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摘要：随着气动装置及其他用气设备在电厂的广泛应用，压缩空气系统的运行可靠性将直接影响机组运行的安全性和经济性，在机组各系统中占据了越来越重要的地位。文章从热工维护的角度阐释了离心式空压机的结构特点、控制方法及策略，同时也分析了在离心式空压机的运行中遇到的问题和解决方法。
关键词：离心式空压机；DCS；PLC；控制策略
中图分类号：TH452 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）26-0046-03
1 概述
国华台山发电厂B厂工程6、7号机组共同设置5台离心式空气压缩机及其后处理系统设备，其中3台运行、1台热备用、1台检修备用。热备用空压机是要求当运行中的一台空压机出口压力降低，达到停机的标准时，热备用的空压机迅速投入。如果热备用的空压机无法投入，应立即启动检修备用的空压机。
离心压缩机是指气体在压缩机中的运动是沿垂直于压缩机轴的径向进行的。压缩机的工作轮在旋转的过程中，由于旋转离心力的作用及工作轮中的扩压流动，使气体的压力得到提高，速度也得到提高。随后在扩压器中进一步把速度能转化为压力能，通过它可以把气体的压力提高，从而来满足机组在运行时对压缩空气的需求。
2 离心式空气压缩机的结构
2.1 离心式压缩机的压缩流程
图1 流程图
离心式空压机为三级压缩、两级冷却的机器。空气先由进气口吸入经过第一级压缩后进入一级冷却器冷却，再经第二级压缩后进入二级冷却器冷却，然后又经第三级压缩达到所需压力，最后经过后冷却器提供给用户40℃以下完全无油的洁净高压空气。
2.2 离心式空压机的结构特点
一般离心式压缩机由以下几部分构成：吸入室、进气导流器、叶轮、扩压器、弯道和回流器、蜗壳、密封以及润滑油系统等。我厂使用的离心式空压机为三级压缩、两级冷却。空气先由进气口吸入经过第一级压缩后进入一级冷却器冷却，再经第二级压缩后进入二级冷却器冷却，然后又经第三级压缩达到所需压力，最后经过后冷却器提供给用户40℃以下完全无油的洁净高压空气，其流程如图1所示。图2为离心式空压机系统框图：
图2 离心式空压机框图
3 离心式空压机控制策略
3.1 控制系统介绍
空压机的PLC控制系统采用西门子S7-200，包括自身的启/停、连锁控制等，而空压机间的连锁由DCS完成。与DCS间采用双向数据通讯接口MODBUS（RS485）通讯协议，通过地址表寻址的方式完成通讯。空压机自身的运行/启停状态、空压机远方/就地控制状态、压力、温度和振动等信号能通讯至DCS，并能接受启动/停止指令等信号。
3.2 离心式空压机控制模式
单台空压机具有4种控制模式：基本控制模式、进气节流模式、间歇模式控制模式和自动双重模式控制模式。结合台山电厂B厂6、7号机组的实际情况，一般只使用前两种控制模式：基本控制模式和进气节流模式。
3.2.1 基本控制模式。基本控制模式通过调节卸荷阀来维持压缩机的设定压力。当厂用空气需求量减少时，卸荷阀打开排出多余的气体。通过对进气控制阀/导叶调节，以维持设计电机电流。基本模式运行下需设定排气压力和最大的电机电流。特性曲线如图3所示：
图3 基本模式
3.2.2 进气节流模式。进气节流模式是在满足厂用空气系统需求的情况下，通过进气节流以减少电机电流。除了在当满足厂用空气系统需求情况下节流，此种模式与基本模式类似。进气控制阀/导叶可以对进气节流，直到达到最小电流设定点。假如厂用系统需求量继续下降，卸荷阀将自动调节以保持设定压力。进气节流模式运行下需设定排气压力、最大的电机电流和最小的电机电流。特性曲线如图4所示：
图4 进气节流模式
4 离心式空压机热工保护
离心式空压机在运行时一旦发生下列情况，压缩机将自动关机，以保障空压机设备的安全：过高的级间进气温度；油压过低；低速小齿轮过高振动；高速小齿轮过高振动；微处理器失效；手动紧急跳机；电机电流传感器失效；油压传感器失效；油温RTD失效；系统压力传感器失效；进气空气温度RTD失效；低速小齿轮振动传感器失效；高速小齿轮振动传感器失效；排气压力传感器失效。
表1 保护定值表
5 离心式空压机在运行中常见的问题及处理方法
1-5号离心式空压机在台山电厂应用的2年多的时间，在此列举一些遇到的比较典型且常见的故障及解决方法。值得注意的是，当压缩机克服不了厂用空气压力时，就会产生喘振，但工况稳定时，只要确保最小和最大马达电流值的准确设定，就能避过喘振点。
5.1 压缩机喘振
产生原因：空气系统有异物，进气过滤器过脏。采取措施：从空气系统中除去异物，清洗或更换过滤器芯。
产生原因：压缩机级间温度过高。采取措施：打开冷却水阀，检查冷却水温度和流量。
產生原因：排气压力设定过高。采取措施：调整排气压力到设定值。
产生原因：最大/小电流设定不正确。采取措施：调整到设定点，把最小电流调离喘振点。
5.2 压缩机不能达到设计的排气压力
产生原因：排气压力设定值过低。采取措施：调整排气压力设定值到设计值。
产生原因：卸荷阀处于手动状态。采取措施：检查阀的控制模式改为自动模式。
产生原因：排气压力传感器失效。采取措施：更换传感器。
产生原因：空气系统需求过大。采取措施：启动另外一台压缩机。
5.3 过量振动
产生原因：叶轮粉尘积累过多。采取措施：清洗叶轮。
产生原因：气流中含有水。采取措施：检查冷凝水排放“V”型槽阀，如果有堵塞就必须清洗；检查中间冷却器有无泄漏，必要时修理或更换
管束。
5.4 进气阀或卸荷阀不能操作或不稳定运行
产生原因：进气阀作用器空气管路有泄漏或有异物。采取措施：除去异物或对泄漏处进行修理。
产生原因：进气阀定位连杆卡住。采取措施：修理或更换。
产生原因：进气阀I/P传感器失效。采取措施：重新校准更换。
产生原因：PID比例范带没有设定到合适的值或复位没有正确设定。采取措施：可通过试验改变设定点。
6 结语
台山电厂B厂配置的离心式空压机是首次在台电使用，相较一期螺杆机而言有较大改善。一期空压机使用螺杆式，属于容积式压缩机，基本原理是改变压缩室内的容积，提高压力，如公式：P1V1=P2V2。如前所述，B厂使用离心式压缩机，属于动能式压缩机，基本原理是用叶轮提升气体动能，经扩压器使动能转化为压力能。通俗点说：螺杆式压缩机类似打气桶，而离心式压缩机类似电风扇。从原理上，能减少摩擦和热传递的能量损耗，产生的压缩空气完全无油的同时，也能达到节能降耗的目的。
参考文献
[1] 西门子（中国）有限公司.S7-200PLC可编程控制器系统手册[S].2008.
[2] 蔡行键.深入浅出西门子S7-200[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[3] 离心式空压机使用说明书[S].
作者简介：张吉良（1985-），男，辽宁营口人，广东国华粤电台山发电有限公司助理工程师，研究方向：火电厂热工保护；牛振华（1983-），男，内蒙古呼和浩特人，广东国华粤电台山发电有限公司助理工程师，研究方向：火灾报警系统。
（责任编辑：周 琼）
关键词：离心式空压机；DCS；PLC；控制策略
中图分类号：TH452 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）26-0046-03
1 概述
国华台山发电厂B厂工程6、7号机组共同设置5台离心式空气压缩机及其后处理系统设备，其中3台运行、1台热备用、1台检修备用。热备用空压机是要求当运行中的一台空压机出口压力降低，达到停机的标准时，热备用的空压机迅速投入。如果热备用的空压机无法投入，应立即启动检修备用的空压机。
离心压缩机是指气体在压缩机中的运动是沿垂直于压缩机轴的径向进行的。压缩机的工作轮在旋转的过程中，由于旋转离心力的作用及工作轮中的扩压流动，使气体的压力得到提高，速度也得到提高。随后在扩压器中进一步把速度能转化为压力能，通过它可以把气体的压力提高，从而来满足机组在运行时对压缩空气的需求。
2 离心式空气压缩机的结构
2.1 离心式压缩机的压缩流程
图1 流程图
离心式空压机为三级压缩、两级冷却的机器。空气先由进气口吸入经过第一级压缩后进入一级冷却器冷却，再经第二级压缩后进入二级冷却器冷却，然后又经第三级压缩达到所需压力，最后经过后冷却器提供给用户40℃以下完全无油的洁净高压空气。
2.2 离心式空压机的结构特点
一般离心式压缩机由以下几部分构成：吸入室、进气导流器、叶轮、扩压器、弯道和回流器、蜗壳、密封以及润滑油系统等。我厂使用的离心式空压机为三级压缩、两级冷却。空气先由进气口吸入经过第一级压缩后进入一级冷却器冷却，再经第二级压缩后进入二级冷却器冷却，然后又经第三级压缩达到所需压力，最后经过后冷却器提供给用户40℃以下完全无油的洁净高压空气，其流程如图1所示。图2为离心式空压机系统框图：
图2 离心式空压机框图
3 离心式空压机控制策略
3.1 控制系统介绍
空压机的PLC控制系统采用西门子S7-200，包括自身的启/停、连锁控制等，而空压机间的连锁由DCS完成。与DCS间采用双向数据通讯接口MODBUS（RS485）通讯协议，通过地址表寻址的方式完成通讯。空压机自身的运行/启停状态、空压机远方/就地控制状态、压力、温度和振动等信号能通讯至DCS，并能接受启动/停止指令等信号。
3.2 离心式空压机控制模式
单台空压机具有4种控制模式：基本控制模式、进气节流模式、间歇模式控制模式和自动双重模式控制模式。结合台山电厂B厂6、7号机组的实际情况，一般只使用前两种控制模式：基本控制模式和进气节流模式。
3.2.1 基本控制模式。基本控制模式通过调节卸荷阀来维持压缩机的设定压力。当厂用空气需求量减少时，卸荷阀打开排出多余的气体。通过对进气控制阀/导叶调节，以维持设计电机电流。基本模式运行下需设定排气压力和最大的电机电流。特性曲线如图3所示：
图3 基本模式
3.2.2 进气节流模式。进气节流模式是在满足厂用空气系统需求的情况下，通过进气节流以减少电机电流。除了在当满足厂用空气系统需求情况下节流，此种模式与基本模式类似。进气控制阀/导叶可以对进气节流，直到达到最小电流设定点。假如厂用系统需求量继续下降，卸荷阀将自动调节以保持设定压力。进气节流模式运行下需设定排气压力、最大的电机电流和最小的电机电流。特性曲线如图4所示：
图4 进气节流模式
4 离心式空压机热工保护
离心式空压机在运行时一旦发生下列情况，压缩机将自动关机，以保障空压机设备的安全：过高的级间进气温度；油压过低；低速小齿轮过高振动；高速小齿轮过高振动；微处理器失效；手动紧急跳机；电机电流传感器失效；油压传感器失效；油温RTD失效；系统压力传感器失效；进气空气温度RTD失效；低速小齿轮振动传感器失效；高速小齿轮振动传感器失效；排气压力传感器失效。
表1 保护定值表
5 离心式空压机在运行中常见的问题及处理方法
1-5号离心式空压机在台山电厂应用的2年多的时间，在此列举一些遇到的比较典型且常见的故障及解决方法。值得注意的是，当压缩机克服不了厂用空气压力时，就会产生喘振，但工况稳定时，只要确保最小和最大马达电流值的准确设定，就能避过喘振点。
5.1 压缩机喘振
产生原因：空气系统有异物，进气过滤器过脏。采取措施：从空气系统中除去异物，清洗或更换过滤器芯。
产生原因：压缩机级间温度过高。采取措施：打开冷却水阀，检查冷却水温度和流量。
產生原因：排气压力设定过高。采取措施：调整排气压力到设定值。
产生原因：最大/小电流设定不正确。采取措施：调整到设定点，把最小电流调离喘振点。
5.2 压缩机不能达到设计的排气压力
产生原因：排气压力设定值过低。采取措施：调整排气压力设定值到设计值。
产生原因：卸荷阀处于手动状态。采取措施：检查阀的控制模式改为自动模式。
产生原因：排气压力传感器失效。采取措施：更换传感器。
产生原因：空气系统需求过大。采取措施：启动另外一台压缩机。
5.3 过量振动
产生原因：叶轮粉尘积累过多。采取措施：清洗叶轮。
产生原因：气流中含有水。采取措施：检查冷凝水排放“V”型槽阀，如果有堵塞就必须清洗；检查中间冷却器有无泄漏，必要时修理或更换
管束。
5.4 进气阀或卸荷阀不能操作或不稳定运行
产生原因：进气阀作用器空气管路有泄漏或有异物。采取措施：除去异物或对泄漏处进行修理。
产生原因：进气阀定位连杆卡住。采取措施：修理或更换。
产生原因：进气阀I/P传感器失效。采取措施：重新校准更换。
产生原因：PID比例范带没有设定到合适的值或复位没有正确设定。采取措施：可通过试验改变设定点。
6 结语
台山电厂B厂配置的离心式空压机是首次在台电使用，相较一期螺杆机而言有较大改善。一期空压机使用螺杆式，属于容积式压缩机，基本原理是改变压缩室内的容积，提高压力，如公式：P1V1=P2V2。如前所述，B厂使用离心式压缩机，属于动能式压缩机，基本原理是用叶轮提升气体动能，经扩压器使动能转化为压力能。通俗点说：螺杆式压缩机类似打气桶，而离心式压缩机类似电风扇。从原理上，能减少摩擦和热传递的能量损耗，产生的压缩空气完全无油的同时，也能达到节能降耗的目的。
参考文献
[1] 西门子（中国）有限公司.S7-200PLC可编程控制器系统手册[S].2008.
[2] 蔡行键.深入浅出西门子S7-200[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[3] 离心式空压机使用说明书[S].
作者简介：张吉良（1985-），男，辽宁营口人，广东国华粤电台山发电有限公司助理工程师，研究方向：火电厂热工保护；牛振华（1983-），男，内蒙古呼和浩特人，广东国华粤电台山发电有限公司助理工程师，研究方向：火灾报警系统。
（责任编辑：周 琼）