胡玉鹏
山东核电有限公司 山东 海阳 265116
摘要：随着科学技术的进步，风机在天然气净化厂得到广泛应用。作为天然气净化的重要设备，风机的稳定运行起着至关重要的作用。防喘振控制理论复杂，只有充分理解其原理才能安全、有效地对防喘振系统进行优化。本文深入讨论了风机防喘振的控制原理，通过具体的优化方法确保了风机的稳定运行。
关键词：风机；防喘振控制；优化浅析
引言
喘振是风机的固有特性，喘振会对轴流压缩机造成比离心压缩机更严重的危害。为了防止压缩机进入喘振工况，在机组自控系统中，专门设置了轴流压缩机防喘振控制系统。防喘振阀为事故阀门，正常情况下为关闭状态，当风机发生喘振工况时，逐渐开启克服喘振。该文主要以八钢AV90风机防喘振阀为例，从防喘振阀门应用原理、气路组成和元件功能进行讨论，分析前期发生的故障案例，找出原设计存在的问题并实施改进方案及效果评价。
1风机防喘振控制系统设计
1.1风机防喘振控制系统硬件配置
为满足风机防喘振控制系统的精确控制，PLC系统选用西门子S7-300控制系统，性能优良、性价比高。S7-300是模块化的PLC，可以根据需要自由组合模块，可拆的模块前面板接线端子易于维护。S7-300有350多条指令，其编程软件STEP7功能强大，支持梯形图、功能图、STL等编程语言，完全满足风机的防喘振控制编程要求。控制器采用CPU314C-2PN/DP，该CPU包含两个通信接口：MPI/DP和PROFINET（PN）接口。MPI/DP接口可与现场触摸屏连接，方便现场人员进行风机数据的监视与控制；PROFINET（PN）接口可与中控的工程师站进行连接，方便远程监控程序以及与DCS系统进行modbus通讯，有利于数据的整合与远程控制位于现场的风机。
1.2风机防喘振控制系统的实现
当风机即将进入喘振区时，防喘振阀应迅速开启，然而随着防喘振阀的开启，工作点将回到防喘振线的下方，此时防喘振阀在关闭过程中又应放慢，即要求在打开、关闭防喘振阀的过程中，所用的速度是不一样的。由于PLC编程的灵活性，通过其内置的STL编程语言可以对防喘振阀控制参数进行实时修改以满足防喘振阀的快开慢关要求。典型的设置就是通过修改PID的积分时间和增益，积分时间修改的顺控逻辑及STL代码实现如下：风机防喘振的软件实现采用模块化程序的设计方法，分别由模拟量的输入/输出处理模块、防喘振控制曲线、PID调节控制等部分组成。其中，将测量到的入口流量差压进行补偿运算后，所得的流量值经过折线运算后得到的能量头作为PID控制的设定值SP，通过风机进口的空气压力、温度，及出口空气压力计算得到的能量头作为PID的PV。防喘振控制的偏差：e=PV-SP，即为能量头的控制偏差。当风机正常工作时，此时偏差e＞0；若运行点在防喘振线的上方，此时偏差ｅ≤０，则控制防喘振阀具有一定开度。防喘振控制系统主要由进口空气压力、进口空气温度、进口流量、出口空气压力和防喘振阀组成。防喘振控制器是具有连续输出信号的数字多分量控制器。该输出信号作用于防喘振放空阀的定位器，当控制器或驱动源发生故障时，通过阀门打开，实现故障安全行为。
2喘振机理
当制硫风机流量小到足够时，会在整个扩压器流道中产生严重的旋转失速，制硫风机出口压力突然下降，使管网的压力比制硫风机出口压力高，迫使气流倒回制硫风机，一直到管网压力下降到低于制硫风机出口压力时，制硫风机开始向管网供气，恢复正常工作；当管网压力又恢复到原来压力时，流量仍小于喘振流量，制硫风机又产生严重的旋转失速，出口压力下降，管网中的气流又会倒流回制硫风机。如此周而复始，使制硫风机的流量和出口压力周期性的大幅波动，引起制硫风机强烈的气流波动，同时伴有气流的吼叫声，这种现象就叫制硫风机的喘振。一般管网容量大，喘振振幅就大，频率就低；管网容量小，喘振振幅就小，频率就高。
3喘振的判断及消除
3.1判断喘振
①对于离心式鼓风机来说，风压受鼓风机抽出风量时大、时小的影响和制约，变得时高时低，并且在不同程度上，系统内气体的压力、流量等都出现波动；②风机房地面、墙壁以及房内空气等因鼓风机机体产生强烈的振动而出现明显的抖动；③噪声因鼓风机的呼噜、呼噜声而加大；④风量、风压、噪声等都存在周期性的变化。
3.2消除喘振的措施
主要措施：①通过变频器进行启动。对于3台离心式鼓风机来说，由于都设置了相应的变频器。通过鼓风机二级电动机的运行频率进行适当的调低，喘振现象在一定程度上就可以消除，这种启动方式，在启动鼓风机时比较有效；②借助出风管对离心式鼓风机进行放气处理。通过在出风管上设置相应的旁通管，当风量降到Qmin时，旁通管上的阀门就会自动打开进行放气，进气流量小、发生喘振的可能性都会在不同程度上得以消除；③采取措施降低生物池的污泥浓度。随着负荷的增加，离心式鼓风机发生喘振的几率逐渐增大。在满足相应的工艺要求的前提下，制定相应的措施或方案，降低生物池的污泥浓度，同时耗氧量也大大减少，并且有效降低了离心式鼓风机的工作负荷；④制定措施，确保管路的通畅性。为了提高管路的通畅性，需要对进口风道过滤网进行定期、不定期的检查，发现管路堵塞，需要立即更换。由于污水处理厂工作时间比较长，堵塞了曝气头，需要尽快更换，降低整个管路的阻力；⑤调整离心式鼓风机的争风状态。对于离心式鼓风机来说，由于采用并联的方式进行连接，当一机运行正常，另一机欲停，而备机欲开时容易造成离心式鼓风机因争风，导致开、停两机处于小流量状态；⑥提供运行人员的操作技能，对运行人员加大技能培训的力度，避免出现操作不当，引发各种事故等。开机时因为操作不当，出口阀门还未迅速打开，使得机组在一定程度上运行在小流量状态，进而使得离心式鼓风机发生喘振现象；⑦为了确保离心式鼓风机正常运行，需要对离心式鼓风机进行定期的维护、检查及保养。检查离心式鼓风机的油温、油压等，通使离心式鼓风机运行在最佳状态。分析阀门故障开启的原因：（1）由于气源管路及控制元件的安装方式较为集中，且控制元件依靠铜管作为连接支持；当防喘阀小角度开启放风时，必然会造成放风管道的振动，振动由阀体传至气源管路及控制元件，从而造成气源铜管与控制元件接头处扭力和摩擦，长期的振动会导致此接头处的铜管断裂，导致防喘阀故障开启；（2）防喘阀的定位器安装在阀门气缸的下部，长期的管路共振对阀门定位器内部元件及反馈杆都有一定程度的损坏，且此类故障不易被维修人员发现，对阀门的控制及调节精度产生的较大影响。
结语
风机的稳定运行对燃烧炉的稳定燃烧起着至关重要的作用，风机的防喘振控制复杂，工作人员只有充分理解其控制原理，结合风机自身特点才能制定出切实有效的优化方案。本装置的风机经过优化后，运行效果良好，没有再次出现因为风机的喘振导致燃烧炉停炉，为工厂的保质、保量运行提供了坚实的基础。对防喘阀气路控制部分改进设计实施后，经过在线调试和运行效果评价，从根本上解决了防喘阀在放风时管路振动对阀体气路及控制元件的损坏，保证了防喘阀的安全可靠运行和快速调节风机工况的需求。
参考文献
[1]孙永刚，张建惠.防喘振控制在催化裂化主风机组应用的改进[J].技改与创新，2010，37（7）：103-106.