基于YOKOGAWA VP系统的空压机防喘振控制系统的研究

李永+任彦

摘 要：文章主要介绍制氧机组的空压机发生喘振的原因和危害，着重介绍了基于YOKOGAWA VP系统的空压机的防喘振控制的实现，以及喘振控制线的确定。

关键词：空压机；喘振；YOKOGAWA；VP系统；防喘振控制

前言

为配合包钢十二五规划的钢铁产能1650万吨，同时为高炉节焦增加富氧喷煤量，提高效益，包钢配套建设了3套40000Nm3/h制氧机组，满足了包钢1650万吨钢铁规划的对氧气、氮气、氩气的需求。制氧机组的大型化就要求空压机能够稳定长期运行，因此空压机的防喘振控制就成为了重点的研究对象。

1 喘振发生的原因和危害

1.1 喘振发生的原因

当离心式压缩机的气体流量减少则进入扩压器流道的气流方向就会发生变化。当流量减少到一定程度，这种边界层分离现象将扩大到整个流道，从而使叶道中形成气流漩涡，再从叶轮外圆折回到叶轮内圆，此现象称为气流旋离。发生脱离时叶道中的气流通不过去，排气管内较高压力的气体便倒流。瞬间，倒流的气体就补充了级流量的不足，使叶轮又恢复了正常工作，从而把倒流回来的气体压出去。这样又使流量减少，于是又倒流回级中来，如此周而复始，在系统中产生了周期性的气体振荡现象，同时机身也会剧烈振动，并发出“哮喘”或吼叫声，这种现象叫做压缩机的“喘振”。

1.2 喘振的危害

喘振的危害性极大，当压缩机发生喘振后，系统呈周期性振荡，压缩机组强烈振动，对迷宫式密封、轴承和叶轮等附属设施造成极大的损伤，严重时压缩机会受到损坏，与机组出口相连的管道也发生周期振动，管道上的压力表、温度表及进口处流量计发生大幅度的摆动，与此同时，压缩机在短时间内反复从空载到过载，这对驱动系统都是非常不利的。

2 YOKOGAWA VP系统的空压机防喘振控制的实现

2.1 YOKOGAWA VP系统

YOKOGAWA VP系统是日本横河公司新型的生产控制系统，它具有灵活的架构，可以构建大规模以及小规模的系统。本系统采用了在横河公司产品中倍受好评的先进、高灵活度的控制功能和控制总线（V网）等技术，所以该系统是继承并发展了CENTUM CS的高功能、高可靠性的控制系统。

2.2 空压机防喘振控制的实現

空压机防喘振调节由入口差压和出口压力构成一条喘振曲线，同时设置上限超压控制，防止出口压力超过管道的设计压力。其控制回路图如下：

H-SEL-1高选器，用于选择较大的输出值作为输出。VEL1001A是对输出进行限速的功能块，主要对关阀速度进行限制，目的是防止放空阀关闭过快引起机器喘振。H-SEL-2高选器，用于选择ORHC1001A块与VEL1001A块的较大值进行输出。FIC1002A是防喘振控制回路，串级方式工作，其测量值来自入口差压PDI1002A的测量值；设定值为当前测量值的90%，设定值范围为喘振控制线与喘振控制线右侧20%的区域，以一定速率移动；自动方式工作，比例积分调节，测量值小于设定值时开阀。

PIC1020BA是防超压控制系统，出口压力PI1020A，设定值通过改PIC1020AA而自动变化，在放空阀大于6度时等于PIC1020AA的设定值+0.012，放空阀小于3度时等于PIC1020AA的设定值+0.022，以保证放空阀调节快于导叶，自动方式工作，比例积分调节，测量值大于设定值时开阀。

HC1001A是放空阀手操器，高过防喘振调节系统输出值时有效。需注意的是，在调节过程中，FIC1002A与PIC1020BA的输出下限MSL是动态的，始终是最终输出-3%，这样可以保证FIC1002A与PIC1020BA之间切换控制的及时性。

ORHC1001A是在放空线与控制线之间的一个按固定比例打开放空阀的功能块，当测量值越过控制线向放空线移动时，该块会按照预先设定好的公式打开放空阀，越接近放空线给出的开度越大。

若以上功能不能阻止测量点向放空线移动，则当测量点碰到放空线时，放空阀失电全开，导叶回到15度，空压机卸载放空。

3 结束语

该空压机的防喘振控制具有通用型，在运行三年多的时间里，空压机基本运转正常。采用横河的YOKOGAWA VP系统完美的实现了空压机的现场控制和保护功能，为操作人员提供良好的人机交互画面，满足了生产需求。

参考文献

[1]于艳君.20000m3/h空分设备DCS控制系统的设计与应用[J].深冷技术，2005，04：28-31.

[2]White， M. h. 1972， surge control for centrifugal compressors Chemical Engineering[R].54-62.