一种离心压缩机喘振故障调控方法与流程

本发明涉及离心压缩机喘振保护领域，特别是涉及离心压缩机喘振保护阀控制方法。

背景技术：

离心压缩机是化工生产过程中的核心动力设备，其运行状态直接影响到整个工艺生产过程的进行。在离心压缩机运行过程中，易发生喘振故障，喘振对离心压缩机转子和静部件的交变应力严重影响其寿命，对离心压缩机密封以及轴承也有极大的损坏作用。因此，对离心压缩机进行喘振保护是整个运转正常进行的重要保证。

当前通常采用防喘阀将压缩机出品气体回流至入口的方法，达到喘振保护的目的。由于该方法使用的设备包括相关测量仪表、控制器、防喘阀以及相关通讯设备，导致控制循环中不同环节之间存在特性不匹配，从而使得喘振保护效果不好，不能有效保护压缩机安全正常运行，经常导致压缩机低效不稳定工况下运行。

为解决上述问题，本专利提出一种离心压缩机喘振故障调控方法，该方法对所包括的设备特性进行精确的测算，根据测算结果对控制器和防喘阀的动作时间进行调整，避免了控制循环中不同环节之间的特性不匹配问题，从而精确控制防喘阀的开度，达到良好的喘振保护的目的。

技术实现要素：

1.一种离心压缩机喘振故障调控方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)该喘振故障调控方法为防喘阀控制调节方法，具体为：在离心压缩机发生喘振故障时，通过控制防喘阀使离心压缩机出口气体回流至入口，从而提升压缩机入口流量，使压缩机正常工作。本方法采用的设备包括信号测量系统、喘振调控器、数据应用管理器、工业通信器、防喘调节阀。

2)离心压缩机发生喘振时，喘振调控器通过控制防喘调节阀开度调节压缩机入口流量，本方法中设定为K，0≤K≤100％。

3)计算信号测量系统、喘振调控器运行和防喘阀执行时间，测算信号从测量系统中采集、转换并传输到喘振调控器所需时间，记为T₀，测算喘振调控器从获得监测信号到输出控制信号的所需时间，记为T₁，测算从输出控制信号到防喘阀开始执行动作的所需时间，记为T₂，测算防喘阀从当前开度到所需开度的所需时间，记为T₃，可知T₀、T₁、T₂和T₃组成一个完整的控制循环。

4)确定T₄和T₅，为保证步骤3从信号测量到防喘阀执行完成不出现传输过程信号混叠现象，需要对T₁和T₂分别进行计算时间修正和传输时间修正，本方法设定计算延时为T₄，传输延时为T₅，使得T₀≤T₁+T₄≤1.1T₀和T₀+T₁+T₄≤T₂+T₅≤1.1(T₀+T₁+T₄)成立。

5)确定T₇：在T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)≥T₃情况时，为保证防喘调节阀 的开度达到喘振控制器所需开度，并保持一定时间，本方法设定T₆＝T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)为控制器测量、计算与输出所需时间，设定开度保持时间为T₇；

①若T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)>n*T₃，n为大于1的正整，n＝(2,3,4…)，开度保持时间为T₇，T₇＝(n-1)*[T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)]，防喘调节阀达到初次控制循环的开度后，需要保持此开度(n-1)个计算循环。

②若T₃≤T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)≤2*T₃，开度保持时间：T₇＝T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)-T₃，防喘阀达到初次计算循环的开度后，需要保持该开度T₅时间，直至下一个控制循环输出所需开度。

6)确定T₈：在T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)<T₃情况下，为避免相邻控制循环输出的控制开度出现信号混叠，由于每个控制循环输出开度不相同，因而从第二个控制循环往后的循环需进行输出延时，本方法设定控制信号输出延时T₈。

①若T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)≤T₃≤2*[T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)]，控制信号输出延时：T₈＝T₃-[T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)]，本方法设定相邻控制循环为第i次和第(i+1)次，i为正整数，第i次和第(i+1)次控制循环输出开度分别为K_i、K_i+1:

当时，第(i+1)次输出K_i+1需延时T_i+1＝0；

当时，第(i+1)次控制循环输出K_i+1需延时T_i+1＝T_i-[T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)]。

②若m[T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)]<T₃，其中m为大于1的正整数，m＝(2,3,4…)，本方法设定相邻控制循环为第i次、第(i+1)次、第(i+2)次，i为正整数，第i次、第(i+1)次、第(i+2)次控制循环输出开度分别为K_i、K_i+1，K_i+2:

当时，第(i+1)次输出K_i+1需延时T_i+1＝T_i-[T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)]；

当时，第(i+1)次输出K_i+1需延时T_i+1＝0。

根据上述得出第(i+1)次输出K_i+1，以此按照上述步骤往后迭代分别计算各个控制循环对应的延时。

附图说明

图1离心压缩机喘振调控配套硬件

图2电磁阀开度控制循环

图3电动调节球阀开度控制循环

图4为离心压缩机发生喘振时对应的振动频谱

图5为通过调控达到喘振保护的效果

具体实施方式

下面对本发明的离心压缩机喘振故障调控方法作进一步介绍。

1、离心压缩机喘振调控包括的设备

具体实施时，本方法应用于一台悬臂式水蒸气压缩机中，压缩机由电机和齿轮箱驱动，本方法采用的设备包括信号测量系统、喘振调控器、数据应用管理器、工业通信器、防喘调节阀。

信号测量系统包括：振动传感器、工艺量传感器和数据采集器， 其中振动传感器包括：加速度传感器、轴径向振动传感器和轴向振动传感器；工艺传感器包括：进出口压力传感器、进出口温度传感器和流量传感器。

防喘调节阀包括：电动调节球阀和电磁阀，两个阀门分别连接压缩机进出口，属并联关系。

2、离心压缩机喘振调节阀控制特性

本方法选用两类防喘调节阀：电动调节球阀和电磁阀，压缩机发生喘振时，控制电动调节球阀开度K，0≤K≤100％；

对于控制电磁阀开度为k，电磁阀只有两种状态：完全开启和完全关闭；电磁阀完全开启时，k＝100％；电磁阀完全关闭时，k＝0。

3、测算喘振调控循环各环节时间

(1)信号从测量系统中采集、转换并传输到喘振调控器所需时间，记为T₀，振动传感器和工艺量传感器响应时间长短不同，选取最长响应时间作为测算结果，T₀＝150ms；

(2)喘振调控器从获得监测信号到输出控制信号的所需时间，记为T₁，T₁＝70ms；

(3)输出控制信号到防喘阀开始执行动作的所需时间，记为T₂，T₂＝100ms；

(4)防喘阀从当前开度到所需开度的所需时间，记为T₃，防喘调节球阀从完全关闭到完全开启所需时间为5s，从完全开启 到完全关闭所需时间哦5s，则

(5)电磁阀从完全关闭到完全开启所需时间为t₃＝180ms，从完全开启到完全关闭所需时间为t₃＝180ms，则

4、确定计算延时T₄和传输延时T₅

为使得T₀≤T₁±T₄≤1.1T₀和T₀+T₁±T₄≤T₂±T₅≤1.1(T₀+T₁±T₄)成立，根据步骤3测量的数值，确定80≤T₄≤95，本方法实际实施选取T₄＝80，确定200≤T₅≤230，本方法实际实施选取T₅＝200。

5、确定防喘阀开度保持时间T₇

(1)由步骤3可得T₆＝T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)＝150+150+300＝600ms；

(2)本方法在实际测试中，检测到离心压缩机发生喘振时，喘振调控第一个循环输出电动调节球阀开度35％，因而第一个循环：于步骤6计算输出延时。

(3)同时在喘振调控第一个循环输出电磁阀完全开启，因而T₆＝600ms>3*t₃＝540ms；

(4)电磁阀在第一个循环完全开启后，需要保持完全开启状态时间：T₇＝(n-1)*T₆＝(3-1)*180＝360ms。

6、测算喘振调控循环防喘阀开度输出延时T₈

(1)由步骤3可得T₆＝T₀+(T₁+T₄)+(T₂+T₅)＝150+150+300＝600ms；

(2)由步骤4可得由此得：T₃＝1750ms>2*T₆＝1200ms；

(3)本方法在实际测试过程中，喘振调控器对电动调节球阀开度 第二个循环和第三个循环分别输出：K₂＝28％，K₃＝43％，由此得： 从而：第二个循环输出延时T₈＝0，即喘振调控器输出电动调节球阀开度28％，代替第一个控制循环输出的开度K₂＝35％；

(4)根据第二个控制循环输出K₂＝28％，以此往后迭代计算第三个循环输出延时T₈，由上得第三个循环:T₃＝1400ms>2*T₆＝1200ms，喘振调控器对电动调节球阀开度第四个循环输出：K₄＝45％，因而： 得出：T₈＝T₃-T₆＝1400-600＝800ms。

(5)按上述步骤对第四个、第五个……控制循环对应的延时依次迭代计算。

(6)图4为离心压缩机发生喘振时对应的振动频谱，在调控前存在7.5Hz的振动，图5为通过调控达到喘振保护的效果，7.5Hz的低频振动消失。