实例浅析旁路快开阀在大型离心压缩机防喘振的选择

    由日本UBE引进的三套30万吨大型合成氨基树脂装置中，其空分由联邦德国林德公司设计。从镇海、乌鲁木齐两厂空分空压机防喘振系统运行来看，原设计的防喘振系统难于确保系统不发生喘振。特别是氮压机跳车造成负荷大幅度减少，防喘振调节系统仍按一般的过程去调节，显然没有足够的把握免于喘振。因此镇海、乌鲁木齐两厂，已对这一系统进行了改造并取得了较好的效果。
     原林德设计采用两段变极限防喘振系统（见图1）。其中：
图 1
    a、b（由b1和b2构成）分别是防喘振极限和防喘振控制线。θ1、θ2、θ3为空压机入口导向叶片的角度。对于防喘振控制线有：
      Q≥（Kp出/P入）±β''≈K''p出±β''
     其中K''≈K/p_入。
     以Ρ_出和系统设定系统构成防喘振调节系统的给定；以压缩机一段入口的流量Q作为测量，来控制空压机出口的防空洞量Q_出。
     为了使喘振不发生，我们对原设计进行了修改（见图2）。增加了以下设备：
图 2
    PdT：差压变送器，范围-20000~20000Ρa。
     电磁阀：三通，48V DC，带电A→B；失电B→C。
    FZC：快开旁路阀，和FCV阀并联。
    另外，在三通电磁阀C端接一个贮气罐。贮气罐由调节阀V控制排空量。
    在正常情况下，防喘振调节由PT、FT、FIC、FCV和系数设定装置，实现b（b1、b2）线的分段变极限控制作用。在这种情况下，ΡdT值为：
      PF-（K''P_出±β）≥-3200Pa
     这时，电磁阀带电FZV阀关死。如果这样的防喘振调节作用不能遏制喘振的发生，闯过了b控制线，那就必须有一个强有力的遏制作用，把喘振快速有效地卡死在最后一道防线C线上。即当
     -20000Pa≤Q-（K''P_出±β）<-3200Pa
     会使三通电磁阀失电，B→C接通，FZV阀快速打开。这样顺振的危害，就被遏止了。因为C线是最后一道防线，因此有以下几点要求：
     1、C线的作用必须可靠、及时，但不能超越b控制线。
     2、FZV阀有足够的流通能力。
     3、FZV阀两位动作。由全关到全开的动作时间不应大于2秒。
     4、FZV阀快开时，不至有太强的冲击力而使阀的部件损坏。
     关于1和2本文不予阐述。现就3和4两点的考虑予以说明。
一、旁路快开阀FZV的选择
    目前吴忠仪表厂生产的调节阀里，有两种阀引起了我们的关注。第一种是VDC薄膜双座笼式阀，Dg=200，动作时间大于10秒。第二种是ZSHO-16气缸阀，Dg=125动作时间大于5秒。选哪一种做我们的FZV呢？虽然气缸阀动作时间比气动薄膜阀小，但我们还是选用了薄膜调节阀。其原因是：
    FZV阀是一个气关阀。对我们来说关闭时间的大小并不很关心，我们应着眼于FZV阀的打开时间。对于气缸阀，不管开还是关，其动作时间都大于5秒。显然不能满足2秒的要求。而薄膜阀门，关闭时间虽然大于10秒，但它打开时，由于膜头压力的快速排泄和反作用弹簧无间隔时间的作用，可以使FZV阀快速打开。按乌鲁木齐厂的使用情况看，打开时间可以小于2秒。所以对于快速打开来说，显然薄膜阀优于气缸阀。现对两种阀予以列表比较。

比较项目		薄膜阀	气缸阀
阀的型号		VDC笼式双座调节阀	ZSHO-16球阀
口径		Dg=200	Dg=125
压力		Ρg：JIS20K	Ρg：1.6MPa
行程		75mm	150mm
讯号压力		0.04~0.2 MPa	0.02~0.1 MPa
有信号时		关闭	关闭
执行机构		正作用	双缸作用，无反作用弹簧
配用电磁阀		三通	四通
作用时间	打开	2秒左右	5~10秒
	关闭	大于10秒	5~10秒
特性		线性	快开
CV		640
价格		5820.00	2500.00

二、“软着陆”问题
    在解决快开阀加快的同时，也必须考虑阻止快速动作的措施。这样才能使快开阀在“加快”和“阻快”两种作用共同参予下工作在可控的状态下，有些未考虑“阻快”措施的快开阀，往往由于阀的可动部分运动到极限位置速度太快，与不动部件产生很强的撞击，而使某些部件损坏。我们把这种撞击现象，用卫星回收技术中的“硬着陆”一词予以描述。我们随时都可以举出“硬着陆”造成快开阀破坏的例子。
     因此，我们应当解决FZV阀的“软着陆”问题。
图 3
    若FZV阀有图3所进示的打开时间和开度的曲线。即能使得FZV阀快速打开80%，使压缩机不至发生喘振；又能在80~100%的开度上FZV阀缓慢打开，不引起碰撞，实现“软着陆”。
    上边的想法，就是用图2中的贮气罐来实现的。这就是说FZV阀门打开时，膜头内的压力不是直接排入大气，而是先排入贮气罐，然后通过罐上的阀门V慢慢泄入大气中。见图4。
图 4
    对于不同的快开阀，打开时间和打开时的撞击不一样，这就要求我们有调节的手段，保证每一个阀都能按图3的曲线动作。因此贮气罐容积和阀V的开度，就是我们实现这一目的而应当确定的。
    当电磁阀带电时，FZV阀关闭，这时电磁阀A→B接通。膜头容积V_关，膜头压力P_关0.2MPa，当电磁阀失电，电磁阀B→C导通，FZV阀打开80%。这时膜头容积V₈₀，压力P₈₀=0.072MPa。设贮气罐的容积为V_罐。
    我们把膜头这一压力变化过程视为等温过程，按波-马定理则有：
       P_关*V_关=P₈₀*（V₈₀+V_罐）
       于是
      （V₈₀+V_罐）/V_关= P_关/ P₈₀
      = （0.101+0.2）/（0.101+0.072）
      = 1.75
    由于V_关和V₈₀的数值不易确定，因此V_罐的准确值也就没法确定。这里我们用试验的办法来确定V_罐。
     首先按膜头容积（粗算值）确定一V´_关值。并按V´_关值的大小，做一个小铁罐，使它的容积V´_罐=1.7V´_关。在铁罐上加装阀门V和U。这里阀门U选1" 的闸阀。
    其次，往铁罐里装一些小石粒或不挥发的油。
    最后，对图4的系统通电做实验确定V_罐和V_阀的开度。通过反复的打开阀门U，改变铁罐中小石粒（或不挥发的油）的多少来确定V_罐。同时反复改变调节阀V的开度，调节FZV阀门打开时间。直到FZV控制阀能在2秒内打开80%以上；同时在90~100%的开度范围中、调节阀没有很明显的撞击为限。

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