總578期第12期河南科技Vol. 578. No 122015年12月Journal of Henan Science and TechnologyDec,2015基于20000m/空分增壓透平膨脹機(jī)防喘振設(shè)計與應(yīng)用陳正忠(開封空分集團(tuán)設(shè)計研究院河南開封475000)摘要:本文以2000m/h空分設(shè)備為背景,介紹了增壓透平膨脹機(jī)產(chǎn)生喘振的原因,描述了ACD增壓透平膨脹機(jī)壓差與流量雙變量防喘振控制方案。詳細(xì)介紹了防喘振曲線的制作過程,以及防喘振邏輯在DCS上的組態(tài)。關(guān)鍵詞:增壓透平膨脹機(jī);防喘振控制;壓差中圖分類號:TQ161文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1003-5168(2015)120036-3Anti-surge Design and Application of Boosted Turbine Expander based onthe 20000m3/h Air SeparationChen ZhengzhongKaifeng Air Separation Group Design and Research Institute, Kaifeng Henan 475000)Abstract: This paper takes 20000m3 /h air separation equipment as the background, introduces the causes of surge inboosted turbine expander, and describes the ACD boosted turbine expander differential pressure and flow bivariate anti-surge control scheme. The paper introduces the making process of the anti-surge curve, as well as the configurationof anti-surge logic on DCS in detailKeywords: boosted turbine expander; anti-surge control; differential pressure青海鹽湖集團(tuán)二期化工項目配建1套20000Nmh空機(jī)器(特別是對葉輪)產(chǎn)生沖擊,因此壓縮機(jī)發(fā)出強烈的分設(shè)備,采用分子篩吸附預(yù)凈化、空氣增壓透平膨脹機(jī)提聲音和振動。供裝置冷量、雙塔精餾、無氫制氬、液氧泵內(nèi)壓縮流程,控制系統(tǒng)采用 Honeywell Experion PKs系統(tǒng),由開封空分集壓力比端振線團(tuán)有限公司成套供貨。增壓透平膨脹機(jī)采用美國ACD公喘振控制線司和開封空分集團(tuán)的產(chǎn)品,一用一備。在調(diào)試出氧階段由于進(jìn)口膨脹機(jī)資料中沒有防喘振制作的資料所以需要現(xiàn)場制作防喘振控制。1喘振產(chǎn)生的原因=60%890%100%105%當(dāng)壓縮機(jī)運行過程中流量太小,出口壓力太高時,流動就成為不穩(wěn)定狀態(tài)。流量小,所以流動速度就低,氣體前進(jìn)的動力就小;出口壓力高,氣體前進(jìn)的阻力就大;再由于軸向渦流的存在,這樣就會出現(xiàn)氣體瞬間的倒流(或增壓器需要最低體積流量,以便在穩(wěn)定的范圍內(nèi)運局部倒流)現(xiàn)象。出現(xiàn)倒流之后,就會減輕出口壓力,壓行。當(dāng)體積流量低于規(guī)定的最低體積流量時,增壓機(jī)將縮機(jī)便恢復(fù)了正流方向的流動。但是如果不設(shè)法增加流喘振,其機(jī)械部件承受的應(yīng)力過大,因此應(yīng)加以避免。為量需求,又要重復(fù)上述過程,再次發(fā)生倒流,再次恢復(fù)正了能在穩(wěn)定的范圍內(nèi)運行增壓器,透平膨脹機(jī)組的增壓流,如此反復(fù)進(jìn)行。壓縮機(jī)的這種不穩(wěn)定運行狀態(tài)就稱側(cè)裝備了回流閥用于補償當(dāng)前流量與最低體積流量之為“喘振”。由于正流和反流交替發(fā)生,狀態(tài)劇烈變化,對間的差值?；亓鏖y的開度由防喘振控制器控制。穩(wěn)定與收稿日期:2015-12-1作者簡介:陳正忠(198510-)男,本科,助理工程師,研究方向:儀表自動化設(shè)計工作。第12期基于20000m7/h空分增壓透平膨脹機(jī)防喘振設(shè)計與應(yīng)用37非穩(wěn)定運行之間的分界線被稱為喘振線。其線路取決于在避免喘振的同時,我們更不希望壓縮機(jī)的運行工各種因素(如溫度、壓力等)。必須在喘振線與喘振控制線況突然產(chǎn)生大幅度的波動。在正常工作時,回流閥應(yīng)該之間確定一個安全的限度,以確定穩(wěn)定的控制特性。安是全關(guān)的。如果DP2下降到喘振值的1.21時將回流閥突全區(qū)域在喘振線的右下側(cè)如下圖1。然全開,壓縮機(jī)突然受到?jīng)_擊,容易損傷機(jī)器;而且一旦轉(zhuǎn)速落到共振區(qū),會造成操作上的慌亂;另外,工況遭到2喘振曲線的制作大幅度破壞以后,想要恢復(fù)也比較費力。因此對于回流一般制造商會隨機(jī)器出廠提供壓縮機(jī)的性能曲線閥的動作在設(shè)計時設(shè)定一個緩沖區(qū),例如設(shè)置成喘振壓圖,性能曲線可以是由該樣機(jī)試驗得出的,也可以是同類差值的1.15-1.25。這樣,喘振曲線就有3條曲線。一條樣機(jī)的試驗基礎(chǔ)上總結(jié)出換算方法而計算出來的,通常是喘振線;一條是在喘振線的基礎(chǔ)上將DP2乘以115得是用壓比與流量的關(guān)系來表示的,壓比為縱坐標(biāo),流量為到的喘振保護(hù)線;另一條是在喘振線的基礎(chǔ)上將DP2乘橫坐標(biāo)。在一定的轉(zhuǎn)速下有一條性能曲線,通常流量減以1.25得到的喘振動作線。小壓比增加,流量小到某一值時便會發(fā)生喘振,這一點稱根據(jù)給定的一組參數(shù)及上面的計算方法可以得到為喘振點。如果機(jī)器轉(zhuǎn)速是可變的,對于不同的轉(zhuǎn)速就條線段分別是喘振線、防喘振保護(hù)線以及動作線。在有不同的喘振點,將這些點連起來為一條曲線就稱為喘振曲線。喘振線將性能曲線Flow DPFlow %DPCompressor DP Compressor %DP圖劃分成安全區(qū)和喘振區(qū),喘振線的右下□mR的=0=30m20門Transmitter Range=0- 150 psid方為安全區(qū),左上方為喘振區(qū)。ACD膨脹0.00.0%0.000.0%機(jī)中的壓縮機(jī)就屬于這種情況"。0.60.2%1.080.7%2.9%ACD采用 MOORE提出的防喘振方法,6.6%9.93.3%1711.8%也是許多壓縮機(jī)防喘振實際采用的方法,155.1%28.2018.8%就是用進(jìn)出口壓差(用DP表示)一流量壓222276%30.110.0%38.4%差(用DP2表示)圖來代替壓比一流量圖并51.5%49516.5%100.5767.0%且提供了喘振曲線上DP與DP2的對應(yīng)數(shù)61.020.3%128.19855%值。用這種方法的優(yōu)點是只要測量出運行Slope of dpSlope of Range時的兩個壓差即可,這時喘振線上各點的2.10154.2029DP與DP2接近線性關(guān)系,并且不受壓縮機(jī)進(jìn)口條件如壓力,溫度和氣體組分的影響圖2壓差與流量對應(yīng)的兩組數(shù)據(jù)顯然是十分方便的。喘振線上DP2的每一DCS畫面上取一個基點作為原點,橫坐標(biāo)為DP2,縱坐標(biāo)點代表不同的轉(zhuǎn)速,進(jìn)口導(dǎo)葉位置或進(jìn)口壓力。為DP,這樣就會得到一個矩形區(qū)域,在此矩形坐標(biāo)框中繪在DCS屏幕上制作一個DP_DP2的坐標(biāo)圖,圖上畫制三條線,分別是喘振線、防喘振保護(hù)線、動作線。繪制出喘振曲線,利用運行時測量的兩個壓差標(biāo)出工作點位出的坐標(biāo)圖如下圖3。置,這樣可以直觀地看出工作點離喘振線有多遠(yuǎn),以便于實際操作,在避免喘振的同時有效的提高了膨脹機(jī)的工作效率。根據(jù)說明書提供的兩組壓差的對應(yīng)數(shù)據(jù)(可以是壓差數(shù)據(jù),也可以是百分比數(shù)據(jù))在坐標(biāo)圖上可以得到若干點(這些點近似于一條直線,但不要作成直線,誤差較大),用數(shù)學(xué)處理方法(例如樣條函數(shù))通過這些點連成條曲線(如有困難,連成一條折線也可)而得到表示兩者關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式提供給DCS組態(tài)人員。這樣,只要知道DP,便可算出喘振線上的對應(yīng)D將喘振流量安全值設(shè)置為喘振流量值的1.1倍。就是說,當(dāng)流量下降到喘振流量的1.1以下時,回流閥(也稱圖3流量壓差坐標(biāo)圖防喘振閥)會自動打開使壓縮機(jī)流量增大,避免喘振。但3防喘振控制邏輯是我們用的是壓差而不是流量。因為壓差與流量的平方成正比,所以喘振壓差安全值應(yīng)該是喘振壓差的121倍。由繪制出的三條線可以得到動作線的斜率W0和防·38·基于20000。/h空分增壓透平膨脹機(jī)防喘振設(shè)計與應(yīng)用第12期喘振保護(hù)線的斜率W1。膨脹機(jī)投入運行時,控制器實時達(dá)到了設(shè)計值進(jìn)一步說明該防喘振方案的正確性。采集動坐標(biāo)的數(shù)值PⅤ制與設(shè)定值W0做比較PV