【壓縮機(jī)網(wǎng)】〈接上期——〉
?、陔x心式壓縮機(jī)穩(wěn)定工作條件
我們知道，氯氣離心式壓縮機(jī)組在運(yùn)作時(shí)，如果管網(wǎng)的“端壓”（或稱為“背壓”back pressure）大于機(jī)組的排出壓力（PE≥PC）時(shí)，壓縮機(jī)中的氣流會(huì)被減速（機(jī)內(nèi)氯氣流遇上高于自己的壓力，只能減速流動(dòng)）。由主機(jī)的性能曲線可知，壓縮機(jī)輸送氣量的減少會(huì)直接導(dǎo)致壓縮機(jī)排出壓力的升高。等到主機(jī)的排出氯氣壓力增高到等于“背壓”時(shí)，壓縮機(jī)的輸送氣量就不會(huì)再減少，而是以對(duì)應(yīng)于該排出壓力下的氯氣流量穩(wěn)定地流出壓縮機(jī)進(jìn)入管網(wǎng)。如果管網(wǎng)中“背壓”小于壓縮機(jī)出口的排出壓力時(shí)，壓縮機(jī)出口的氣流會(huì)加速，導(dǎo)致通過壓縮機(jī)的氯氣流量增大。那么隨著氯氣流量的增大會(huì)直接導(dǎo)致壓縮機(jī)出口的排出壓力下降。等到主機(jī)的排出壓力與管網(wǎng)中“背壓”相等時(shí)，壓縮機(jī)的輸送氣量又穩(wěn)定了下來。由此可見，氯氣離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作條件之一就是壓縮機(jī)的出口的排出氣體壓力要等于管網(wǎng)中的氯氣“背壓”。
?、墼O(shè)計(jì)的壓縮機(jī)工作點(diǎn)和氣量
氯氣離心式壓縮機(jī)在一定的運(yùn)行轉(zhuǎn)速（n=constant）及進(jìn)氣條件（TJ=constant and PJ=constant）下工作時(shí)，壓縮機(jī)的運(yùn)行工作點(diǎn)只能在性能曲線上（PC-QJ）。對(duì)于管路來講，在管網(wǎng)的運(yùn)行情況一定時(shí)，經(jīng)過管路的氣體流量（QJ）與所需的管網(wǎng)“端壓”（PE）之間的關(guān)系也應(yīng)該符合管路特性曲線（PE-QJ）的關(guān)系。既然氯氣離心式壓縮機(jī)要在一定的管路中工作，它的工作點(diǎn)必須既要在壓縮機(jī)性能曲線上，又要在管路的特性曲線上。這樣的話一臺(tái)壓縮機(jī)的工作點(diǎn)W是處于壓縮機(jī)的性能曲線與管路特性曲線的交會(huì)處。這時(shí)的運(yùn)行氣量為Qw；而運(yùn)行壓力Pcw=Pew。
當(dāng)壓縮機(jī)在管路中運(yùn)行時(shí)，工作點(diǎn)就是圖中的W。一旦壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)偏離了工作點(diǎn)，那么壓縮機(jī)就會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，使得工作點(diǎn)回到原來的W點(diǎn)。例如：壓縮機(jī)因?yàn)槟撤N原因使得壓縮機(jī)處于B點(diǎn)下運(yùn)行，那么壓縮機(jī)的排出壓力從Pw上升至PcB，而輸出氣量由Qw降低到QB。這時(shí)管路的“端壓”不會(huì)立刻下降，這是由氣體的可壓縮性造成，要有一段滯后的時(shí)間，才會(huì)使工作點(diǎn)壓力Pw漸漸降到與QB對(duì)應(yīng)的PeB。即使管網(wǎng)“端壓”不下跌，從圖中也能看出壓縮機(jī)性能曲線對(duì)應(yīng)于QB氣量時(shí)的機(jī)組排出壓力也大于B工作點(diǎn)的管網(wǎng)壓力。這時(shí)壓縮機(jī)的氣量增加，同時(shí)使機(jī)組出口的排出壓力下降；當(dāng)機(jī)內(nèi)氣量增加到使機(jī)器的排出壓力與管網(wǎng)的“端壓”相等時(shí)才會(huì)穩(wěn)定下來，這時(shí)機(jī)組排出壓力與管網(wǎng)“背壓”相等的工況條件正好是工作點(diǎn)W點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的工作條件。
同樣我們可以證明，如果工作點(diǎn)偏離到了A點(diǎn)，使得壓縮機(jī)的輸送氣量大于原正常工作點(diǎn)的氣量，壓縮機(jī)也會(huì)自動(dòng)通過減少輸送氣量來提升輸出壓力，再次使得壓縮機(jī)的輸出壓力與管網(wǎng)的“端壓”相等，使得工作點(diǎn)回到W點(diǎn)。
2）氯氣離心式壓縮機(jī)氣量的調(diào)節(jié)
氯氣離心式壓縮機(jī)在運(yùn)行中經(jīng)常需要進(jìn)行氣量的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)各種不同輸送氣量工況條件下的不同要求，使得壓縮機(jī)運(yùn)行維持正常狀態(tài)。這種特定的不同要求是要機(jī)組采取相應(yīng)的措施去適應(yīng)，這就是壓縮機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)。大致可以分為三類：
?、僖髩嚎s機(jī)輸出氣體壓力保持不變（調(diào)節(jié)壓力）
要求壓縮機(jī)的輸出壓力保持不變（PC=constant）是確保壓縮機(jī)正常穩(wěn)定運(yùn)行的先決條件。因?yàn)閴嚎s機(jī)的出口管網(wǎng)一旦“端壓”升高，機(jī)組的排出壓力小于“背壓”，不得不減少輸出氣量，使得機(jī)組進(jìn)入“喘振工況”區(qū)域，機(jī)組運(yùn)行的不安全因素增加。要求壓縮機(jī)輸出氣體壓力保持不變，及時(shí)調(diào)節(jié)壓力不失為相當(dāng)明智的舉措。
常見的調(diào)節(jié)方式是在壓縮機(jī)的出口兩位閥門（通往氯氣用戶管網(wǎng)）之前，安裝一個(gè)自動(dòng)通向事故氯氣處理裝置（又稱為“除害塔”）的調(diào)節(jié)閥門，并且設(shè)置一個(gè)限定的壓力值（這個(gè)壓力實(shí)際上就是機(jī)組所能承受的最高排出壓力，也就是確保機(jī)組不進(jìn)入喘振區(qū)域的最低壓力）和高壓力報(bào)警裝置。一旦機(jī)組出口的管網(wǎng)“端壓”達(dá)到壓力限定值就報(bào)警，超過的話，該自控閥門自動(dòng)開啟一定的開啟度，使超壓的氯氣迅速排向“除害塔”處理掉。當(dāng)管網(wǎng)氯氣壓力低于這個(gè)壓力限定值就自動(dòng)關(guān)閉。
這種做法在國外以及國外引進(jìn)機(jī)組都會(huì)有這樣的壓力調(diào)節(jié)方式。如日本國荏原制作所的三段氯氣離心式壓縮機(jī)組，它就采用保持壓縮機(jī)出口壓力恒定在0.37MPa（G）的壓力調(diào)節(jié)方式（用自控報(bào)警連鎖動(dòng)作控制著氯氣管網(wǎng)的壓力。一般來講，國外機(jī)組的運(yùn)行效率比較高，機(jī)組的性能曲線要求壓縮機(jī)出口的排出壓力都比較高。從性能曲線上看，曲線比較陡峭，穩(wěn)定工況的區(qū)域范圍都比較窄。上面的三段壓縮氯氣透平機(jī)組，正常排出壓力為0.37MPa（G），如果壓力上升到0.4MPa（G）的話，機(jī)組就進(jìn)入了“喘振工況”區(qū)域。這樣的機(jī)組操作彈性是很小的，因此嚴(yán)格控制機(jī)組的出口排出壓力、使其保持恒定是勢(shì)在必行的，這一套調(diào)節(jié)壓力的自控裝置是不能沒有的。
②要求壓縮機(jī)輸送氣體流量保持不變（調(diào)節(jié)流量）
對(duì)于大容量、中低排出壓力的氯氣透平壓縮機(jī)來說，在額定的與電解槽聯(lián)產(chǎn)氯氣能力相匹配的情況下，壓縮機(jī)輸送氣量越多，機(jī)組的運(yùn)行越是穩(wěn)定。但是電解槽的載荷不是滿負(fù)荷的，各種因素制約著電解槽載荷的發(fā)揮。既然這樣，與之相配套的氯氣透平壓縮機(jī)組自然也有不同氯氣輸送流量的輸送問題。要適應(yīng)各種不同載荷條件下的氣量輸送條件，又要保持壓縮機(jī)輸送氣體流量不變，實(shí)施流量調(diào)節(jié)是個(gè)通用常見的做法。當(dāng)然對(duì)于離心式壓縮機(jī)來說進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)會(huì)損失級(jí)效率，多消耗壓縮功，是個(gè)不經(jīng)濟(jì)的做法，這也是十分無奈的。因?yàn)榛亓鳉饬繉?huì)使氯氣的進(jìn)氣溫度升高，這樣不僅影響排氣溫度和流量，還會(huì)影響軸功率。
常見的流量調(diào)節(jié)方式是在壓縮機(jī)的出口安裝一個(gè)流量計(jì)，同時(shí)增設(shè)一根回流管（可以回流到壓縮機(jī)的進(jìn)口或者回流到氯氣處理的某個(gè)塔器之前），回流管上設(shè)置一個(gè)自控閥門與機(jī)組出口的流量計(jì)聯(lián)鎖。一般按照特定的氯氣流量設(shè)定來調(diào)節(jié)機(jī)組回流氣量。還得考慮增設(shè)回流冷凝器，以降低進(jìn)機(jī)的氣體溫度。（當(dāng)然回流到氯氣洗滌塔進(jìn)口的話，就可以不用再增設(shè)回流冷凝器）
?、垡髩嚎s機(jī)輸送氣體的壓力與流量按照一定的規(guī)律改變（又稱為比例調(diào)節(jié)）
要求壓縮機(jī)的輸送氣體壓力與流量按照一定的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)在國內(nèi)并不多見，而在國外較為普遍，一般調(diào)節(jié)是用DCS計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)進(jìn)行連鎖控制與調(diào)節(jié)。依據(jù)是壓縮機(jī)的性能曲線中氣體壓力與輸送流量的關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)跟蹤、調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式可以克服單一的調(diào)節(jié)某一參數(shù)帶來的缺陷。諸如單一的壓力調(diào)節(jié)，往除害塔排氣，使得資源存在嚴(yán)重的浪費(fèi)；而單一調(diào)節(jié)流量，將出口的氣流進(jìn)行回流同樣是不經(jīng)濟(jì)的做法。一般采用的調(diào)節(jié)方式有三類：其一，改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；其二，排氣或進(jìn)氣的節(jié)流調(diào)節(jié)；其三，安裝進(jìn)氣葉片或采用葉片“擴(kuò)壓器”。
[2]離心式壓縮機(jī)調(diào)節(jié)手段
我們知道，進(jìn)行壓縮機(jī)的性能曲線調(diào)節(jié)是在壓力升高比為定值（即在進(jìn)氣狀態(tài)不變的情況下，機(jī)組排出壓力恒定）作為縱坐標(biāo)，輸送介質(zhì)重量流量為定值作為橫坐標(biāo)的不同轉(zhuǎn)速工況的性能曲線。改變壓縮機(jī)本身的性能曲線或者改變管路的特性曲線都能改變壓縮機(jī)的工作運(yùn)行點(diǎn)來達(dá)到改變工況的目的。從中可以了解，不管是哪一種調(diào)節(jié)方式都有一定的調(diào)節(jié)范圍，且受到“喘振”邊界和轉(zhuǎn)速范圍的限制。其次，壓縮機(jī)的性能曲線越陡峭，穩(wěn)定工況的范圍越窄。下面簡單地介紹一下這些調(diào)節(jié)方法。
進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)：是在壓縮機(jī)的“進(jìn)氣端”裝上節(jié)流閥門，通過氣流在進(jìn)壓縮機(jī)前的節(jié)流調(diào)節(jié)。由于進(jìn)氣溫度不變，因此改變閥門的“開啟度”就可以改變壓縮機(jī)的性能曲線，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。
排氣節(jié)流調(diào)節(jié)：是通過壓縮機(jī)的“排氣端”裝上的節(jié)流閥門來進(jìn)行調(diào)節(jié)。在改變閥門的“開啟度”時(shí)，管路中的局部阻力系數(shù)會(huì)發(fā)生變化，使得管路特性曲線的斜率發(fā)生改變，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。
轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：輸送氯氣的壓縮機(jī)是采用恒速的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，壓縮部轉(zhuǎn)速大約在10000rpm，氯氣通過進(jìn)口導(dǎo)葉閥，進(jìn)氣“預(yù)旋”調(diào)節(jié)：在進(jìn)入葉輪之前的“流道”中，改變?nèi)~輪之前的進(jìn)口導(dǎo)葉的角度，使氣流產(chǎn)生“預(yù)旋”，使得同一氣量下的壓縮機(jī)的能頭或壓力比發(fā)生改變，從而使壓縮機(jī)的性能曲線改變，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。
“擴(kuò)壓器”葉片調(diào)節(jié)：與“無葉擴(kuò)壓器”相比，葉片“擴(kuò)壓器”有較陡峭的性能曲線。當(dāng)流量減少時(shí)，一般是在葉片“擴(kuò)壓器”中產(chǎn)生嚴(yán)重的脫離而導(dǎo)致喘振。如果在改變氣體的流量時(shí)，同時(shí)能相應(yīng)改變“葉片擴(kuò)壓器”葉片的進(jìn)口幾何角，以適應(yīng)改變了的工況條件，使得幾何“沖角”不是很大，那么可以避免上述的缺陷，擴(kuò)大了穩(wěn)定工況的范圍。
以上的調(diào)節(jié)方式中，采用進(jìn)氣“預(yù)旋”要比采用進(jìn)氣節(jié)流的功率消耗要小，而改變轉(zhuǎn)速又比進(jìn)口節(jié)流的功率消耗低些。從經(jīng)濟(jì)性來看，幾種調(diào)節(jié)方法中轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性最佳。改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方法，并不要求機(jī)組中裝備調(diào)節(jié)用的部分，因此壓縮機(jī)的本身結(jié)構(gòu)可以簡單，制造方便，比較適用于蒸汽渦輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)。而采用電動(dòng)機(jī)的話就大為復(fù)雜了，相應(yīng)的造價(jià)也高。如果在調(diào)節(jié)時(shí)，需要增加轉(zhuǎn)速，那么在設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)該預(yù)先考慮。選擇原動(dòng)機(jī)也應(yīng)該考慮增速的余地。同時(shí)要關(guān)注壓縮機(jī)的葉輪強(qiáng)度、止推軸承的負(fù)荷等因素，以免增速時(shí)發(fā)生意外。下面作一綜合比較：
第一，改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方法，經(jīng)濟(jì)性最好，調(diào)節(jié)范圍廣，比較適用于蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)組。
第二，壓縮機(jī)進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)，方法比較簡單，經(jīng)濟(jì)性也較好，并具有一定的調(diào)節(jié)范圍。目前對(duì)于固定轉(zhuǎn)速的氯氣離心式壓縮機(jī)組、氯氣鼓風(fēng)機(jī)等經(jīng)常采用此方法。
第三，轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)口導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)方法，調(diào)節(jié)范圍比較寬，經(jīng)濟(jì)性也好，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
第四，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片擴(kuò)壓器的調(diào)節(jié)方法，能使壓縮機(jī)性能曲線平緩，對(duì)于減少“喘振”流量、擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍十分有效，經(jīng)濟(jì)性也好，但是結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。適用于壓力穩(wěn)定、氣體流量變化大的變動(dòng)工況。目前這種方法單獨(dú)使用較少，經(jīng)常和其他的調(diào)節(jié)方法聯(lián)合使用。
第五，出口節(jié)流調(diào)節(jié)方法最簡單，但是經(jīng)濟(jì)性最差。目前除了在通風(fēng)機(jī)以及小功率的離心式鼓風(fēng)機(jī)中應(yīng)用外，一般很少應(yīng)用。
第六，也可以同時(shí)采用幾種調(diào)節(jié)方法，取長補(bǔ)短，最有效地?cái)U(kuò)大壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況范圍。
六、喘振的控制
按照擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍的要求，設(shè)計(jì)者應(yīng)充分考慮到各種途徑。
?。?）氯氣離心式壓縮機(jī)不應(yīng)該在低于設(shè)計(jì)氣流量的情況下運(yùn)行，因?yàn)椤按瘛卑l(fā)生在小流量、高端壓的工況條件下；小于設(shè)計(jì)氣流量運(yùn)行容易使機(jī)組進(jìn)入不穩(wěn)定的工況范圍。這樣的操作條件在瞬時(shí)是允許的，時(shí)間稍長，危險(xiǎn)性增大。尤其要注意，在機(jī)組緊急減流量和氯氣用量突然減少的情況下的控制與調(diào)節(jié)。下圖為某公司氯氣壓縮機(jī)出口壓力、流量與進(jìn)口導(dǎo)葉閥在防喘控制上的關(guān)系圖：
?。?）由于壓縮機(jī)采用段間冷卻，氣體的比容減少，各段進(jìn)口的容積流量逐漸下降。在多級(jí)串聯(lián)的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮逐級(jí)提高流量系數(shù)；另外，葉輪的外徑、葉輪出口的圓周速度以及葉片出口的安置角應(yīng)該逐級(jí)減小，以求得后面有較寬的穩(wěn)定工況范圍。
?。?）采用無葉擴(kuò)壓器，可以減少壓縮機(jī)級(jí)的沖擊損失，并且使得壓縮機(jī)能夠適應(yīng)改變工況的需要，這樣使得級(jí)性能曲線比較平坦，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍的目的。葉片擴(kuò)壓器由于葉片葉道的安置角與葉輪葉片安置角的位置不一致，造成“氣旋”發(fā)生，使得流道阻力和氣流沖擊損失大增；使得壓縮機(jī)的特性曲線陡峭，穩(wěn)定工況范圍變小。當(dāng)然，葉片擴(kuò)壓器可以調(diào)節(jié)氣流的流通方向，使得氣流在葉片的葉道中流動(dòng)阻力減少。一般來講，壓縮機(jī)的喘振最先是從葉片擴(kuò)壓器中開始發(fā)生的，而無葉擴(kuò)壓器發(fā)生的可能性就不是那么大了。
?。?）擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍要求盡可能減少邊界層分離發(fā)生的可能性。在氣流的彎道處，曲率半徑盡可能放大些，以減少氣流在彎道處發(fā)生邊界層分離的可能性；另外，在吸氣室、回流管等處盡可能制成收斂狀，以減少分離損失，并增加氣流的動(dòng)能，提高邊界層穩(wěn)定流動(dòng)性能，提高壓縮機(jī)的級(jí)效率和高效工作區(qū)域。
?。?）盡可能提高有效能頭，以提高壓縮機(jī)的級(jí)效率。在葉輪強(qiáng)度許可的條件下，盡可能提高葉輪的出口圓周速度，因此要合理選用比較高的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，這樣可以使葉輪的直徑變小。但是還必須注意出口速度的提高要防止氣流的馬赫數(shù)達(dá)到最大值，這樣可以求得較好的穩(wěn)定工況范圍。轉(zhuǎn)速應(yīng)該遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速，防止共振發(fā)生；還要注意的是，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，壓縮機(jī)的性能曲線斜率就越大，穩(wěn)定工況范圍也越窄。對(duì)于設(shè)計(jì)者來說，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇要權(quán)衡利弊、得失。既要給出的能頭高，又要穩(wěn)定工況范圍寬。
除了壓縮機(jī)可能發(fā)生的軸振、軸位移以及喘振之外，氯氣離心式壓縮機(jī)常見的故障還包括級(jí)間冷卻器泄漏、氯火等。這里就不進(jìn)行介紹，可以參閱有關(guān)的資料。
預(yù)防措施如下：
?。?）優(yōu)化運(yùn)行工況：合理設(shè)置壓縮機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，避免在小流量工況下運(yùn)行。
（2）加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)：定期對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備故障。
?。?）安裝防喘振裝置：在壓縮機(jī)進(jìn)口或出口處安裝防喘振裝置，如回流閥、旁通閥等，以穩(wěn)定氣流，防止喘振的發(fā)生。
應(yīng)對(duì)策略如下：
?。?）快速響應(yīng)：一旦發(fā)現(xiàn)喘振現(xiàn)象，應(yīng)立即采取措施進(jìn)行干預(yù)，如調(diào)整運(yùn)行參數(shù)、打開回流閥等。
（2）緊急停機(jī)：當(dāng)喘振現(xiàn)象嚴(yán)重且無法控制時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)檢查，避免造成更大的損失。
綜上所述，氯氣壓縮機(jī)自帶的防喘控制閥是壓縮機(jī)組防喘控制的關(guān)鍵，該防喘控制閥在防喘控制流量安全范圍內(nèi)，該閥可以由控制者自由控制，一旦壓縮機(jī)PLC認(rèn)為流量低于防喘控制安全流量，則不再受人為控制，而是由PLC自動(dòng)控制開大到安全流量之內(nèi)。而且在氯氣壓縮機(jī)初開車時(shí)用氮?dú)忾_機(jī)，氮?dú)夥肿恿康?，造成出口流量并非真?shí)流量，而防喘控制是按照流量等參數(shù)控制的。所以建議氯氣壓縮機(jī)安裝一臺(tái)回流閥作為DCS自由控制的回流閥，可以有效避免因流量影響造成的不受控現(xiàn)象，同時(shí)便于初開車時(shí)候的流量增量和控制。
<注：本文連載完！>
【壓縮機(jī)網(wǎng)】〈接上期——〉
?、陔x心式壓縮機(jī)穩(wěn)定工作條件
我們知道，氯氣離心式壓縮機(jī)組在運(yùn)作時(shí)，如果管網(wǎng)的“端壓”（或稱為“背壓”back pressure）大于機(jī)組的排出壓力（PE≥PC）時(shí)，壓縮機(jī)中的氣流會(huì)被減速（機(jī)內(nèi)氯氣流遇上高于自己的壓力，只能減速流動(dòng)）。由主機(jī)的性能曲線可知，壓縮機(jī)輸送氣量的減少會(huì)直接導(dǎo)致壓縮機(jī)排出壓力的升高。等到主機(jī)的排出氯氣壓力增高到等于“背壓”時(shí)，壓縮機(jī)的輸送氣量就不會(huì)再減少，而是以對(duì)應(yīng)于該排出壓力下的氯氣流量穩(wěn)定地流出壓縮機(jī)進(jìn)入管網(wǎng)。如果管網(wǎng)中“背壓”小于壓縮機(jī)出口的排出壓力時(shí)，壓縮機(jī)出口的氣流會(huì)加速，導(dǎo)致通過壓縮機(jī)的氯氣流量增大。那么隨著氯氣流量的增大會(huì)直接導(dǎo)致壓縮機(jī)出口的排出壓力下降。等到主機(jī)的排出壓力與管網(wǎng)中“背壓”相等時(shí)，壓縮機(jī)的輸送氣量又穩(wěn)定了下來。由此可見，氯氣離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定工作條件之一就是壓縮機(jī)的出口的排出氣體壓力要等于管網(wǎng)中的氯氣“背壓”。
?、墼O(shè)計(jì)的壓縮機(jī)工作點(diǎn)和氣量
氯氣離心式壓縮機(jī)在一定的運(yùn)行轉(zhuǎn)速（n=constant）及進(jìn)氣條件（TJ=constant and PJ=constant）下工作時(shí)，壓縮機(jī)的運(yùn)行工作點(diǎn)只能在性能曲線上（PC-QJ）。對(duì)于管路來講，在管網(wǎng)的運(yùn)行情況一定時(shí)，經(jīng)過管路的氣體流量（QJ）與所需的管網(wǎng)“端壓”（PE）之間的關(guān)系也應(yīng)該符合管路特性曲線（PE-QJ）的關(guān)系。既然氯氣離心式壓縮機(jī)要在一定的管路中工作，它的工作點(diǎn)必須既要在壓縮機(jī)性能曲線上，又要在管路的特性曲線上。這樣的話一臺(tái)壓縮機(jī)的工作點(diǎn)W是處于壓縮機(jī)的性能曲線與管路特性曲線的交會(huì)處。這時(shí)的運(yùn)行氣量為Qw；而運(yùn)行壓力Pcw=Pew。
當(dāng)壓縮機(jī)在管路中運(yùn)行時(shí)，工作點(diǎn)就是圖中的W。一旦壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)偏離了工作點(diǎn)，那么壓縮機(jī)就會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，使得工作點(diǎn)回到原來的W點(diǎn)。例如：壓縮機(jī)因?yàn)槟撤N原因使得壓縮機(jī)處于B點(diǎn)下運(yùn)行，那么壓縮機(jī)的排出壓力從Pw上升至PcB，而輸出氣量由Qw降低到QB。這時(shí)管路的“端壓”不會(huì)立刻下降，這是由氣體的可壓縮性造成，要有一段滯后的時(shí)間，才會(huì)使工作點(diǎn)壓力Pw漸漸降到與QB對(duì)應(yīng)的PeB。即使管網(wǎng)“端壓”不下跌，從圖中也能看出壓縮機(jī)性能曲線對(duì)應(yīng)于QB氣量時(shí)的機(jī)組排出壓力也大于B工作點(diǎn)的管網(wǎng)壓力。這時(shí)壓縮機(jī)的氣量增加，同時(shí)使機(jī)組出口的排出壓力下降；當(dāng)機(jī)內(nèi)氣量增加到使機(jī)器的排出壓力與管網(wǎng)的“端壓”相等時(shí)才會(huì)穩(wěn)定下來，這時(shí)機(jī)組排出壓力與管網(wǎng)“背壓”相等的工況條件正好是工作點(diǎn)W點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的工作條件。
同樣我們可以證明，如果工作點(diǎn)偏離到了A點(diǎn)，使得壓縮機(jī)的輸送氣量大于原正常工作點(diǎn)的氣量，壓縮機(jī)也會(huì)自動(dòng)通過減少輸送氣量來提升輸出壓力，再次使得壓縮機(jī)的輸出壓力與管網(wǎng)的“端壓”相等，使得工作點(diǎn)回到W點(diǎn)。
2）氯氣離心式壓縮機(jī)氣量的調(diào)節(jié)
氯氣離心式壓縮機(jī)在運(yùn)行中經(jīng)常需要進(jìn)行氣量的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)各種不同輸送氣量工況條件下的不同要求，使得壓縮機(jī)運(yùn)行維持正常狀態(tài)。這種特定的不同要求是要機(jī)組采取相應(yīng)的措施去適應(yīng)，這就是壓縮機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)。大致可以分為三類：
?、僖髩嚎s機(jī)輸出氣體壓力保持不變（調(diào)節(jié)壓力）
要求壓縮機(jī)的輸出壓力保持不變（PC=constant）是確保壓縮機(jī)正常穩(wěn)定運(yùn)行的先決條件。因?yàn)閴嚎s機(jī)的出口管網(wǎng)一旦“端壓”升高，機(jī)組的排出壓力小于“背壓”，不得不減少輸出氣量，使得機(jī)組進(jìn)入“喘振工況”區(qū)域，機(jī)組運(yùn)行的不安全因素增加。要求壓縮機(jī)輸出氣體壓力保持不變，及時(shí)調(diào)節(jié)壓力不失為相當(dāng)明智的舉措。
常見的調(diào)節(jié)方式是在壓縮機(jī)的出口兩位閥門（通往氯氣用戶管網(wǎng)）之前，安裝一個(gè)自動(dòng)通向事故氯氣處理裝置（又稱為“除害塔”）的調(diào)節(jié)閥門，并且設(shè)置一個(gè)限定的壓力值（這個(gè)壓力實(shí)際上就是機(jī)組所能承受的最高排出壓力，也就是確保機(jī)組不進(jìn)入喘振區(qū)域的最低壓力）和高壓力報(bào)警裝置。一旦機(jī)組出口的管網(wǎng)“端壓”達(dá)到壓力限定值就報(bào)警，超過的話，該自控閥門自動(dòng)開啟一定的開啟度，使超壓的氯氣迅速排向“除害塔”處理掉。當(dāng)管網(wǎng)氯氣壓力低于這個(gè)壓力限定值就自動(dòng)關(guān)閉。
這種做法在國外以及國外引進(jìn)機(jī)組都會(huì)有這樣的壓力調(diào)節(jié)方式。如日本國荏原制作所的三段氯氣離心式壓縮機(jī)組，它就采用保持壓縮機(jī)出口壓力恒定在0.37MPa（G）的壓力調(diào)節(jié)方式（用自控報(bào)警連鎖動(dòng)作控制著氯氣管網(wǎng)的壓力。一般來講，國外機(jī)組的運(yùn)行效率比較高，機(jī)組的性能曲線要求壓縮機(jī)出口的排出壓力都比較高。從性能曲線上看，曲線比較陡峭，穩(wěn)定工況的區(qū)域范圍都比較窄。上面的三段壓縮氯氣透平機(jī)組，正常排出壓力為0.37MPa（G），如果壓力上升到0.4MPa（G）的話，機(jī)組就進(jìn)入了“喘振工況”區(qū)域。這樣的機(jī)組操作彈性是很小的，因此嚴(yán)格控制機(jī)組的出口排出壓力、使其保持恒定是勢(shì)在必行的，這一套調(diào)節(jié)壓力的自控裝置是不能沒有的。
②要求壓縮機(jī)輸送氣體流量保持不變（調(diào)節(jié)流量）
對(duì)于大容量、中低排出壓力的氯氣透平壓縮機(jī)來說，在額定的與電解槽聯(lián)產(chǎn)氯氣能力相匹配的情況下，壓縮機(jī)輸送氣量越多，機(jī)組的運(yùn)行越是穩(wěn)定。但是電解槽的載荷不是滿負(fù)荷的，各種因素制約著電解槽載荷的發(fā)揮。既然這樣，與之相配套的氯氣透平壓縮機(jī)組自然也有不同氯氣輸送流量的輸送問題。要適應(yīng)各種不同載荷條件下的氣量輸送條件，又要保持壓縮機(jī)輸送氣體流量不變，實(shí)施流量調(diào)節(jié)是個(gè)通用常見的做法。當(dāng)然對(duì)于離心式壓縮機(jī)來說進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)會(huì)損失級(jí)效率，多消耗壓縮功，是個(gè)不經(jīng)濟(jì)的做法，這也是十分無奈的。因?yàn)榛亓鳉饬繉?huì)使氯氣的進(jìn)氣溫度升高，這樣不僅影響排氣溫度和流量，還會(huì)影響軸功率。
常見的流量調(diào)節(jié)方式是在壓縮機(jī)的出口安裝一個(gè)流量計(jì)，同時(shí)增設(shè)一根回流管（可以回流到壓縮機(jī)的進(jìn)口或者回流到氯氣處理的某個(gè)塔器之前），回流管上設(shè)置一個(gè)自控閥門與機(jī)組出口的流量計(jì)聯(lián)鎖。一般按照特定的氯氣流量設(shè)定來調(diào)節(jié)機(jī)組回流氣量。還得考慮增設(shè)回流冷凝器，以降低進(jìn)機(jī)的氣體溫度。（當(dāng)然回流到氯氣洗滌塔進(jìn)口的話，就可以不用再增設(shè)回流冷凝器）
?、垡髩嚎s機(jī)輸送氣體的壓力與流量按照一定的規(guī)律改變（又稱為比例調(diào)節(jié)）
要求壓縮機(jī)的輸送氣體壓力與流量按照一定的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)在國內(nèi)并不多見，而在國外較為普遍，一般調(diào)節(jié)是用DCS計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)進(jìn)行連鎖控制與調(diào)節(jié)。依據(jù)是壓縮機(jī)的性能曲線中氣體壓力與輸送流量的關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)跟蹤、調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式可以克服單一的調(diào)節(jié)某一參數(shù)帶來的缺陷。諸如單一的壓力調(diào)節(jié)，往除害塔排氣，使得資源存在嚴(yán)重的浪費(fèi)；而單一調(diào)節(jié)流量，將出口的氣流進(jìn)行回流同樣是不經(jīng)濟(jì)的做法。一般采用的調(diào)節(jié)方式有三類：其一，改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速；其二，排氣或進(jìn)氣的節(jié)流調(diào)節(jié)；其三，安裝進(jìn)氣葉片或采用葉片“擴(kuò)壓器”。
[2]離心式壓縮機(jī)調(diào)節(jié)手段
我們知道，進(jìn)行壓縮機(jī)的性能曲線調(diào)節(jié)是在壓力升高比為定值（即在進(jìn)氣狀態(tài)不變的情況下，機(jī)組排出壓力恒定）作為縱坐標(biāo)，輸送介質(zhì)重量流量為定值作為橫坐標(biāo)的不同轉(zhuǎn)速工況的性能曲線。改變壓縮機(jī)本身的性能曲線或者改變管路的特性曲線都能改變壓縮機(jī)的工作運(yùn)行點(diǎn)來達(dá)到改變工況的目的。從中可以了解，不管是哪一種調(diào)節(jié)方式都有一定的調(diào)節(jié)范圍，且受到“喘振”邊界和轉(zhuǎn)速范圍的限制。其次，壓縮機(jī)的性能曲線越陡峭，穩(wěn)定工況的范圍越窄。下面簡單地介紹一下這些調(diào)節(jié)方法。
進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)：是在壓縮機(jī)的“進(jìn)氣端”裝上節(jié)流閥門，通過氣流在進(jìn)壓縮機(jī)前的節(jié)流調(diào)節(jié)。由于進(jìn)氣溫度不變，因此改變閥門的“開啟度”就可以改變壓縮機(jī)的性能曲線，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。
排氣節(jié)流調(diào)節(jié)：是通過壓縮機(jī)的“排氣端”裝上的節(jié)流閥門來進(jìn)行調(diào)節(jié)。在改變閥門的“開啟度”時(shí)，管路中的局部阻力系數(shù)會(huì)發(fā)生變化，使得管路特性曲線的斜率發(fā)生改變，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。
轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：輸送氯氣的壓縮機(jī)是采用恒速的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，壓縮部轉(zhuǎn)速大約在10000rpm，氯氣通過進(jìn)口導(dǎo)葉閥，進(jìn)氣“預(yù)旋”調(diào)節(jié)：在進(jìn)入葉輪之前的“流道”中，改變?nèi)~輪之前的進(jìn)口導(dǎo)葉的角度，使氣流產(chǎn)生“預(yù)旋”，使得同一氣量下的壓縮機(jī)的能頭或壓力比發(fā)生改變，從而使壓縮機(jī)的性能曲線改變，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。
“擴(kuò)壓器”葉片調(diào)節(jié)：與“無葉擴(kuò)壓器”相比，葉片“擴(kuò)壓器”有較陡峭的性能曲線。當(dāng)流量減少時(shí)，一般是在葉片“擴(kuò)壓器”中產(chǎn)生嚴(yán)重的脫離而導(dǎo)致喘振。如果在改變氣體的流量時(shí)，同時(shí)能相應(yīng)改變“葉片擴(kuò)壓器”葉片的進(jìn)口幾何角，以適應(yīng)改變了的工況條件，使得幾何“沖角”不是很大，那么可以避免上述的缺陷，擴(kuò)大了穩(wěn)定工況的范圍。
以上的調(diào)節(jié)方式中，采用進(jìn)氣“預(yù)旋”要比采用進(jìn)氣節(jié)流的功率消耗要小，而改變轉(zhuǎn)速又比進(jìn)口節(jié)流的功率消耗低些。從經(jīng)濟(jì)性來看，幾種調(diào)節(jié)方法中轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性最佳。改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方法，并不要求機(jī)組中裝備調(diào)節(jié)用的部分，因此壓縮機(jī)的本身結(jié)構(gòu)可以簡單，制造方便，比較適用于蒸汽渦輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)。而采用電動(dòng)機(jī)的話就大為復(fù)雜了，相應(yīng)的造價(jià)也高。如果在調(diào)節(jié)時(shí)，需要增加轉(zhuǎn)速，那么在設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)該預(yù)先考慮。選擇原動(dòng)機(jī)也應(yīng)該考慮增速的余地。同時(shí)要關(guān)注壓縮機(jī)的葉輪強(qiáng)度、止推軸承的負(fù)荷等因素，以免增速時(shí)發(fā)生意外。下面作一綜合比較：
第一，改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方法，經(jīng)濟(jì)性最好，調(diào)節(jié)范圍廣，比較適用于蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)組。
第二，壓縮機(jī)進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)，方法比較簡單，經(jīng)濟(jì)性也較好，并具有一定的調(diào)節(jié)范圍。目前對(duì)于固定轉(zhuǎn)速的氯氣離心式壓縮機(jī)組、氯氣鼓風(fēng)機(jī)等經(jīng)常采用此方法。
第三，轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)口導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)方法，調(diào)節(jié)范圍比較寬，經(jīng)濟(jì)性也好，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
第四，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片擴(kuò)壓器的調(diào)節(jié)方法，能使壓縮機(jī)性能曲線平緩，對(duì)于減少“喘振”流量、擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍十分有效，經(jīng)濟(jì)性也好，但是結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。適用于壓力穩(wěn)定、氣體流量變化大的變動(dòng)工況。目前這種方法單獨(dú)使用較少，經(jīng)常和其他的調(diào)節(jié)方法聯(lián)合使用。
第五，出口節(jié)流調(diào)節(jié)方法最簡單，但是經(jīng)濟(jì)性最差。目前除了在通風(fēng)機(jī)以及小功率的離心式鼓風(fēng)機(jī)中應(yīng)用外，一般很少應(yīng)用。
第六，也可以同時(shí)采用幾種調(diào)節(jié)方法，取長補(bǔ)短，最有效地?cái)U(kuò)大壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況范圍。
六、喘振的控制
按照擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍的要求，設(shè)計(jì)者應(yīng)充分考慮到各種途徑。
?。?）氯氣離心式壓縮機(jī)不應(yīng)該在低于設(shè)計(jì)氣流量的情況下運(yùn)行，因?yàn)椤按瘛卑l(fā)生在小流量、高端壓的工況條件下；小于設(shè)計(jì)氣流量運(yùn)行容易使機(jī)組進(jìn)入不穩(wěn)定的工況范圍。這樣的操作條件在瞬時(shí)是允許的，時(shí)間稍長，危險(xiǎn)性增大。尤其要注意，在機(jī)組緊急減流量和氯氣用量突然減少的情況下的控制與調(diào)節(jié)。下圖為某公司氯氣壓縮機(jī)出口壓力、流量與進(jìn)口導(dǎo)葉閥在防喘控制上的關(guān)系圖：
?。?）由于壓縮機(jī)采用段間冷卻，氣體的比容減少，各段進(jìn)口的容積流量逐漸下降。在多級(jí)串聯(lián)的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮逐級(jí)提高流量系數(shù)；另外，葉輪的外徑、葉輪出口的圓周速度以及葉片出口的安置角應(yīng)該逐級(jí)減小，以求得后面有較寬的穩(wěn)定工況范圍。
?。?）采用無葉擴(kuò)壓器，可以減少壓縮機(jī)級(jí)的沖擊損失，并且使得壓縮機(jī)能夠適應(yīng)改變工況的需要，這樣使得級(jí)性能曲線比較平坦，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍的目的。葉片擴(kuò)壓器由于葉片葉道的安置角與葉輪葉片安置角的位置不一致，造成“氣旋”發(fā)生，使得流道阻力和氣流沖擊損失大增；使得壓縮機(jī)的特性曲線陡峭，穩(wěn)定工況范圍變小。當(dāng)然，葉片擴(kuò)壓器可以調(diào)節(jié)氣流的流通方向，使得氣流在葉片的葉道中流動(dòng)阻力減少。一般來講，壓縮機(jī)的喘振最先是從葉片擴(kuò)壓器中開始發(fā)生的，而無葉擴(kuò)壓器發(fā)生的可能性就不是那么大了。
?。?）擴(kuò)大穩(wěn)定工況范圍要求盡可能減少邊界層分離發(fā)生的可能性。在氣流的彎道處，曲率半徑盡可能放大些，以減少氣流在彎道處發(fā)生邊界層分離的可能性；另外，在吸氣室、回流管等處盡可能制成收斂狀，以減少分離損失，并增加氣流的動(dòng)能，提高邊界層穩(wěn)定流動(dòng)性能，提高壓縮機(jī)的級(jí)效率和高效工作區(qū)域。
?。?）盡可能提高有效能頭，以提高壓縮機(jī)的級(jí)效率。在葉輪強(qiáng)度許可的條件下，盡可能提高葉輪的出口圓周速度，因此要合理選用比較高的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，這樣可以使葉輪的直徑變小。但是還必須注意出口速度的提高要防止氣流的馬赫數(shù)達(dá)到最大值，這樣可以求得較好的穩(wěn)定工況范圍。轉(zhuǎn)速應(yīng)該遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速，防止共振發(fā)生；還要注意的是，壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，壓縮機(jī)的性能曲線斜率就越大，穩(wěn)定工況范圍也越窄。對(duì)于設(shè)計(jì)者來說，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇要權(quán)衡利弊、得失。既要給出的能頭高，又要穩(wěn)定工況范圍寬。
除了壓縮機(jī)可能發(fā)生的軸振、軸位移以及喘振之外，氯氣離心式壓縮機(jī)常見的故障還包括級(jí)間冷卻器泄漏、氯火等。這里就不進(jìn)行介紹，可以參閱有關(guān)的資料。
預(yù)防措施如下：
?。?）優(yōu)化運(yùn)行工況：合理設(shè)置壓縮機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，避免在小流量工況下運(yùn)行。
（2）加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)：定期對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備故障。
?。?）安裝防喘振裝置：在壓縮機(jī)進(jìn)口或出口處安裝防喘振裝置，如回流閥、旁通閥等，以穩(wěn)定氣流，防止喘振的發(fā)生。
應(yīng)對(duì)策略如下：
?。?）快速響應(yīng)：一旦發(fā)現(xiàn)喘振現(xiàn)象，應(yīng)立即采取措施進(jìn)行干預(yù)，如調(diào)整運(yùn)行參數(shù)、打開回流閥等。
（2）緊急停機(jī)：當(dāng)喘振現(xiàn)象嚴(yán)重且無法控制時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)檢查，避免造成更大的損失。
綜上所述，氯氣壓縮機(jī)自帶的防喘控制閥是壓縮機(jī)組防喘控制的關(guān)鍵，該防喘控制閥在防喘控制流量安全范圍內(nèi)，該閥可以由控制者自由控制，一旦壓縮機(jī)PLC認(rèn)為流量低于防喘控制安全流量，則不再受人為控制，而是由PLC自動(dòng)控制開大到安全流量之內(nèi)。而且在氯氣壓縮機(jī)初開車時(shí)用氮?dú)忾_機(jī)，氮?dú)夥肿恿康?，造成出口流量并非真?shí)流量，而防喘控制是按照流量等參數(shù)控制的。所以建議氯氣壓縮機(jī)安裝一臺(tái)回流閥作為DCS自由控制的回流閥，可以有效避免因流量影響造成的不受控現(xiàn)象，同時(shí)便于初開車時(shí)候的流量增量和控制。
<注：本文連載完！>
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