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摘要：
介紹壓縮機喘振的危害，并提出烯烴分離反應氣壓縮機防喘振系統的設計方案。
關鍵詞：
烯烴分離；壓縮機；防喘振
0引言
在甲醇制烯烴的分離單元中，一個關鍵設備是反應氣壓縮機，它能夠將氣體壓力提高，從而支持后續分離。在壓縮機的工作過程中，喘振是一種不良現象，會對壓縮機造成嚴重的傷害。因此，為了確保壓縮機能夠安全運行，應進行有效的防喘振系統設計。在系統設計過程中，應首先分析其具體需求，然后對硬件和軟件進行選型，再結合相應的防喘振控制策略，對系統的現場儀表、控制邏輯等進行設計。
1壓縮機喘振的危害
在發生喘振過程中，壓縮機的機械結構等將會受到十分嚴重的傷害。壓縮機的定子和轉子由于承受了交變應力，會發生斷裂。同時，壓縮機的級間壓力會失常，進而引發較為劇烈的振動，會對推力軸承、級間密封等造成損傷。在喘振過程中，主軸和葉輪之間的溫差會增大，會對葉輪的過盈量造成破壞，從而導致葉輪松動。此外，在喘振過程中，定子和轉子會發生相互碰撞，使壓縮機的機械結構遭到破壞，甚至引發安全事故。
2防喘振控制技術
2.1主動控制
主動控制主要是針對氣流失穩的情況，對可能引起喘振的不穩定氣流進行直接控制和抑制。采取主動控制技術，能夠維持壓縮機工作點的穩定，并擴展到原喘振區的部分范圍，從而擴大壓縮機穩定運行的范圍。緊連控制閥防喘振系統是目前發展前景最好的一種主動控制技術，主要包括壓縮機、緊連控制閥、節流閥、氣體容器、壓縮機管道等部分。
2.2被動控制
被動控制的控制原理：控制和改變壓縮機入口的流量，將其提升至喘振流量線之上。但是，該方法有一個較大的缺陷：會造成大量的能量損失，這是由于被動控制使用回流閥，因此出口流量中的一部分會回流到壓縮機的前一級。被動控制技術主要包括模糊控制法、可變極限流量法、固定極限流量法等。
3反應氣壓縮機控制系統
3.1反應氣壓縮機
在烯烴分離過程中，反應氣壓縮機是十分重要的設備，它能夠壓縮反應氣，使其壓力得到提升，從而為后續的分離提供條件。反應氣壓縮機為四級離心式壓縮機，壓縮單元包括有級間冷卻器、級間吸入罐、反應氣壓縮機等部分，主要作用是分離反應氣中的氣液成分。壓縮機分為四級，壓縮過程有三段都設有回流閥，分別用于：第二級后水洗塔到第一級吸入罐的回流；第三級出口到堿洗塔入口的回流；第四級出口到高壓脫丙烷塔入口的回流。
3.2系統控制需求
壓縮機防喘振控制系統對壓縮機每一級的溫度、壓力、速度等進行測量，并據此對防喘振控制閥的開啟與否和開啟程度進行控制，從而實現壓縮機良好的運行狀態。同時，控制系統還會對汽輪機、壓縮機等運行狀態進行檢查，確保其運行安全?？刂葡到y主要的輸入輸出變量包括數字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出、脈沖量輸入/輸出等。控制系統需要具備的功能包括系統自診斷、與DCS串行通信、80ms以下的系統執行時間、Windows人機界面環境、時間順序記錄SOE、在線編程維護等。壓縮機控制系統的硬件要求主要包括：I/O卡件和主處理器的三重化、可在線更換的故障卡件和主處理器、配備操作站、系統I/O卡15%的備用量、達到TUVAK6級認證、完成卡件安裝后20%的可用系統機柜空間、60%以下的壓縮機控制系統通信和CPU負載能力、能夠進行在線編程維護的工程師站、1∶1冗余的電源模塊等。根據壓縮機性能控制、防喘振控制等方面的要求，可以采用透平壓縮機綜合控制系統，其能夠有效滿足系統實際運行和維護的需求。
4儀表選型
在儀表選型過程中，應當遵循性能好、維護方便、精度合理、質量可靠等原則，必須選擇取得許可證、經過相關部門檢驗批準的產品。對于閥門定位器和電動檢測儀表，傳輸信號應選擇4~20mA，通信協議選擇HART?，F場安裝的電子式儀表，應按照危險區域來劃分等級，盡量選擇本安型儀表，電磁閥盡量選擇隔爆型。在壓縮機的工作現場存在著火災和爆炸的風險，生產過程應用的甲烷、丙烯、乙烯、烴類等原料和產品屬于甲類危險品，同時也都是易燃易爆介質，因此，對防爆工作應當進行嚴格的控制和管理，選用的儀表要滿足實際的防爆要求。在防喘振控制系統中，需要應用到防喘振控制閥、溫度儀表、振動和軸位移傳感器、流量儀表、壓力儀表等。
5控制邏輯
5.1聯鎖邏輯
在烯烴分離的過程中，壓縮機的運行狀態將會直接影響到整個系統裝置的運行情況，因此，需要對壓縮機進行有效的聯鎖保護。在壓縮機的運行過程中，進排氣壓力、軸承溫度、軸位移、軸振動、潤滑油總管壓力等因素都會對其造成影響，當滿足停機條件時，聯鎖停機功能就會啟動。報警動作的觸發條件，會在聯鎖控制板中顯示。
5.2防喘振控制邏輯
防喘振控制器能夠通過控制邏輯實現壓縮機的防喘振控制。例如，在壓縮機第二級防喘振控制中，程序通過具體計算后，將結果信號傳送給監控DCS系統和人機界面，發生喘振時，工作人員復位喘振計數，防喘振控制程序收到信號后，會對喘振計數值進行顯示，同時給出喘振線和壓縮機工作點之間的偏差，根據這些信息，工作人員就能夠采取相應的措施來解決喘振問題。
6防喘振控制
6.1防喘振控制器
防喘振控制器主要包含喘振線、喘振檢測、安全裕度、喘振控制線、控制器設定點、防喘振PID控制器、喘振超馳、防喘振控制高選模式、防喘振控制閥輸出信號判斷、變送器故障恢復、防喘振電磁閥控制等功能模塊，通過這些功能模塊，能夠實現設定懸停線值、喘振超馳、快開慢關等特殊功能，從而確保防喘振控制器功能的正常發揮，對壓縮機運行過程中的喘振現象進行有效的控制。
6.2防喘振控制策略
壓縮機防喘振控制策略主要包括喘振控制線控制、速率控制、開環階躍控制等。如果壓縮機的工作點達到喘振控制線，喘振控制線控制會立刻改變防喘振控制閥的開度，同時發送兩個解耦信號。一個解耦信號發送到汽輪機控制，使其轉速立即增加；另一個解耦信號發送到壓縮機組過程控制，使其停止干涉喘振控制線控制。速率控制是在特性曲線上，對壓縮機工作點的最大移動速率進行限制，如果壓縮機工作點與喘振控制線接近，速率控制能夠將工作點的移動速度降低；如果壓縮機工作點到達了喘振控制線，速率控制能夠將工作點的移動速度迅速降低，從而使工作點的移動速率變為0。如果利用喘振控制線控制和速率控制的策略都無法實現對壓縮機工作點的有效控制，其仍然處于喘振控制線左側，并且朝喘振線移動，開環階躍控制功能就會啟動。該控制策略會使防喘振控制閥達到一個較高的閥位，在此過程中，壓縮機入口處的壓力和流量都會迅速提升。經過一段時間的控制調節后，防喘振控制閥將會緩慢關閉，從而使壓縮機恢復到正常的運轉狀態。
7結語
在壓縮機的實際運行中，時常會發生喘振的情況，會降低運行效率，甚至引發更為嚴重的故障，因此，應采取相應措施，確保壓縮機穩定、安全運行。
作者：蘇芯 楊月 單位：內蒙古科技大學 內蒙古中煤蒙大新能源化工有限公司
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