淺談離心式聯(lián)合壓縮機(jī)喘振及相關(guān)防范措施

韓振生(兗礦國宏化工有限責(zé)任公司,山東　濟(jì)寧　273500）

淺談離心式聯(lián)合壓縮機(jī)喘振及相關(guān)防范措施

韓振生(兗礦國宏化工有限責(zé)任公司,山東濟(jì)寧273500）

離心式壓縮機(jī)在化工生產(chǎn)中至關(guān)重要，是化工生產(chǎn)特別是煤化工生產(chǎn)中最常見、應(yīng)用最廣泛的一類設(shè)備。因其相對(duì)工作介質(zhì)為氣體，流量大、流速高，并要求極低故障率且長周期運(yùn)行的特點(diǎn)，離心式壓縮機(jī)造價(jià)昂貴，工藝要求高，特別是具有臨界喘振區(qū)間的先天特性，要求我們?cè)谏a(chǎn)中必須嚴(yán)格要求，規(guī)范操作，最大限度避免喘振的發(fā)生，以保障系統(tǒng)的穩(wěn)定長周期運(yùn)行。

離心式壓縮機(jī)；喘振；防喘振調(diào)節(jié)

離心式壓縮機(jī)的基本工作原理：高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動(dòng)氣體，使管道中連續(xù)流動(dòng)的氣體獲得動(dòng)能，即獲得高速加速，而壓縮機(jī)的擴(kuò)壓器使葉輪的流通面積逐漸擴(kuò)大，所以氣體壓力也逐漸升高。高速氣體從葉輪流出后，經(jīng)降速擴(kuò)壓，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，于是氣體以較高的壓強(qiáng)沿排出口流出，與此同時(shí)，進(jìn)口葉輪中心處由于氣體被甩出而形成一定的真空，而管道中的氣體壓力比葉輪中心處的負(fù)壓要高，因此，管路的氣體在壓差作用下不斷壓入進(jìn)入機(jī)體內(nèi)，葉輪不停旋轉(zhuǎn)，氣體也連續(xù)不斷的被吸入和壓出，至此完成壓縮過程。

喘振是離心式壓縮機(jī)所固有的特性，一般在甩負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)，喘振一旦發(fā)生，輕則引起工況變化嚴(yán)重的會(huì)惡化工況，喘振越強(qiáng)烈震動(dòng)也越強(qiáng)烈，不但會(huì)造成軸瓦燒壞，使轉(zhuǎn)子定子摩擦碰撞，進(jìn)而造成壓縮機(jī)嚴(yán)重破；還會(huì)引起廠房、管廊震動(dòng)，進(jìn)而引起事故發(fā)生。

要避免喘振發(fā)生就是要讓壓縮機(jī)流量控制在喘振區(qū)間以外的范圍，可通過設(shè)置回流閥來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)流量進(jìn)而控制壓縮機(jī)避開喘振區(qū)。

1　離心式壓縮機(jī)的喘振

1.1喘振現(xiàn)象

離心式壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的主要原因是由于負(fù)荷降低。當(dāng)壓縮機(jī)的排氣量小于某一極限值時(shí)，壓縮機(jī)的工作點(diǎn)產(chǎn)生“飛動(dòng)”，這時(shí)氣體由壓縮機(jī)忽進(jìn)忽出，使轉(zhuǎn)子受到交變負(fù)荷，機(jī)身產(chǎn)生振動(dòng)并波及到相連的管線。如果與機(jī)身相連接的管網(wǎng)容量較小并較嚴(yán)密，則可聽到周期性的如同哮喘病人的“喘氣”般的噪聲；若管網(wǎng)容量較大，喘振時(shí)會(huì)發(fā)生周期性間斷的吼響聲，并使止逆閥發(fā)出撞擊聲，它將使壓縮機(jī)及所連接的管網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，甚至使壓縮機(jī)遭到破壞。這種現(xiàn)象稱為壓縮機(jī)的“喘振”現(xiàn)象。

1.2喘振分析

壓縮機(jī)根據(jù)工況，設(shè)計(jì)葉輪的幾何形狀，在一定范圍的進(jìn)氣量下，氣體以最佳的角度最小的能量損失進(jìn)入葉輪，獲得最大的速度能量，完成葉輪對(duì)氣體最多的能量轉(zhuǎn)化，提高氣體的速度及壓力。壓縮機(jī)的物理幾何參數(shù)與工況參數(shù)最大限度匹配，則才會(huì)有系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，并且有最高的壓縮效率。

當(dāng)工況變化超過允許范圍時(shí)也就是工況惡化時(shí)，氣動(dòng)參數(shù)和幾何參數(shù)會(huì)不協(xié)調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致葉輪對(duì)氣體做工出現(xiàn)紊亂，能量轉(zhuǎn)化效率變低，氣體在葉輪內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離，形成突變型失速，氣體流動(dòng)變的無規(guī)律。這時(shí)葉輪雖然在旋轉(zhuǎn)并對(duì)氣體作功，但不能有效的提高氣體壓力，于是壓縮機(jī)出口壓力較額定參數(shù)低。

2　防范措施

2.1防喘振依據(jù)

壓縮機(jī)出口是和管網(wǎng)系統(tǒng)連接的，如果管網(wǎng)容量較大，其反應(yīng)不夠敏感，這時(shí)管網(wǎng)中的壓力并不馬上降低，反而會(huì)出現(xiàn)管網(wǎng)內(nèi)的壓力大于壓縮機(jī)出口的壓力，那么氣體就會(huì)出現(xiàn)倒流現(xiàn)象，直到管網(wǎng)中壓力降低到小于壓縮機(jī)出口壓力，壓縮機(jī)才能重新供氣，而后管網(wǎng)中壓力又會(huì)大于壓縮機(jī)出口壓力，又出現(xiàn)上述現(xiàn)象，如此反復(fù)。系統(tǒng)出現(xiàn)周期性的軸向低頻大振幅的氣流震蕩現(xiàn)象，喘振由此產(chǎn)生。

總之，葉輪內(nèi)部突變失速是一個(gè)關(guān)鍵，而管網(wǎng)的氣動(dòng)參數(shù)的突變是另一個(gè)關(guān)鍵；兩個(gè)因素疊加才會(huì)造成喘振。而對(duì)于措施，因壓縮機(jī)物理幾何參數(shù)的是出廠固定了的，無法更改了的，所以，只有從管網(wǎng)的氣動(dòng)參數(shù)著手。

2.2防喘振相關(guān)措施

離心壓縮機(jī)存在旋轉(zhuǎn)失速問題這是離心式壓縮機(jī)無法克服的問題，這是喘振的內(nèi)因，同時(shí)壓縮機(jī)和系統(tǒng)管路相聯(lián)，當(dāng)管路壓力高于壓縮機(jī)出口壓力時(shí)，氣體倒流，造成壓縮機(jī)葉輪受力變化，葉輪振動(dòng)導(dǎo)致喘振，這是外因。

喘振的危害極大，但至今無法從設(shè)計(jì)上予以消除，只能在運(yùn)轉(zhuǎn)中設(shè)法避免機(jī)組運(yùn)行進(jìn)入喘振工況，防喘振的原理就是針對(duì)引起喘振的原因，在喘振將要發(fā)生時(shí)，立即設(shè)法把壓縮機(jī)的流量增大，使機(jī)組運(yùn)行脫離喘振區(qū)。

防喘振的方法具體有三種：

（1）部分氣體放空法。

（2）部分氣體回流法。

（3）改變壓縮機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速法。

3　關(guān)于系統(tǒng)工況突變或切氣等緊急情況下，本崗位對(duì)聯(lián)合壓縮機(jī)的處置

聯(lián)合壓縮機(jī)需要進(jìn)行緊急切氣操作：

（1）向調(diào)度室匯報(bào)聯(lián)合壓縮機(jī)緊急切氣，將一級(jí)密封切換成中壓氮?dú)猓?lián)合壓縮機(jī)入工段（凈化出工段）放空，注意保壓。

（2）打開新鮮段防喘振閥新鮮氣減量，打開循環(huán)段防喘振閥循環(huán)氣減量。

（3）關(guān)閉XV2683，關(guān)閉XV2681和XV2682。

（4）打開壓縮機(jī)二段出口放空閥PV2620并以≤0.15Mpa/ min的速率卸掉機(jī)體壓力，合成氣壓縮機(jī)空負(fù)荷運(yùn)行，合成系統(tǒng)泄壓。

（5）合成系統(tǒng)事故處理完畢后，從聯(lián)合壓縮機(jī)入口充入氮?dú)膺M(jìn)行合成系統(tǒng)置換，打循環(huán)，合成系統(tǒng)保溫保壓。

4　結(jié)語

從喘振產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)找出喘振發(fā)生的先決條件、喘振的危害以及常用判斷方法，分析了喘振的主要因素以及實(shí)際問題。并對(duì)常用的防喘振控制歸類和分析，闡述了防喘振的最佳控制方案以及最直觀最簡(jiǎn)單的操作方法。喘振是離心式壓縮機(jī)的固有特性，無法消除，然而，通過分析歸納，獲得一定的經(jīng)驗(yàn)積累，本著精心操作，不斷優(yōu)化的原則，我們可以最大限度的避開喘振區(qū)域。相信，在不久的將來，會(huì)有更多更好的方式方法來組織實(shí)施以更大限度避開喘振區(qū)間，最大限度的保障生產(chǎn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］匡國柱.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).化學(xué)工業(yè).

［2］董愛娜.離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討.石油化工自動(dòng)化，2004（5）.

［3］何龍.離心式壓縮機(jī)防喘振研究.壓縮機(jī)技術(shù)，2009（5）.