防喘振閥的選型及動作時間探討

摘要：針對壓縮機在工業生產過程中的重要性，介紹壓縮機防喘振閥門的選型及防喘振閥門動作時間的計算，通過簡單的介紹，在選型過程中選擇合適的閥門和合理的附件，從而滿足防喘振閥門的要求，使壓縮機避免喘振。

關鍵詞：防喘振閥 ?閥門選型 ?動作時間

壓縮機廣泛應用于石油、化工、冶金、食品、醫藥等行業中，壓縮機是非常重要的設備之一，它主要的作用是提高其壓力和輸送壓縮介質的功能，它安全可靠地運行對于整個系統裝置的安全生產起著非常重要的作用。

1 壓縮機喘振的產生和危害

當壓縮機的流量低于極限流量值時或壓縮機的輸出壓力比輸出管道下游的壓力小的時候都會出現不穩定的工況，這會導致氣體介質從壓縮機的出口倒流回壓縮機，造成壓縮機的氣體流量和排氣壓力周期性的低頻率、大振幅的波動，引起壓縮機的強烈震動，這就是壓縮機的喘振[1]。壓縮機的不穩定工況導致壓縮機的工作性能不穩定，使壓縮機周期性的發生噪音、振動、嚴重的情況會導致壓縮機的零件損壞，影響其正常的工作。

2 壓縮機防止喘振的方法

壓縮機防止喘振的方法主要有兩類：一類是在壓縮機設計時盡可能的增加葉片氣體繞流無脫離的穩定區。二類是采取相應的防喘振裝置來避免喘振，當壓縮機的流量低于極限流量的時候，通過防喘振閥門或者放空閥、切斷閥來調節壓縮機的介質流量或介質壓力，讓壓縮機的流量處于穩定的工作狀態。這需要防喘振閥門的動作時間非常快，如果防喘振的動作時間不能滿足壓縮機的介質回流或者介質壓力無法達到工作時穩定狀態的要求，就有可能出現喘振。防喘振閥門的動作時間一般都小于2秒，下面將闡述防喘振閥門的選型，壓縮機的防喘振閥門的口徑從DN25到DN2000不等，防喘振閥門的選型，我們在這里主要考慮閥門的結構類型和閥門動作時間。

2.1 防喘振閥門類型的選擇

壓縮機防喘振閥門結構類型主要考慮介質的壓差、溫度、流量及介質的分子量，這幾個主要方面的因素將確定閥門的結構類型。閥門的壓差是決定閥門結構類型的主要因素，壓縮機上使用的防喘振閥門主要有單座閥、套筒閥、高壓差閥門、蝶閥，下面我將闡述這幾種閥門使用的場合。

2.1.1 直通單座閥

單座閥的允許壓差小，主要應用在1MPa以下的場合，由于單座閥的CV值可以做的很小，所以在壓差大一些的場合也可以應用，但前提是閥內件必須進行全司太萊堆焊等強化處理，才可以滿足使用要求。

2.1.2 套筒閥

套筒閥也叫籠式閥，套筒閥最突出的特點是密封面和節流面分開、使用壽命比單座閥長，閥芯具有壓力平衡孔，所以穩定性好，可以承受比較大的壓差，由于套筒閥的流量窗口在套筒上，介質高進低處，所以適用于介質出現閃蒸或者空化的場合，介質流動過程中，力相互抵消，具有降壓降噪的作用，壓縮機的防喘振閥門的前后壓差在3MPa以內都可以選用此類型的閥門，現場具有很好的使用效果。

2.1.3 高壓差閥門

因為壓縮機的特殊性，介質全部為可壓縮的氣體，受到介質流量、壓差、溫度、分子量等因素的影響，在溫度、壓力、分子量不變的情況下，流量的增大會導致閥門的噪音和流速的提高;在流量、溫度、壓差不變的情況下，分子量的減小，同口徑閥門的情況下，會導致介質流速和噪音的提高;在流量、溫度、分子量不變的情況下，壓差的改變對噪音的影響最明顯，所以在高壓差的壓縮機場合中，需要特殊的高壓差閥門來解決此類問題，高壓差閥門閥內件的結構形式主要有：打孔式、套筒式、多級降壓式、迷宮式等等的閥內件形式。

2.1.4 蝶閥

在閥前后壓差比較小，管道口徑比較大、介質流量大，要求空間比較小等情況下，蝶閥的經濟價值馬上就體現出來了，同口徑的蝶閥價格是直動閥的1/3，現在市場上最流行的三偏心蝶閥，可以達到六級泄漏量，雙向密封，扭矩小，所以蝶閥已占到壓縮機防喘振閥門的半壁江山。

2.2 防喘振閥的動作時間

防喘振閥門最重要的一方面就是它的動作時間，為了保證壓縮機不發生喘振，就必須保證防喘振閥門在規定的時間內打開或者關閉，防喘振閥門動作時間的實現，主要是通過閥門附件來實現，主要的閥門附件有定位器、減壓閥、加速器、氣控閥、電磁閥等等。下面將舉例說明防喘振閥門動作時間的實現方法。

某項目有一臺壓縮機防喘振閥門，介質為混合氣體，分子量是37.5，閥前溫度是64.6，最大流量是24702kg/h，正常流量是20188kg/h，最小流量是16262kg/h，閥前壓力是0.301MPa（A），閥后壓力是0.29MPa（A），氣源故障時：閥門打開，閥門口徑與管道口徑一致，閥門要求：帶定位器、減壓閥、電磁閥，電磁閥斷電時，閥門從全關到全開時間小于2秒，定位器正常工作時，調節時間小于10秒。

解：我們主要考慮閥門的動作時間，閥門的CV值計算將不再闡述，由于閥門前后壓差不大，管道口徑比較大，我們選用三偏心蝶閥WB310 DN350，壓力等級選用Class150，執行機構選用單作用的SR-400-K10，執行機構的容積是86L，供氣壓力是0.5MPa。

閥門動作時間的計算是根據一個經驗公式，如下所示：

T=■×60

式中：T=閥門的動作時間，單位S;Q=執行機構容積，單位L;P=供氣壓力，單位bar;q=主氣路限流原件的壓縮空氣流量，單位NL/min。

防喘振閥門時間要求：閥門從全關到全開時間小于2秒，執行機構的容積是86L，為了滿足時間要求，配備了氣動加速器、氣控閥等附件。

根據實際經驗，當管徑有效截面積為18mm2時，流過的儀表氣流量是250NL/min，所以相應附件的流通能力公式可以按照下面的公式計算：

■=■

式中：S=相應附件流道的節流面積，mm2;V=相應附件的流通能力，NL/min。

相應附件的流通能力這里不在計算，具體如下所示：

減壓閥選用AW60-N10B，通徑為1寸，壓縮空氣量為7000NL/min;氣動加速器選用4818ANJNS，通徑為1寸，壓縮空氣量為7000NL/min;定位器選用FISHER的DVC6200HC，電磁閥選用NF8327B102;氣控閥選用Bifold的PPV系列，通徑為1寸，壓縮空氣量為17500NL/min;氣源管選用φ25，壓縮空氣量為5800NL/min。

我們從圖1可以看出黑色的粗線為主控制氣路，這條氣路上面氣源管是限流元件，所以計算閥門從全開到全關時間，應該以氣源管的壓縮氣量為分母，如下所示：

閥門正常工作的調節時間：

T1 =■×60=■×60=4.5S，動作時間滿足要求。

閥門從全關時間到全開時間，因為這條氣路上面只有一個氣控閥而已，所以把氣控閥的壓縮氣量作為分母，如下所示：

閥門從全關到全開時間T2=■×60=■×60=1.5S，動作時間滿足要求。

閥門控制氣路圖如下所示：

■

圖1 ?閥門控制氣路圖

不管設計院如何要求，執行機構是單作用還是雙作用，動作時間多長，計算方法是一樣的，因為雙作用執行機構需要帶儲氣罐，一是儲氣罐會增加閥門的成本，二是由于壓縮機的結構原因，需要考慮壓縮機的配管，所以壓縮機防喘振閥門的執行機構一般不選用雙作用執行機構。

選型時，如遇到防喘振閥門有動作時間的要求，需要確定哪個是主氣路，哪個是控制氣路，選擇合適的閥門附件后，一定要認真、仔細的把時間計算好，不要因為閥門動作時間無法滿足壓縮機的喘振時間要求，而造成壓縮機的喘振，給用戶的生產造成不必要的麻煩。

參考文獻：

[1]黃鐘岳，王曉放.透平式壓縮機[M].北京：化學工業出版社，2004：232.

[2]劉琨.淺談大型透平壓縮機組防喘振閥的控制氣路在生產中的應用[J].化工管理，2014（17）.

[3]王楊.防喘閥調節及快開特性的研究[D].浙江大學，2013.

作者簡介：陳玉玲（1983-），女，甘肅張掖人，助理工程師，本科，主要從事閥門附件的研究。