进 口气体流量 图

1一 压缩机 曲线

2一 过程 曲线 3一过 程 曲线 +旁 通 4一 喘振线 工 作点

1

透平 压 缩 机 喘振 原 理 图

slIrgIng

机组气体流量

图2

透 平 压 缩 机 防 喘振 控 制 图

control FOr turboˉ

Fig2

Diagam oF an讧 surge

compressor

4 重 要 阀组 元件 的 应 用 41 进 口导向叶轮

Rz型 透平压缩机的进 口安装 了导 向 西门子 Ⅴ 叶轮 IGⅤ ,IGl通 过变换叶片角度来控制进 口气体

流量 ,在 每一种开度下 ,机 组都有一个运行的性能曲 ° 线。当叶片角度为 -⒛ ,阀 门为全开 ;当 叶片角度 为 gO° ,阀 门为全关。图 3为 进 口 ⒑Ⅴ开度与喘振 的关系示意图 ,图 3中 ,纵 坐标为压缩机 出 口压力 P,横 坐标为压缩机出 口流量 0,进 口导叶在每一个 旋转角度下都有一个机组的性能曲线 ,曲 线 1、 2、 3 °0° -⒛ ° 状态下运行 的机 、 分别为 IGV开 度在 ω 、 组性能曲线 ,曲 线 4为 机组的喘振界线 ,在 喘振曲线

第 6期

马斌 :透 平 压 缩机 喘振 与 防喘振控 制

鲫

4的 右下方 为机组稳 定运 行 区 。从 图 3可 以看 出

力增加或 出 口流量减小 ,机 组 都会达到喘振区。

,

量。如果所测得的正 负压 降的速 率梯度较高 ,达 到 设定梯度 ,则 控制系统开始调节临界正或负压力梯 度 ,同 时启动计时器 ,若 压降的速率连续 2次 达到设 定梯度 ,并 且在 10s内 未能复位 ,喘 振计数器记录

当机组 的进 口导 向 ⒑Ⅴ开度一定 时 ,机 组 的出 口压

2次 ,喘 振报 警系统开始识 别并启动 ,在 控制器上

速率连续 5次 达到设定梯度 ,在 第 5次 下降梯度被 喘振记数器记录时 ,喘 振跳闸开始启动 ,在 控制器上 “ ” 输出信号 喘振跳闸 ,DCs执 行命令使机组连锁跳 停 (即 2次 脉冲后报警 ,5次脉冲后跳停 );在 识别到

16000

弱 铷 孔 ⒛

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\ 赅 丁

850o 11ooo 】 3500 出口流量/rm3/hl ;2~ICV开 度为 0・ 阝一1CV开 度为 -⒛ °

IGV opeη山 ng and surge

,

端

“ ” 输出信号 喘振报警 。当出 口压 力的正负压 降的

1— ICV开 度为 60°

ω 巴 文拭田 口羽

6000

每个 冲击梯度时 ,旁 通阀将逐 步打开 (33%,“ %,

100%)。 此外 当流量低于 1000m3/h时 ,机 组开始

图3

压 缩 机进 口 IGV开 度 与 喘振 关 系示 意 图

报警 ,流 量持续超过 10s后 机组跳停。

Fig3 ReIatonshⅡ p between compressor imet

6

结语

42

出 口旁通阀 在运行 中 ,透 平 压 缩机 出 口旁通 阀主要调 节透

采用防喘振控制系统能有效地保证机组的安全 运行。氯气系统在上

游 负荷调整过程 中,压 缩机通 过旁路阀的 自动开启 和关闭使 压缩机组远离喘振 区 ,避 免人工调节过程 中由于压 降速率过大产生 喘 振而损坏设各 ;下 游用户在使用氯气过程中,管 网阻 力不断地发生变化 ,这 时机组会 自动快速识别 ,通 过 自 行调节旁路阀开度 ,控 制氯气流量 ,使 机组远离喘 振区。

[编 辑 :董 红果 ]

平 压缩机的进 口流量 ,当 机组运行 接近喘振 区域时

旁通 阀 自动开启 ,旁 通 阀 自动设 置 的开度 阀位分别 为 33%、 66%、 1o0%。 阀 门开启后 ,出 口气 流返 回 进 口,即 通过再 循环来增 大机组进 口流量 ,当 阀位到

5

达 100%后 无法进行调节 。

喘振 连 锁 当流量或压力波动时 ,防 喘振控制系统开始计

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(上 接 第 +° 页 )

也是能源浪费 :因 此 ,只 要压缩机排气压力不低于液 氯外的用户需要即可 。至于液氯工段 ,因 氯气压力 降低 ,液 化速度随之降低 ,可 开大冷冻机能量 ,降 低 液化温度 ,充 分发挥液化装置的能力 ,并 保证整个生 产系统氯平衡。

人 为打开小 回流 或进气 阀门后 ,都 会引起 电动 机 电流的提 高 ,故 应 密切 注意 电动机 电流情 况 c另 外 ,泵 后压力升 高 ,往 往是 氯 的产需不 平衡所 致 ,当 压力 高到一定 值时 ,应 及 时请调度协调 。 泵后 氯气压力 的升 高 ,对 液氯生 产 能力 的提高 及其 能耗 的降低均有利 ,但 不是越 高越好 ,也 不是一 定要达 到压缩机设 计 的 036MPa(绝 压 )。 如果压 缩机 出 口压 力 一 直开到 0笳 MPa(绝 压 ),进 口压力 必 须达到00g9MPa(绝 压 )。 压 缩机系统 平 时保持 有 一定 的回流量 ,氯 气加压后再 减压 回流 ,能 量必然 浪费 ;另 外 ,对 开封东 大来说 ,除 液氯工段外 ,其 余用 氯 工 段不需要 高压力 的氯气 ,须 减压后才能使用 ,这

5

结语 开封东 大氯气透平压缩机已运行 5年 ,通 过对

既有事故原因的分析 ,总 结摸索出运行操作和透平 压缩机参数的相关性及相应 的处理方法 ,达 到最佳 的运行效杲。

[编 辑:董 红果]

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