防喘振在實際應用中一系列問題及解決辦法

朱洪力　李建珍

【摘 要】離心壓縮機在輸出壓力一定，而流量減小到某一數值時，就將發生喘振，防喘振閥就是防止離心氣體壓縮機在工作中出現喘振現象發生的裝置，可以有效地防止渦輪增壓器部件產生加速磨損和疲勞，減少事故的產生。本文主要介紹了在生產工作中遇到的有關防喘振閥的問題及解決方案。

【關鍵詞】離心壓縮機；喘振；實際應用

1 喘振現象的產生

合成Ⅳ合成氣壓縮機一段防喘振調節閥FV7101（閥門位號），使用的是FISHER套筒調節閥，在運行初期使用情況較好，但是在近期多次出現因為一段流量突然升高，造成機組甩負荷的現象發生。

現象記錄：

（1）8月27日2：40，Ⅰ段防喘振閥突然全開，合成氣壓縮機聯鎖切氣空轉。

（2）8月29日2：45，Ⅰ段防喘振閥突然全開，合成氣壓縮機聯鎖切氣空轉。

（3）8月29日4：20，Ⅰ段防喘振閥突然全開，合成氣壓縮機聯鎖切氣空轉。

這三次都是一個現象：一段入口流量在幾秒鐘突然增加接近20000，二段入口流量下降，造成轉速下降近1000轉，蒸汽流量跟不上致使壓縮機進入喘振區，機組一段、二段防喘振閥全開，機組甩負荷，系統切氣。

2 發生喘振的原因

當進口壓力或流量突然（瞬間）降低，低過最低允許工況點時，壓縮機內的氣體由于流量發生變化，會出現嚴重的旋轉脫離，形成突變失速（指氣體在葉道進口的流動方向和葉片進口角出現很大偏差），這時葉輪不能有效提高氣體的壓力，導致機出口壓力降低。但是系統的壓力沒有瞬間相應地降下來，從而發生氣體從系統向壓縮機倒流，當系統壓力降至低于機出口壓力時，氣體又向系統流動。如此反復，使機組與管網發生周期性的軸向低頻大振幅的氣流振蕩現象。

2.1 影響因素

（1）溫度：在壓縮機恒壓的運行工況下，氣體入口溫度越高，越容易發生喘振，因此，夏季比冬季更容易發生喘振。

（2）壓力：在壓縮機恒壓的運行工況下，入口壓力越低，壓縮機越容易發生喘振，這也是入口過濾器壓差增大時，要及時更換濾網的原因。

（3）流量：隨著流量的減少，壓縮機的出口壓力逐漸增大，當達到該轉速下最大出口壓力時，機組進入喘振區，壓縮機出口壓力開始減小，流量也隨之減小，壓縮機發生喘振。

（4）轉速：轉速越高，越容易發生喘振。

（5）氣體相對分子質量：在壓縮機恒壓的運行工況下，相對分子質量越小，越容易發生喘振。

2.2 原因分析

經工作人員多次對工藝進行排查，排除工藝對氣量的影響，氮氣流量和壓力并沒有明顯的波動，故懷疑喘振閥存在問題。特別是，當工藝人員兩次進行減量操作時，操作閥門有0.3%的開度時，閥門進入喘振區。懷疑三個方面的原因：一是閥門定位器有問題，二是閥門執行機構問題，三是閥門內件有問題。臨時采取的措施：增加氣源壓力，在8月29日將閥門的氣源壓力由0.28MPa增加到0.30MPa，10月12日由0.30MPa調整到0.32MPa。但是沒有解決問題。

3 初步閥門拆檢情況

11月5日，利用停車機會對閥門進行拆檢，主要進行了以下工作：

對所有接頭進行試漏，沒有發現漏點。

更換信號電纜。

更換閥門定位器。

拆檢執行機構，沒有問題。

拆檢閥門內件，沒有發現問題，確認閥門內件的流量特性為直線，與數據表一致。

更換了閥座下口、及上閥蓋墊片，特別是閥座下口的墊片厚度由1mm改為3mm。

解決原來閥桿連接的十字連頭缺少一個固定螺栓的問題及執行機構壓圈松動的問題。

閥門定位器重新進行標定，閥門全關時定位器輸出壓力為0.18MPa。

4 檢修后運行情況

（1）11月8日系統開車加量后，對現場閥門進行觀察，閥門從全開慢慢全關的過程，閥門在關到95%以前，動作正常，在閥門關到98%-100%之間時，閥門出現喘振現象，間隔大約12s左右一次，閥門波動閥位大約在2%-3%左右，從閥門定位器輸出看，輸出壓力由0.1MPa慢慢下降，閥門突然動作，輸出壓力增加到0.16MPa，閥門基本全關。控制室送信號全關時，閥門全關，不再喘振，輸出壓力為0.18MPa。在閥門喘振時檢查一段流量，沒有大的波動。

（2）11月19日18點30分左右，D#爐燒嘴一對跳車，合成氣壓縮機減量。一段喘振閥門打開，操作者先給1%的閥位，閥門開啟，接著又連續給1%～5%的閥位每次，直到喘振閥門全開。本次減量過程中沒有出現閥門自動全開的現象。但是在減量過程中壓力是緩慢下降的，從正常開始減量到開始動作防喘振閥們，大約20分鐘的時間，一入壓力由2.72MPa降至1.94MPa，一出壓力由6.27MPa降至4.81MPa。

5 閥門定位器試驗情況

11月22、23日，在檢修人員利用和現場同類型的閥門（正作用氣閉）對上次檢修更換下的定位器進行試驗，試驗情況如下：

確認定位器上部的壓力表為定位器輸出壓力指示。

氣源壓力設定為0.25MPa，閥門自檢、送信號調試，閥門全關時，輸出壓力為0.12MPa。

送信號至75%，閥門實際動作50%時，定位器輸出壓力慢慢升高至自檢時閥門全關時的壓力0.12MPa，而不是氣源壓力，13s后回到75%時的正常輸出壓力0.8MPa。

當信號超出20mA時，定位器輸出壓力增加到氣源壓力并保持。當低于20mA，如19.99mA時，定位器定位器輸出壓力回到正常值0.1MPa。

彈簧預緊力松時，閥門自檢不能通過，閥門喘振非常厲害，當把彈簧預緊力調大時，閥門不在喘振，自檢通過，而且閥門全關時的壓力由0.12MPa升高到0.15MPa。

6 再次分析原因及下一步措施

原因分析：從前期處理的情況看，個人認為造成機組甩負荷的原因是FV7101調節閥在原始安裝時，沒有進行調整，通過連接頭缺螺絲可以看出，閥門出廠時沒有進行嚴格調試，特別是彈簧的預緊力沒有調整，在下次拆檢時，對閥門進行全面調整確認，基本能夠解決問題。

下一步措施：針對前期處理的情況和閥門拆檢情況看：現場FV7102、FV7103及拆檢前FV7101定位器的輸出壓力，都為氣源壓力，停車時，需對三臺閥全關時的電流信號再現場串入電流表進行測試，是否已經超過20mA，并進行小信號測試。

在系統停車前，聯系工藝在進行測試，直接在正常工況下用FV7101進行減量，觀察現場閥門動作情況及流量變化情況。

測試閥門執行機構動作開始的壓力，現場利用定值器、標準壓力表、千分尺，測試準確值。

松開十字連頭，執行機構通氣，判斷閥門是否完全關到位。

調整彈簧預緊力，在原來的基礎上增加0.02-0.04MPa，安裝好閥門，對定位器進行自動校驗，檢查閥門全關時的定位器輸出壓力，是否比原來增加。

對現場閥門進行反復調試，最終通過往下旋絲，閥門可以正常工作。

7 防止喘振的措施

（1）部分氣流通過防喘振閥放空或者流經防喘振閥后回吸氣管，這樣可以不論外面需氣量是多少，壓縮機中流過的氣量，總是大于喘振氣量而使壓縮機能正常工作。

（2）定極限流量法：就是使壓縮機的流量始終保持大于某一定值流量，從而避免進入喘振區運行。此法通常用于恒速運行的離心機且一般流量調節器的給定值應大于額定喘振點流量的7%～10%，此法優點是控制簡單，缺點是當機組變速運行且處于低負荷情況時，防喘振控制投用過早，造成能耗加大。

（3）變極限流量法：在變速運行的壓縮機中，隨著不同工況（壓縮比、出口壓力或轉速），極限喘振流量是個變數。變極限流量法是采用隨動防喘振流量控制系統在壓縮機的不同工況下沿喘振曲線（實際上是沿防喘振操作曲線）自動改變防喘振流量調節器的給定值，使防喘振調節器沿喘振曲線右側安全控制線（防喘振操作線）工作，這樣既安全又節能。

[責任編輯：湯靜]