赵成文
（山东钢铁莱芜分公司自动化部，山东 莱芜 271104）
摘要：以空压机喘振保护为研究目的，通过介绍“三线法”防喘控制的实施方式，详细描述了如何通过DCS控制系统实现对空压机的喘振保护。
关键词：喘振；DCS;三线法；空压机中图分类号：TH45
1 喘振的危害
喘振是指介质受到周期性吸入和排出的激励作用而发生的机械振动，具有振幅大、频率低的特性，是压缩机的物理特性。喘振会破坏机器内部介质的流动规律性，引起工作部件的强烈振动，加速轴承和密封的损坏，甚至会对叶轮和转子产生破坏，导致维修费用提高，影响机器的寿命。
为了保护机组和设备，保证气体的及时供应，采用“三线法”防喘策略可以有效地解决喘振的问题。
2“三线法”防喘控制方案
喘振线是根据喘振实验得到的数据，通过7波段函数绘制出的特性曲线，反映了压缩机的物理特性。如果只通过喘振线控制喘振很容易使工况到达喘振线附近，而整个机组的工况出现波动时很可能使工况点到达喘振线，来不及调节就会出现喘振，因此单纯的喘振线控制不利于工况点的稳定。
为了使空压机的工况点远离喘振线，即使机组工况稍有波动时，也有足够的安全裕量来调节，避免喘振的发生，因此采取“三线法”的控制思路。“三线法”控制是指采用喘振线、安全线和控制线预防喘振的模式。
喘振线(Surge Line)确定以后，通过向右平移5%的安全裕量DFSL(Safety Margin)得到安全线(SafetyLine)；在喘振线的基础上向右平移10%的控制裕量DSL(Control Margin)得到控制线(Control Line)。
如果入口流量过程值P v达到喘振流量Q s g次数等于设定值，说明整个机组可能会有故障出现，影响了管网压力的稳定，此时预先设定的控制线已经不适用于当前压缩机所面对的空分机组要求。为了压缩机的设备安全，需要有更加稳妥的控制模式来保障压缩机的运行，避免发生喘振。本文通过采用控制线向右移位的方式来调节工况点，使工况点远离喘振线，以此留出足够的安全裕量DSFL，如果控制线移位一次后工况点继续向喘振线移动，并且P v值达到喘振流量Q s g一次，则控制线继续向右第二次移位来调节工况，按照这种思路，控制线最多可以移位5次，每次右移的幅度为喘振线的1%，移位5次后，如果工况点还会碰到喘振线，则连锁空压机停车。图1为防喘控制示意图，其中的虚线表示控制线5次移位的情况。
3 防喘控制思路
由于喘振是由流量的流速变化引起的，因此它发生的速度非常快。目前还没有一种标准的仪器能衡量或者测量喘振，而压缩过程中的各种参数变化成为一个可依赖的依据。因此，在控制系统中，必须把喘振的参数控制在喘振线以内，其最有效的方式就是调节放空阀或者回流阀，即必须保证在2s以内将两个阀全部打开，有时候稍微开一点就可以使压缩机恢复到正常的工作范围，从而保护压缩机远离不稳定的工作状态。
3.1 消除吸入温度对喘振线的影响
为了消除吸人温度对喘振线的影响，在此将吸入温度作为其中的一个变量考虑。采用压头的计算函数可以把压比和吸入温度作为两个变量来考虑，即：
采取压头的计算方式，避免了吸入温度对喘振线造成的干扰，使得喘振线更加准确。
3.2 阀门的步进控制逻辑
当工况点在安全区运行时，阀门控制器PID比例系数为较小的值；当工况点到达控制线左侧时，将会通过动态的增益放大逻辑，使比例系数与控制器偏差成比例增加。
正常情况下，将入口流量过程值P V作为PID的输入，PID的最终输出值与斜坡控制的输出（斜坡的速度为每秒1%）、最小保护的开度值及压力调节器的输出值进行高选后来确认放空阀的阀位。
如果工况波动较大，正常的调节无法稳定工况时，则需要通过阀门的步进逻辑来控制放空阀的开度，以实现对喘振的控制。如果空压机的入口流量过程值PV降低到安全线(Safety Line)所对应的安全流量Q s g时，阀门的步进逻辑介入，通过动态增益放大逻辑，阀门控制器快速给定放空阀10%的开度；如果PV值下降速度过快，通过安全线(Safety Line)的步进控制逻辑不能阻止流量的下降，那么，在人口流量降低到喘振线(Surge Line)所对应的喘振流量Q s g时，则阀门控制器快速给定放空阀75%的开度，
根据对图1的分析可以得出：
工况点在①时，为稳定工况，此时工况运行稳定，放空阀处于全关状态,PV>Sp（其中Sp是设定点）。
工况点在②时，为临界工况，工况在控制线上运行，PV =Sp，此时流量控制器FIC打开放空阀并对控制器偏差进行控制，并且启动增益放大器逻辑，放大控制器开始动作。
工况点在③时，为步进工况，工况在安全线上运行，阀门步进逻辑快速给定放空阀10%的开度。
工况点在④时，为喘振工况，工况在喘振线上运行，阀门的步进逻辑会快速给定放空阀75%的开度。
放空阀的最小保护开度如下：当进入冷箱的总阀门关闭时，给定放空阀75%的开度；当增压机1段卸载时，给定放空阀60%的开度；当增压机2段卸载时，给定放空阀45%的开度，后面的优先级高于前面。放空阀开度的高、低限幅分别为95%和5%，并设有报警，放空阀控制的同时设有放空阀反馈故障报警。
因此DEV的值直观地反映了工况点与控制线的关系，当DEV>0，说明工况点处于安全区；当DEV=0，说明工况点在控制线上；当DEV<0，说明工况点越过控制线靠近喘振线。
4结束语
60 000m3／h制氧机组工艺复杂，控制连续。空压机作为整个机组的龙头设备，其重要性尤其突出。空压机自投产以来，自控程度高，运行稳定，通过先进的防喘控制技术的应用，减少了因喘振造成的停车故障，大大提高了空压机的使用寿命。
