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摘要：轴流式风机发生喘振、逆流的机理、原因及危害,杜绝喘振和逆流工况发生的实施过程。文章通过对一起高炉鼓风机喘振、逆流事故的原因分析，提出了完善改进控制系统的处理措施，增强了高炉鼓风机安全稳定运行的可靠性，有效地避免了类似事故的发生。
关键词：轴流风机；喘振逆流；故障；控制
1导言
正常生产工况下，主风机组向再生器底部输送压缩空气，使再生器和反应器内的催化剂处于流化循环状态，以满足催化裂化反再系统的流化及为烧焦提供输送空气，如主风机组停运，催化裂化反应也将被迫停止。因此，主风机组的运行状况直接影响着整个催化裂化装置的安全稳定运行。喘振和逆流是诸多影响主风机组安全运行因素的一部分。
2轴流式风机的喘振与逆流
2.1喘振的成因及危害
喘振又称飞动，是指轴流压缩机运行过程中，因系统负荷降低而使压缩机进口流量降低，当进口流量降到一定程度时，气体排出量会出现强烈振荡，使机身出现剧烈振荡的现象。
在装置的日常生产中,轴流式压缩机总是与管网一起联合工作。图1为压缩机和管网联合工作性能曲线。图中曲线Ⅰ是管网的阻力线，曲线ABC为压缩机的特性线，P为管网压力，Q为压缩机进口流量。
图1压缩机和管网联合工作性能曲线
如图1所示，机组正常工作时，机、网在两曲线交点B工作。若管网阻力增加，则管网曲线左移，管网阻力线从位置Ⅰ移到Ⅱ，机、网系统工作点向上移动，压缩机工况向小流量偏移。当流量减少到正常工作允许最小值时，压缩机工作移到C点，此时压缩机通道受阻堵塞，使气流产生强烈脉动，压缩机出口压力突然下降。而管网中气体压力并未同时下降，由于管网阻力大于压缩机出口压力，气体倒流到压缩机，压缩机工作点经H从C跳到D点。由于管网一方面向外排气，一方面向压缩机倒流，因而压力从C降到G点，压缩机压力也从D降到E点，此时压力达到新的平衡，压缩机又建立起正常输气条件，其工作点由E跳到F点，由F点突跃到原曲线ABC。此时压缩机的流量大于管网排出量，于是压缩机背压上升，机、网的工作点又向C点靠近。到达C点后，倒流再次出现，如此周而复始，产生周期性气流脉动，此现象被称为喘振。
由于喘振过程中，气体在压缩机及管网之间产生周期性气流脉动，使机体和轴承振动幅度加大，给机组带来很大危害，主要表现：①机体严重振动可能引起静、动部件摩擦而损坏；②气流脉动甚至共振，可能引起机组叶片断裂；③气体倒流，可能引起机体内温度急剧上升，导致叶片与内缸损坏。
2.2逆流的成因及危害
逆流现象是轴流风机最危险的工况，造成逆流的原因有：①工艺系统事故使系统压力骤升，造成气流向轴流风机倒流。②喘振状态的进一步发展。轴流风机进入喘振工况，若不及时排除，由于工艺系统和管网的容量很大，就会产生持续逆流。同时由于出口压力高，压缩机气体不能畅通输出，则旋转机械将其转化为热能使叶片膨胀，造成动叶与静叶相碰而损坏轴流风机。
3事故概述
事故经过
2016年9月10日，风机正常给高炉送风，出口压力0.356MPa，吸人风量5420m3/min，静叶角度510，电机电流1340A。16:50机组出口风压突然由0.356MPa下降至0.2MPa，16:52由于风机轴振动高报警，机组跳闸停机，17:06大车停止。停机时，风机仪表显示：风机轴振动高报警、安全运行报警、急停报警，无其他报警显示。机组惰走时间较正常停机时明显缩短，并在风机吸入侧有明显异音，9月11日风机解体后，发现风机转子动静叶损坏严重，其中风机动叶片顶部第一至第三级严重烧损，第四至第八级磨损较重，第九至十七级部分磨损，且第一至第十二级动叶片有松动现象。转子级间主轴外径圆周面上有不同程度擦痕（第十六、十七级除外），转子进气侧轴封密封片严重磨损。静叶人口导叶受损严重，叶根部都有直径约40mm、呈半圆形缺损，第一至第二级静叶片顶部磨损较重，第三至第十七级有不同程度的磨损。上承缸前三级内壁面有十六道裂纹，最长约100mm，宽约0.5mm;下承缸前四级有七道裂纹，最长约80mm．宽约0.5mm;上、下承缸均有不同程度变形（风机解体时，转子已无法正常从下承缸中吊出）。风机两侧静叶伺服缸活塞杆弯曲，联接螺栓损坏。
机组自动监视系统显示，见图2，停机前100s左右，静叶角度突然由510下降至220(风机正常运行角度为25—790)，并迅速恢复至520，整个波动过程历时98，同时风机人口风温由28℃迅速上升至60℃以上，风压、风量下降。在静叶突然关回前18．风机轴位移、轴振动出现变化。静叶波动至停机前阶段，放风门无动作。停机时，静叶、放风门动作正常。
图22016年9月10日风机运行曲线
3轴流式风机防喘振与逆流的控制方法
3.1控制方法
防喘振控制系统主要是在压缩机出口设置旁路放空阀，通过设定防喘振线对放空阀实施监控，通过控制防喘振放空阀开度，改变压缩机进口低流量状态，使得工作点远离压缩机喘振曲线（图3），以防止喘振发生。
图3喘振曲线简图
120万t/a重油催化主风机的防喘振控制是通过TRICONESD（EmergencyShutDownSystem）即紧急停车系统实现的，该系统主要完成以下控制功能：①机组的启动、停止程序控制；②机组的停机连通器锁保护程序控制；③机组的防喘振控制；④润滑油、动力油等辅助系统的自动控制
3.2控制原理
TRICONESD提供专门的防喘振控制模块，用户在TriStation1131系统软件环境下的控制程序组态中可以利用和调用这些模块，并将主风机进口压力、温度、流量和出口压力、温度等过程变量输入到模块中，在模块中进行喘振线、喘振点和工作点的计算。
3.3改进措施
在现有计算机逆流保护程序的基础上，增加入口喉部压差开关，检测机组入口喉部压差，一旦达到设定值，机组将立即放风，若事故未得到消除，延时自动停机，同时将喉部压差300Pa的原保护设定值提高到l600Pa。增加放风门的全开保护判断，即一旦控制系统发出全开放风阀指令后，放风门应在38内完成全开动作，否则立即连锁停机。为了进一步预防风机逆流的发生，在风机人口管路增设温度测量装置，引入进风温度逆流保护，风机进风温度达到50℃报警，60℃自动停机。
结合电动高炉鼓风机的特点，增设两组行程开关，分别作为静叶角度140与250的标志，一旦静叶角度进入这一区域，机组将转入安全运行，打开放风门，同时报警，若3s后仍无法恢复，则立即自动停机。对现有的防喘振保护改进，将原一条放散线和一条报警线改为一条报警线、一条调整线和一条放散线，分别实现报警、调整风压、快速放风的功能。通过观察行程诊断测试波形图，确认定位器性能良好，未发现异常现象。经过2d的不间断观察，控制阀一直工作状态良好。经过检测、分析判断，倾向于认为控制阀发生跑位故障可能是由于气源供风品质较差，定位器在运行一段时间后出现短时喷嘴堵塞现象，造成调节失灵。根据判断分析原因，为改善定位器供风品质，采取了临时加装两组精密过滤器的措施，以进一步保证控制阀长周期工作的可靠性。
结束语
综上所述，，轴流风机喘振、逆流保护作为机组最重要的保护之一，是机组安全运行的必要
保证，为更大程度准确无误的保护机组，确保装置长周期运行，一方面对主风机组参与控制的联锁信号采集元件进行更换，消除仪表虚假信号对生产的影响；另一方面对轴流风机使用多年的防喘振阀装置大检修进行更换，确保机组喘振工况急时消除，杜绝逆流现象的发生。
参考文献
［1］杨小锋.S-3000系统在轴流压缩机喘振控制中的应用［J］.广东自动化与信息工程，2016（2）：29-30.
［2］钱玉洪.轴流风机的防喘振和防逆流保护系统［J］.齐鲁石油化工，2016（4）：294-297.
论文作者:郭少彬
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/28
标签：风机论文; 压缩机论文; 逆流论文; 轴流论文; 管网论文; 机组论文; 工作论文; 《电力设备》2018年第2期论文;