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1 前言
能量回收四機組是催化裝置最重要的設備之一，一般由煙氣透平、軸流壓縮機、氣輪機、電動/發電機以及增速箱組成。軸流壓縮機是主要作功設備，為催化裂化反應提供不可缺少的主風，屬關鍵設備。而喘振是透平壓縮機械的固有特性，是壓縮機在管網阻力系統發生變化時產生的非穩定工況，此時，正常的氣體流動和增壓已被完全破壞，氣動參數隨時間劇烈的變化，并產生巨大的噪音和強烈的振動。因為軸流壓縮機葉片屬角度可調部件，這種現象對軸流壓縮機所造成的危害極其嚴重，必須嚴格禁止壓縮機進入喘振工況。
2 喘振的機理
圖1 典型靜葉可調式軸流式鼓風機特性曲線
同離心壓縮機不同，軸流風機壓縮的空氣，可以直接排入大氣，因此不是象離心壓縮機一樣喘振時把出口氣體打回入口，因此除了入口過濾器或管路故障，影響軸流風機運行狀況的主要是出口管網的壓力（阻力）。圖1是一臺典型的不變轉速的靜葉可調式軸流式鼓風機特性曲線。
其中曲線①是管網阻力線，當靜葉開度為Xi時，與壓縮機特性曲線Xi的交點A就是壓縮機此時的穩定的工況點。如果靜葉的開度Xi不變，而管網阻力增加，則工況點會延曲線Xi上移，如曲線②。當超過某點B點時，就會發現壓縮機輸出流量和排氣壓力出現紊亂，發出如哮喘病人喘氣般的聲音，機組振動，流量壓力大幅度波動，俗稱“喘振”。圖1中B點則稱為臨界喘振點。顯然，在不同的靜葉開度下重復上述過程，都存在這樣一個臨界喘振點。將所有喘振點聯起來形成的曲線，可稱為喘振線。
3 防喘振控制原理
通過對喘振的形成過程可看出，在一定的排氣壓力下，防止壓縮機流量過小，就能避免喘振。然而，工藝管網的阻力線是一定的，所以工廠應用中可以采用“機后放空法”來增大壓縮機流量。控制流程簡圖如圖2所示，其中，ΔP1為正比于壓縮機的實際流量的差壓信號，一般取壓縮機入口文丘利管差壓，或壓縮機喉部差壓。P2為壓縮機出口壓力測量值。
喘振線以上的區域稱為“喘振區”。只允許壓縮機在喘振線以下的區域運行。防喘振控制原理就是讓壓縮機只在喘振線以下的安全區域運行。
圖2 軸流風機控制流程簡圖
圖3 軸流壓縮機防喘振控制曲線圖
圖3為一臺典型軸流壓縮機防喘振控制曲線圖，其中曲線①為喘振線，其上方為喘振區。這條曲線是每個機組本身固有的曲線，由機械制造廠給出。為了防止機組在喘振區運行，在喘振線以下人為設置一條與之平行的“防喘振線”，即曲線②。曲線①與曲線②之間的距離稱為安全裕度，一般控制在5%～10%之間。直線③為出口壓力限制線，出口壓力超過某一設定值，強制打開放空閥，其作用是保護再生器安全。曲線②的前半部分與直線③的后半部分（見圖3中長虛線部分），一起構成機組的放空線，即防喘振線。當機組工作點“*”因某種原因向上接近放空線時，防喘振控制器會自動打開放空閥至某一開度，使壓縮機工作點，不至進入喘振區或迅速離開喘振工況。放空線以下，放空閥關閉。
4 防喘振控制器的實施方案
根據防喘振控制原理，控制器的實施主要是建立使工作點穩定運算模型。本方案采用以出口壓力P2作為實際工況點，放空線是正比于流量F（經過入口溫度校正的喉部差壓ΔP1）的計算函數，即
。
采用單回路調節器的組態方案為：模擬輸入AI1接喉部差壓變送器，利用折線函數發生器把喉部差壓變換成所需的折線函數P2’=f(ΔP1)，近似于防喘振線。然后與AI2的出口壓力P2相比較偏差，進行PID調節。當P2<P2’，調節器輸出最大，放空閥全關。當P2 >P2’，調節器輸出減小，放空閥打開某一開度，不改變管網阻力，使P2 <P2’，達到消除喘振的目的。如圖4所示。
圖4 防喘振控制邏輯框圖
5 對防喘振控制回路的基本要求
? 采用P+I控制算法；
? 由于在正常工況下P2 <P2’，由于積分作用，調節器處于積分飽和狀態，為此必須設置抗積分飽和功能，以保證當P2 >P2’時，調節器輸出及時、靈敏；
? P參數自適應能力：在工況點以很快的速度向喘振線移動，快速越過防喘振線時，單靠常規的PI作用可能無法滿足其控制要求，因此為調節器CTL17設置了變比例作用的自適應功能，加快防喘振閥開啟速度；
? 防手動誤操作功能：為某種需要，防喘振控制設置了手動輸出功能塊CTL18，必須特別指出在機組運行狀態下，只能用手動輸出，使放空閥比自動輸出開度更大。反之則可能造成喘振。為防止誤操作，設置手/自動輸出自選功能是必須的；
? 放空閥快開慢關功能：為了快速脫離喘振工況，要求放空閥能以最快的速度打開，但放空閥迅速打開后，喘振現象快速消失，調節器輸入的負偏差又會使放空閥立即關閉，這樣就會造成放空閥喘振性的開、閉動作。為避免這種情況出現，設置了由模塊n所完成的快開慢關功能，所用開關速率限制相差200倍；
? 放空閥自保電路：當機組或生產系統出現異常情況，需進入自保運行SW1會使調節器輸出從任何值躍變到0，放空閥快速全開；
? 防喘振線自動移動電路：壓縮機在長期的運行過程中，由于葉片的沖蝕和磨損，可能會使實際的喘振線下移，和原設置的防喘振線之間的安全間隙縮小，甚至越過喘振線，致使防喘振控制回路不能有效阻止壓縮機進入喘振工況。為此設置了防喘振線自動下移功能，每發生喘振一次防喘振線即自動下移ΔP，形成一條新的放空線，當消除了喘振線下移的原因后，按“復位”鈕，就可使放空線回到設置的初始位置。
6 結語
圖5 防喘振控制邏輯實際組態框圖
圖5是按上述要求采用日立ECU100可編程調節器設置的一套控制方案，多年使用效果良好，滿足了機組防喘振要求。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號