離心式空氣壓縮機喘振故障分析與控制預防

宋瑞冬++常岳松

摘要：主要介紹離心式壓縮機喘振的形成及表現(xiàn)形式，分析指出喘振故障產生的主要原因有葉輪磨損或粘附物太多、擴壓器腐蝕磨損、葉輪與擴壓器之間的間隙變化、空氣冷卻器和水汽分離器（過濾器）變臟、壓縮機進氣口空氣溫度變化、壓縮機進氣口箱式進氣過濾器變臟等，并針對以上原因提出了相應的控制和預防措施。

關鍵詞：離心式壓縮機；喘振；故障診斷；設備維護

【分類號】：TH452

目前，凡口鉛鋅礦主要使用的高壓風生產設備是由美國英格索蘭公司生產的三級壓縮離心式空氣壓縮機。其工作過程中，在一定的工況條件下，有一個設備危害現(xiàn)象——喘振，如何防止和控制喘振的產生，對于日常使用和維護是非常重要的。

1 喘振的形成和表現(xiàn)形式

喘振是離心式壓縮機運行在某一工況下產生的特有現(xiàn)象。當進入壓縮機的空氣流量不能使壓縮機產生足夠的壓力，以至于外部系統(tǒng)（外部管路）的壓力大于壓縮機內部的壓力，導致逆止閥關閉。這時，壓縮機沒有輸出，工藝氣體在壓縮機內部積累，壓力不斷增加，直到積蓄的壓力大于外部系統(tǒng)的壓力時，壓縮機內部壓力沖開逆止閥排出。氣體排出后由于沒有足夠的空氣使壓縮機維持連續(xù)的輸出，壓縮機內部壓力下降，逆止閥關閉，工藝氣體重新在壓縮機內部積累，直到積累的壓力足夠時，再次排出，如此反復，導致輸出的壓力劇烈波動、逆止閥頻繁動作，機器發(fā)出砰砰的聲音，這種現(xiàn)象就叫喘振。

2 喘振故障分析

壓縮機喘振本質上是因為進入壓縮機的流量不足以使壓縮機產生足夠的壓力，以至于外部系統(tǒng)（外部管路）的壓力大于壓縮機內部的壓力，因此，產生喘振故障主要可以通過以下幾個方面來分析。

（1）壓縮機葉輪磨損或者粘附物太多。

壓縮機葉輪通過自身的曲線槽結構和高速旋轉來增加工藝氣體的壓力和速度，壓縮機大概有2/3的壓力增加都是通過葉輪產生的。當葉輪磨損或粘附物太多時，都會改變葉輪自身的曲線槽結構，降低葉輪增加工藝氣體壓力和速度的能力。葉輪磨損越嚴重或粘附物越多，越容易導致壓縮機產生喘振故障。

（2）壓縮機擴壓器腐蝕磨損。

工藝氣體經(jīng)過高速旋轉的葉輪產生高速高壓后，經(jīng)過靜態(tài)的擴壓器時，擴壓器內特殊設計的曲線腔壁能把工藝氣體的流速降低，壓力再一次增加，一般約有1/3的壓力是在擴壓器內提高的。當擴壓器內特殊設計的曲線腔壁腐蝕磨損比較嚴重時，高速的工藝氣體經(jīng)過擴壓器時就容易形成渦旋，進氣量就會減少，無法提高空氣壓力，導致壓縮機的輸出壓力降低，從而容易形成喘振。

（3）葉輪與擴壓器之間的間隙變化。

離心式壓縮機對葉輪與擴壓器之間的間隙有著非常嚴格的要求。間隙過大會發(fā)生泄漏串氣，導致空氣流量減少；間隙過小，通過的工藝氣體流量變小，同時在后端推力軸承磨損的情況下，容易發(fā)生葉輪與擴壓器碰撞的設備事故。因此葉輪與擴壓器之間的間隙過大和過小都會造成空氣流量變小，使壓縮機無法提高輸出壓力，從而形成喘振故障。

（4）壓縮機進氣口溫度變化。

離心壓縮機設計上的壓縮量是指在25℃ ，一個標準大氣壓的條件下的壓縮量，而實際上的工藝氣體溫度是時常變化，不以人的意志而改變的。同樣道理，根據(jù)氣體狀態(tài)方程P。V，/T。=P： / 可知，恒壓的條件下，在溫度升高時，工藝氣體密度降低，壓縮機實際壓縮的工藝氣體流量

作者簡介：宋瑞冬，男，機械工程師，2009年畢業(yè)于東北石油化工大學，現(xiàn)工作于大慶石化公司化工二廠丁辛醇車間。

減少，導致壓縮機輸出壓力不足，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)象就可以說明這個原因。

（5）壓縮機進氣口過濾器變臟。

離心壓縮機一般在入口均設有過濾網(wǎng)采，允許通過的雜質在2 m以內。因此，工藝氣體中的灰塵雜質很容易吸附到過濾器里，造成過濾器部分堵塞，導致壓縮機進氣量減少，引起壓縮機輸出壓力不足，形成喘振故障。

3 喘振故障的控制和預防

3.1 喘振的控制

為了控制和預防喘振的發(fā)生，離心式壓縮機均設有防喘振系統(tǒng)。即當進氣流量變小時，調節(jié)閥自動打開，將壓縮機出口氣體引致入口，防止壓縮機入口流量降低。這個過程是由機器的控制系統(tǒng)——DCS處理器來完成的。由于各種原因，DCS不可能萬無一失。當操作者聽到壓縮機發(fā)出砰砰的響聲時，可以判斷壓縮機正在發(fā)生喘振。這時應立即手動打開防喘振調節(jié)閥，否則機器將被損壞。

3.2 喘振的預防

喘振的控制方式降低了壓縮機的設定壓力，會使壓縮機產生的壓力達不到用戶所需系統(tǒng)壓力，而且 值受工藝氣體溫度、設定壓力、系統(tǒng)負荷變化等因素的影響較大。當這些因素變化時，先前設定的值就有可能失效，喘振仍有可能會發(fā)生。同時當以上喘振故障分析的原因影響很大時，也會引發(fā)喘振的發(fā)生。因此，在實際使用過程中，必須對以上喘振故障的原因有針對性的加以預防。

（1）壓縮機葉輪磨損或粘附物太多。

離心壓縮機的葉輪是一般是用高質量15—5PH不銹鋼加工而成，除非后端推力軸承磨損導致葉輪與擴壓器碰撞而產生磨損，通常葉輪很少發(fā)生磨損或腐蝕現(xiàn)象。一旦發(fā)生這種情況，因為葉輪是高速旋轉的，必須通過專業(yè)部門修復，并做動平衡實驗決定是否可再用。而粘附物跟使用環(huán)境有密切的關系，所以必須根據(jù)使用環(huán)境定期對葉輪上的粘附物進行清理。

（2）壓縮機擴壓器腐蝕磨損。

擴壓器因為接觸的是高溫的壓縮工藝氣體，而且擴壓器材質也一般，所以很容易發(fā)生被腐蝕和磨損。因此，必須定期檢查擴壓器，發(fā)現(xiàn)有腐蝕磨損現(xiàn)象時，及時進行修復和防腐蝕處理。當擴壓器腐蝕磨損嚴重時，必須及時更換新的擴壓器。

（3）葉輪與擴壓器之間的間隙變化。

葉輪與擴壓器之間的間隙是一項要求非常嚴格的技術參數(shù)，對壓縮機的性能起著非常重要的作用。一般情況下，葉輪與擴壓器之間的間隙不會發(fā)生變化，只有當后端推力軸承磨損或擴壓器腐蝕磨損時才會發(fā)生。因此，要求每年都對間隙進行檢查，發(fā)現(xiàn)因后端推力軸承磨損而導致變化的，可以通過后端的墊片進行調整，使間隙達到規(guī)定的數(shù)值范圍內。如果是因擴壓器腐蝕磨損，可以對擴壓器進行修復，但如果擴壓器腐蝕磨損嚴重，則必須更換擴壓器來達到保持間隙要求。

（4）壓縮機入口空氣溫度變化。

工藝氣體溫度隨著季節(jié)變化而變化，只有采取適當措施減少溫度變化幅度，如將壓縮機安裝在室內、加高房頂和增加室內空間等。如采取以上措施還會發(fā)現(xiàn)喘振，只有適當降低排氣壓力來控制喘振的發(fā)生。endprint