防喘振控制器的工作原理

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“喘振”现象在离心式压缩机中普遍存在。它是由于压缩机出口的流量需求减少而导致压缩机排气下游压力迅速增加的一个工作点。由于压缩机持续运行，增加的压力必须转移到大气或压缩机的吸入侧。

当出现紧急关闭或下游用户不可用时，就会出现这种情况。喘振周期一般为0.3s ~ 3s /次，在喘振压缩机振动时，温度升高，并产生噪声。

为了防止压气机产生喘振、流量反转、过程不稳定和压气机损坏，压气机排出的流量通过防喘振/循环控制阀转移到压气机的吸入侧。压缩机的工作点发生变化(向喘振线移动)。

在极端情况下，压缩机必须在最小流量条件下运行(保持运行，不跳闸)。防喘振控制器和控制阀的基本功能是维持通过压缩机的最小流量并处理喘振。

防喘振控制器

如果你将压缩机水头(压力)与流量曲线相关联，你会注意到，在给定的一个转速下，最小流量对应较高的水头，最大流量对应最小的水头压力。

压缩机的运行极限是喘振线和节流流线，超过这些限制，压缩机的运行可能会导致严重的机械损坏。

压缩机正常运行时，防喘振阀保持关闭状态，当过程中断时，这个阀门的作用就启动。

由于整个压缩机的运行受到控制器参数和控制阀的影响，因此设计需要考虑两个重要的方面：

1. 防喘振阀的设计、计算和选型；

2. 防喘振控制器逻辑，调节控制参数。

防喘振阀的设计、计算和选型

防喘振控制阀通常包括一个阀门、执行器、定位器和其他附件，如放大器、电磁阀和位置变送器。根据执行机构类型，容积罐和相关附件可能需要。

防喘振阀的尺寸不能太小，也不能太大，这样才能使压缩机运行在所需的工作区域/范围内。太小的阀门将无法提供足够的循环流量/最小流量，这将导致压缩机经常在喘振限制管线上运行。

过大的阀门会给压缩机输送过多的流量，导致压缩机在阻塞流区运行。对于一个过大的阀门，控制器输出的一个小的变化将会有一个大的流量。这将导致过程不稳定。

选择的最大阀门容量与压缩机喘振曲线要求的阀门容量(最坏情况)之比应在1.8至2.2之间。一般防喘振控制阀应该具有线性/等百分比特性。线性特性是首选。

由于通过控制阀的压差(DP)(压缩机排气压力-压缩机吸入压力)较高，这将导致较高的噪声。大多数线性特性阀门都有抗噪声选项。

阀门出口速度应该小于0.3马赫。防喘振阀关闭和开启的行程时间应在0.5 ~ 2秒之间。这是由安全区域到喘振线之间的工艺安全时间推算出来的。

仪表空气管的长度应尽量保持最小，以避免泄漏。一般防喘振阀的故障位置应为“故障开启”。当仪表空气或电磁阀/定位器电源/信号失效时，阀门将处于开启状态。

泄漏等级应为IV级，以确保正常运行时，阀门关闭，没有流体被分流回吸入侧。控制阀的位置应尽可能靠近压缩机排气法兰。

这是为了避免控制回路中的死区和滞后时间。最终的防喘振阀尺寸必须与压缩机供应商、阀门制造商和设计者来协商验证启动、关闭和正常工况。

防喘振控制器逻辑，调节控制参数

防喘振控制器通过连续计算压缩机工作点到喘振极限线的距离来保护压缩机不受喘振的影响。

控制器调节/控制循环或防喘振控制阀，以防止压缩机的工作点达到喘振极限，同时保持其他工艺变量在可接受的范围内。

控制器应该能够监测喘振，计算喘振的接近度，应该有一个防喘振和后退算法。应该进行压力和温度补偿以得出正确的流量值。

喘振曲线定义为喘振极限线[SLL]。提供运行裕度[例如：喘涌控制线[SCL] = SLL + 10%。这将确保压缩机将运行在SCL的右侧，远离SLL。

为了保持流量在或高于防喘振控制器设定值，逻辑求解器使用比例积分(PI)控制回路来产生输出信号，该信号直接指向防喘振控制阀。

当工作点在SLL和SCL之间时，采用比例控制为控制阀提供较大的增益，使工作点移动到SCL右侧。PI控制有点慢，P控制比较快，但有偏移到设定值。

有时，当压缩机遇到较大的喘振时，可采用导数控制来增加喘振控制裕度。后退策略是在防喘振控制器的任何过程输入出现故障时，将压缩机的运行维持在安全运行范围内。

根据压缩机的配置(串联或并联运行)，可以设想负载分担控制器和性能控制器，这是在抗喘振控制器之上的。

防喘振控制器的整个控制系统将包括类似于PLC / ESD系统的组件(例如CPU/处理器、电源模块、I/O卡等)。

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编辑：嘉嘉