煤气压缩机防喘策略研究.pdf

DOI:10.165/th.2023.07.102经验交流andNo.7,2023DevelopmentManagementMechanical2023年第7 期Total243机械管理开发总第2 43期煤气压缩机防喘策略研究侯靖宇（华阳煤层气开发利用分公司市区供气管理中心，山西阳泉045000)摘要：为解决压缩机的喘振问题导致煤气系统压力、流量等参数出现较大的波动，进而影响煤气系统的可靠性和安全性，在对煤气压缩机喘振现象发生原因分析的基础上，从理论层面提出了解决压缩机喘振现象的主要方法，并结合压缩机的实际工况提出了压缩机在不同工况点对应的防喘策略，为今后防喘措施的具体应用奠定理论基础。关键词：压缩机；喘振；调节域；安全工作域；跳变域中图分类号：TH45;TE832文献标识码：A文章编号：10 0 3-7 7 3X(2023)07-0251-020引言联合循环发电机组是与钢厂配套的发电设备,其主要利用钢厂富余的煤气进行发电，不仅对煤气进行充分的回收利用，而且还减少了煤气直接排放对环境造成的污染。对于联合循环发电机组而言，其对煤气的流量、压力以及温度的要求较高；上述参数不稳定极易导致发电机组造成严重的影响。压缩机作为煤气系统的关键设备,其主要作用是对煤气进行加压 1-5 。在实际生产中，当煤气的流量较小时，煤气压缩机极易发生喘振状态，从而导致设备发生严重的振动，进而影响煤气的流量、压力等参数，对发电机组运行的安全性造成威胁。本文将针对煤气压缩机的喘振现象提出相应的防喘策略,并对防喘策略进行仿真验证。1火煤气压缩机喘振现象联合循环发电机煤气系统主要包括有除尘装置、气水分离装置、加压装置以及调整热值装置。本文以其中的加压装置为例开展研究,所述的加压装置即为离心式压缩机，其将煤气加压处理后作为煤气系统的人料。在实际生产中，可将多级压缩机联合应用，以保证煤气的压力满足发电机组的要求。煤气压缩机由五大流通部件组成，主要包括有蜗壳、扩压器、吸气室、弯道和叶轮等。离心式压缩机在实际工作中，由于工作状态发生变化导致压缩机的流量减小，从而导致设备出现较为严重的旋转脱离现象；而且，当压缩机的流量出现突变并且已经失速后，流道内煤气的流动情况会急剧恶化。在此情况下，虽然设备仍在不断旋转，但是其对煤气的做功较小无法将煤气压力提高至预期值，导致煤气压缩机出口处的煤气压力下降。此时，煤气向官网中倒流，当官网压力与压缩机出口压力相等时，倒流现象停止。上述现象的反复，使得压缩机在设备的轴向方向出现了较大幅度的振动现象。上述现象即为喘振现象。当压缩机出现喘振现象后，设备本身会发生异常的噪声、爆炸音等，进而导致设备出现严重的振动现象，直接导致压缩机内部的轴承、密封等部件造成损坏；喘振现象会导致压缩机的性能出现严重的恶化，进而使其压力和效率等指标减小。总的来讲，导致压缩机出现喘振现象的主要原因可以归结为内因和外因。其中,内因是由于压缩机内部流量减小导致其内部出现严重的失速现象；外因与压缩机的官网容量及其特性相关2压缩机喘振控制方法针对压缩机发生的喘振现象，可采用被动和主动两种控制方式达到防喘的目的。本文将对主动和被动两种防喘方法展开研究。2.1被动防喘控制技术压缩机初心喘振现象的根本原因在于其人口流量小于其喘振的控制线流量。因此，从原理上可以采用放空和回流的方法将压缩机的工况点控制在喘振曲线上。根据应用场合的不同可将被动防喘控制技术分为固定极限流量法和可变极限流量法。2.1.1固定极限流量法固定极限流量法主要应用对压缩机固定转速工况下使用。该种控制方法的核心思路是将流过压缩机的流量始终控制在喘振极限流量之上。该种控制方法具有操作简单、可靠性高以及使用仪表少等特点。2.1.2可变极限流量法可变极限流量法用于压缩机在变速工况下使用。鉴于压缩机在低速运行工况下设备对应的效率偏低且损失的能量较大，该种控制方法可随着压缩机转速的变化而变化；其也是解决固定极限流量法能量浪费且回流问题的关键。2.2主动防喘控制技术主动防喘控制技术主要从压缩机本身出发，对导致压缩机喘振现象的根本原因进行分析，研究气流不稳定的的主要原因，主要通过改善压缩机工作性能、收稿日期：2 0 2 2-0 5-30作者简介：侯靖宇（19 9 0 一），男，山西运城人，本科，毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，机电助理工程师，技术员，研究方向为机电。(编辑：王婧）252第3 8 卷机械管理开发对流场反馈进行预扰动等措施阻止喘振现象的发生。综合对比压缩机的主动防喘和被动防喘控制技术的特点，煤气压缩机的工况特点，确定采用被动控制技术中的可变极限流量法解决压缩机喘振现象，如图1所示。循环压缩机图1循环流量法防喘振控制流程3压缩机防喘振策略设计本着压缩机在任何工况下通过其中的流量均是足够的；而且，在出现喘振现象时通过打开喘振阀补充流量损失的部分。基于上述原理，提出采用如图2所示的控制图对压缩机的喘振现象进行控制。5.04.5控制线阀跳变线4.0喘振线新控制线3.53.02.52.01.51.00510152025303540质量流量/（kg/s）图2压缩机防喘控制曲线如图2 所示，压缩机喘振线对应的最小流量为13.4097kg/s；阀跳变现对应的最小流量为18 kg/s;控制线对应的工作流量为2 3kg/s;新控制线对应的流量为2 5 kg/s。图2 中，控制线与曲线、X轴形成的区域为压缩机的安全工作区域；控制线与阀跳变线、曲线形成的区域为压缩机的调节区域；喘振线与阀跳变线、曲线形成的区域为压缩机的跳变工作区域；喘振线与曲线、Y轴形成的区域为压缩机的喘振区域。根据上述压缩机在不同区域的工作情况，当压缩机工作在调节区域和跳变工作区域时，通过PID控制器对防喘法进行控制，避免压缩机工况点落在喘振区域，具体控制策略如下：1)当压缩机工况点落在安全区域时，无需进行调节控制；2)当压缩机工况点落在调节区域时，将系统的防喘阀打开，并通过PID控制算法对其开口大小进行控制，使得压缩机工况点落在安全工作区域；3)当压缩机工况点已经质变至阀跳变点时，将防喘控制阀控制至0.0 5,将压缩机的工况点落在安全工作区域。4结论煤气压缩机为对煤气进行增加处理的设备，其是煤气系统的关键设备。压缩机在实际应用中，由于煤气系统本身的流量波动较大，导致压缩机出现了不同程度的喘振现象；进而导致煤气系统的压力、温度以及流量等指标波动严重，从而影响了整个机组运行的稳定性。本文针对煤气压缩机的喘振问题展开系列研究，总结如下：1)导致压缩机出现喘振现象的主要原因在于其人口流量大幅减小。2)针对压缩机的喘振现象，可采用主动和被动两种方式控制；对于煤气系统的压缩机可采用被动控制技术中的可变极限流量法解决喘振问题。3)针对压缩机的工况点将其划分为不同的工作区域，并根据所在工作区域提出了不同的防喘策略。参考文献1袁利剑，李英俊，袁大辉，等.ITCC在压缩机防喘振控制中的应用J.化工进展,2 0 0 3,2 2(10)：41-42.2黄钟岳，王晓放，白月维.汽机驱动离心压缩机防喘振数字控制系统数值研究 J.大连理工大学学报，2 0 0 0,19（6)：7 10-7 13.3张勇，张春梅.用HHT变换处理离心压缩机喘振试验数据 J.流体机械,2 0 12,40(1)：13-14.4高超，王娜，袁先士，等.NF-6增压连续式高速风洞压缩机喘振边界的确定 J.实验流体力学，2 0 13,2 7(5)：6 6-6 8.5郝礼书，乔志德，武洁，等.NF-6风洞AV90-2轴流压缩机喘振曲线测试研究 J.西北工业大学学报，2 0 0 9（4）：10 4-10 5.Research on Anti-Surge Strategies for Gas CompressorsHou Jingyu(Urban Gas Supply Management Center,Huayang Coalbed Methane Development and Utilization Branch,Yangquan Shanxi 045000,China)Abstract:In order to solve the problem of gas system pressure and flow rate fluctuations caused by the wheezing of compressor,whichaffects the reliability and safety of gas system.On the basis of the analysis of the causes of gas compressor wheezing,the main methods tosolve the phenomenon of compressor wheezing are proposed from the theoretical level,and the actual working conditions of the compressorare combined with the corresponding anti-surge strategies of the compressor in different working conditions,which lay the theoreticalfoundation for the specific application of anti-surge measures in the future.Key words:compressor;surge;regulation domain;safe working domain;jump domain