儀用空壓機喘振原因分析及解決方案

柳扣林，路景春

(江蘇國信揚州發(fā)電有限責任公司，江蘇揚州225131)

某公司一期儀用空壓機共有4臺，均為美國英格索蘭公司生產(chǎn)的1CV14MX2型雙級離心式空壓機，主要供應一期主廠房各氣動門的動力氣源。一期空壓機運行方式為2臺運行，2臺備用，恒壓控制模式，即由各臺空壓機通過進口調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)自動跟蹤系統(tǒng)用氣量。多臺空壓機同時運行時，系統(tǒng)流量如何分配、壓力變化如何協(xié)調(diào)是控制難點，空壓機并列運行時如果負荷分配不當，單臺空壓機的流量過小時容易引起空壓機的喘振，一方面影響空壓機設(shè)備的安全運行，另一方面也會影響整臺機組的安全運行。在實際運行過程中，儀用空壓機D有時出現(xiàn)易喘振的現(xiàn)象，儀用空壓機A、B、C出口顯示壓力均在724～730 kPa之間，而空壓機D僅為705 kPa。文中對空壓機喘振的原因及解決方案進行分析，并對空壓機優(yōu)化運行提出改進建議。

某公司一期儀用空壓機共有4臺，均為美國英格索蘭公司生產(chǎn)的1CV14MX2型雙級離心式空壓機，主要供應一期主廠房各氣動門的動力氣源。一期空壓機運行方式為2臺運行，2臺備用，恒壓控制模式，即由各臺空壓機通過進口調(diào)節(jié)閥的開度調(diào)節(jié)自動跟蹤系統(tǒng)用氣量。多臺空壓機同時運行時，系統(tǒng)流量如何分配、壓力變化如何協(xié)調(diào)是控制難點，空壓機并列運行時如果負荷分配不當，單臺空壓機的流量過小時容易引起空壓機的喘振，一方面影響空壓機設(shè)備的安全運行，另一方面也會影響整臺機組的安全運行。在實際運行過程中，儀用空壓機D有時出現(xiàn)易喘振的現(xiàn)象，儀用空壓機A、B、C出口顯示壓力均在724～730 kPa之間，而空壓機D僅為705 kPa。文中對空壓機喘振的原因及解決方案進行分析，并對空壓機優(yōu)化運行提出改進建議。

1空壓機喘振形成的機理

喘振是離心式空壓機的固有特性，系統(tǒng)氣體壓力大于空壓機出口壓力時，空壓機出口的止回閥關(guān)閉，空壓機沒有輸出，空氣在空壓機內(nèi)部聚集，空壓機出口壓力不斷增加，直到出口壓力大于系統(tǒng)壓力時，頂開止回閥；若止回閥頂開后，空壓機沒有足夠流量的氣體連續(xù)輸出，空壓機出口壓力再次下降，止回閥再次關(guān)閉，如此反復，導致空壓機輸出的壓力和電機電流劇烈波動，止回閥頻繁動作，機器發(fā)生“砰砰”的聲音，這種現(xiàn)象就是空壓機喘振。喘振時不僅會影響管網(wǎng)壓力的波動，嚴重時甚至會造成空壓機的損壞。

2空壓機喘振故障分析

2.1空壓機的自然喘振

離心空心機進口壓力恒定時流量壓力特性如圖1所示，當空壓機出口壓力增大到一定值時，空壓機運行點就移至喘振線的左側(cè)，在此工況運行下，由于空壓機的運行壓力已超過該空壓機可以壓縮的最大值，空壓機就會發(fā)生喘振，該種喘振稱為自然喘振。在運行過程中設(shè)定空壓機的出口壓力（排氣壓力）小于標定壓力（自然喘振壓力）就可以避免空壓機的喘振[1]。

圖1離心空心機進口壓力恒定時流量壓力特性曲線

2.2空壓機的節(jié)流喘振

離心空心機進口壓力變化時流量壓力特性如圖2所示，當空壓機入口門全開時，可忽略進口門節(jié)流損失，因而空壓機進口壓力不隨流量而變化，可以將空壓機進口壓力視作一個大氣壓。隨著進口門的開度變小，進口門的前后壓差將會變大，進入空壓機的進口壓力逐漸下降，因而空壓機的實際出口壓力也將下降，對應的空壓機的出口壓力與流量曲線將左移，從而使空壓機的運行實際工況點也逐漸往左移。隨著空壓機進口門關(guān)至一定的開度，最終移至喘振區(qū)，從而發(fā)生喘振，這種喘振就叫空壓機節(jié)流喘振，又稱為最小電流喘振。

圖2離心空心機進口壓力變化時流量壓力特性曲線

設(shè)置空壓機的最小電流，即在空壓機所需的氣量減少到最低電流所對應的進口門開度時，空壓機進口門將不再關(guān)小，而是通過旁路門調(diào)節(jié)管道系統(tǒng)的供氣量，維持空壓機的電流不再降低，這樣通過空壓機葉輪的氣量就不會減少，從而避免了空壓機節(jié)流喘振的發(fā)生。為了保證空壓機節(jié)流喘振有一定裕量，目前該公司一期空壓機的最小電流設(shè)置為53 A。

2.3空壓機喘振的幾種原因

空壓機的自然喘振及節(jié)流喘振是任何一臺空壓機都存在的固有特性，一般可以通過對空壓機運行參數(shù)的設(shè)定來避免喘振的發(fā)生?？諌簷C喘振的真實原因是因為進入空壓機的氣量不足導致系統(tǒng)壓力大于空壓機出口壓力，現(xiàn)分析如下。

（1）空壓機進口濾網(wǎng)壓差高?？諝庵械幕覊m堵塞空壓機進口濾網(wǎng)，一方面空壓機進氣量減少，引起空壓機輸出壓力不足，形成喘振故障，同時濾網(wǎng)壓差升高，造成空壓機進口壓力下降，使得空壓機的流量特性曲線左移，增加喘振的機率。該公司一期儀用空壓機說明書規(guī)定了空壓機進口濾網(wǎng)差壓應小于2.1 kPa。

（2）空壓機進口空氣溫度變化如圖3所示，隨著空壓機進口溫度上升，空壓機流量特性曲線就往左平移，這樣空壓機的特性曲線就易接近喘振區(qū)，也就越易產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。主要原因是隨著氣溫的上升，空氣的密度減小，同樣的空氣體積氣量，空壓機實際壓縮的空氣流量減少，導致空壓機輸出壓力不足，形成喘振現(xiàn)象。實際使用過程中，夏季比冬季更容易發(fā)生喘振現(xiàn)象。

圖3空壓機進口溫度變化的流量特性曲線

（3）空氣冷卻器變臟。 經(jīng)過空壓機壓縮后的空氣不但壓力升高，而且溫度也增加很多，該公司一、二級空壓機出口氣溫在未進入冷卻器內(nèi)冷卻時能達到90℃以上，因此在空壓機的一、二級筒體內(nèi)均設(shè)置1只冷卻器和水氣分離器，通過冷卻器將高溫氣體冷卻至48℃以下，同時水氣分離器將氣體中的水分進一步冷凝，通過疏水器將冷凝的水疏掉。空壓機進口濾網(wǎng)雖能夠阻擋較大顆粒的灰塵，但空氣中仍有許多細小灰塵及空壓機本身磨損產(chǎn)生的微粒很容易粘附在冷卻器和水氣分離器內(nèi)，造成冷卻器和水氣分離器部分堵塞，導致空氣流量減少，空壓機輸出壓力不足，形成喘振現(xiàn)象；同時由于冷卻器堵塞，影響了冷卻器的換熱效果，因而又會增加空壓機抽吸空氣的溫度，特別是一級冷卻器堵塞，易使空壓機抽氣量不足，形成喘振現(xiàn)象。

（4）空壓機葉輪及擴壓器磨損。一般情況下，空壓機的壓力提高70%由葉輪完成，30%由擴壓器完成。因此當空壓機葉輪及擴壓器發(fā)生磨損，就會改變其特性，使得葉輪與擴壓器配合的流量角或壓力角發(fā)生變化，流量角變化主要影響空壓機的氣體流量，造成氣體流量減少，壓力角變化主要影響空壓機的出力，導致空壓機的輸出壓力降低，從而容易形成喘振。

（5）空壓機的進口門、旁路門故障。一旦空壓機的進口門或旁路門存在卡澀現(xiàn)象，調(diào)節(jié)不靈，在系統(tǒng)壓力變化時，將會直接導致該空壓機發(fā)生喘振現(xiàn)象。

3喘振故障的控制和預防

（1）及時巡檢空壓機的進口濾網(wǎng)的壓差，當壓差達到設(shè)定值時就應停運空壓機，更換新濾網(wǎng)，防止空壓機進口濾網(wǎng)壓差變大。

（2）由于空氣入口溫度是隨著環(huán)境溫度變化而變化的，該空壓機的進口溫度設(shè)計為23.5℃，實際上夏季時空壓機的進口溫度經(jīng)常高于23.5℃，但由于在設(shè)定空壓機的節(jié)流喘振及自然喘振的參數(shù)時均有一定的裕量，因而在夏季運行時，空壓機一般不會由于進口溫度的升高而引起喘振，若確認是由于空氣的入口溫度偏高造成空壓機的喘振，只有通過降低空壓機的出口設(shè)定壓力來控制喘振的發(fā)生。

（3）定期對空壓機冷卻器進行清理，用專用的清洗劑對冷卻器進行20 h浸泡，再進行沖洗。若效果仍不理想，則需更換新的冷卻器，徹底解決空壓機冷卻器臟污而導致空壓機出力下降及發(fā)生喘振的問題。

（4）一般情況下，葉輪被磨損的情況較少，擴壓器較易腐蝕磨損，因此要定期解體檢查擴壓器。擴壓器磨損較重時，需及時換新。

（5）空壓機的進口門、旁路門動作不靈活，一般情況下主要是由于閥門卡澀造成，可通過停運空壓機解體檢修閥門，使閥門能夠開關(guān)靈活，必要時更換新的閥門。還有一種特殊情況，由于系統(tǒng)控制軟件的缺陷，造成調(diào)節(jié)空壓機閥門靈敏度不夠，也會造成空壓機的喘振，這種情況下只有通過對控制軟件升級來提高調(diào)節(jié)閥門的反應速度，從而避免由于閥門調(diào)節(jié)故障而引起的喘振。

4儀用空壓機運行優(yōu)化的建議

目前該公司一期儀用空壓機采用并聯(lián)方式運行，在運行過程中，儀用空壓機D有時出現(xiàn)易喘振的現(xiàn)象，主要是2臺空壓機的負荷分配不均所致。當系統(tǒng)用氣量減少時，儀用空壓機D先通過進門口調(diào)節(jié)負荷；當進口門關(guān)至最低電流時，進一步調(diào)節(jié)需打開旁路門，若空壓機旁路門調(diào)節(jié)不及時，會出現(xiàn)空壓機葉輪中流量過低喘振的現(xiàn)象。另外由于空壓機D與其他3臺空壓機使用的控制軟件系列有偏差，造成空壓機D的顯示壓力與另外3臺空壓機相差較大，目前儀用空壓機A、B、C出口顯示壓力均在724～730 kPa之間，而空壓機D僅有705 kPa，這種情況下，一旦參與運行，空壓機D就會帶至最高電流運行，當系統(tǒng)用戶減少，壓力升高時，空壓機D就會關(guān)進口門、開旁路門。目前主要的問題是旁路門開啟速度偏慢，從而引起該空壓機的喘振，而又未發(fā)現(xiàn)解體閥門有任何異常，分析應為控制軟件老化，需升級改造。

根據(jù)公司實際運行情況，1臺空壓機滿載氣量不夠，2臺空壓機嫌多，因此在空壓機D控制軟件未升級的情況下，盡量減少空壓機D的調(diào)節(jié)，將空壓機D的設(shè)定壓力比另外3臺空壓機高約25 kPa，讓其始終帶滿載，從而減少空壓機D的喘振機率。從調(diào)整效果看，儀用空壓機D喘振情況有所好轉(zhuǎn)。

若要完全解決儀用空壓機D的喘振問題，需將空壓機D控制系統(tǒng)軟件升級成AMB控制，該控制軟件的優(yōu)點可以使其根據(jù)系統(tǒng)壓力變化計算分析，其旁路閥與進口閥能夠同時調(diào)節(jié)到某一開度，縮短調(diào)節(jié)時間，減少喘振機會?？諌簷CD在感受到系統(tǒng)壓力變化時，可迅速調(diào)節(jié)閥門，從而避免喘振。

公司一期儀用空壓機使用單臺空壓機進行控制，為減少喘振，提高了各臺空壓機馬達電流低限值，電流調(diào)整后雖然解決了空壓機的喘振問題，但是增加了廠用電，提高了成本。因此為進一步均衡分配4臺空壓機的帶載能力，建議一期4臺空壓機安裝負荷分配（ASC）集中控制系統(tǒng)，通過安裝該系統(tǒng)可實現(xiàn)4臺空壓機聯(lián)合控制，根據(jù)系統(tǒng)壓力自動實現(xiàn)空壓機的啟動、加載、卸載、停機功能；自動實現(xiàn)運行空壓機的負荷均分。還可對空壓機的運行數(shù)據(jù)實行實時監(jiān)控，并記錄所有運行數(shù)據(jù)曲線。這樣既可節(jié)省廠用電，又能延長馬達及空壓機的壽命。

[1]常 鑫，傅行軍.某600 MW汽輪機發(fā)電機組振動故障分析與處理[J].江蘇電機工程，2011，30（6）：13-16.