離心式壓縮機喘振原因分析及防治措施

劉天嬌

摘 要：喘振是離心式壓縮機的一種固有特性，對工況的穩定性有較大影響，并易造成壓縮機損壞。基于此，本文通過研究發現管網系統壓力過高、吸入流量不足、操作錯誤、放喘振系統未投自動，都有可能造成喘振。對此，筆者提出相應的防喘振措施。

關鍵詞：喘振;離心式壓縮機;防喘振控制

中圖分類號：TH452文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）28-0061-02

Abstract： Surge is an inherent characteristic of centrifugal compressor， which has a great influence on the stability of working conditions and is easy to cause damage to the compressor. Based on this， this paper found that high pressure， insufficient suction flow， wrong operation， and no automatic ventilation system could cause surge. In this regard， the author put forward corresponding anti surge measures.

Keywords： surge;centrifugal compressor;anti surge control

離心式壓縮機是用于壓縮和輸送化學生產中的各種氣體的重要裝置，與活塞式壓縮機相比，具有氣量大、結構緊湊、體積小、振動小、無需中間罐、運行平衡等優點。喘振是離心式壓縮機的固有特性，是壓縮機運行不穩定產生的現象，嚴重時會導致氣體逆流。發生喘振時，裝置劇烈振動并且流量壓力波動很大，導致壓縮機疲勞損壞，這是壓縮機損壞的主要原因。

1 喘振的機理分析及判斷

在操作條件偏離設計條件的情況下，流量減小，并且進入葉輪或者擴壓器的流動通道的氣流方向改變。在葉片的非工作表面上發生氣流邊界層的分離現象，當情況嚴重時，即發生旋轉失速。這時，壓縮機雖仍在工作狀態，但是大部分做功都變成能量損失，氣體壓力無法增大，致使壓縮機出口壓力降低，管系中下油管道的壓力大于出口壓力，便發生氣體倒流，直至壓縮機出口壓力高于管系的壓力，壓縮機又重新恢復供氣，之后又重復發生上述現象，整個系統重復出現周期性軸向低頻大幅度氣流振蕩，這種現象就稱為喘振。

造成喘振的原因分為內因和外因：外部原因是與壓縮機一起工作的管網系統的壓力大于壓縮機能夠提供的壓力;內因方面主要為壓縮機流量減小，進入喘振區。在實際操作中，引起壓縮機喘振通常是多種原因相結合而造成的。如壓縮機轉速升高或降低，流體特性的變化，包括流體溫度及成分的變化;另外，壓縮機機械參數的改變等也會影響壓縮機的性能曲線，從而導致喘振流量的變化。

在運行中可能造成喘振的原因有以下4點。①管網系統壓力過高。當需要緊急停車時，要進行氣體放空或回流，出口管路上的止回閥不靈活，或安裝位置距離壓縮機出口過遠，當系統突然減量時，防喘振系統不能馬上進行調節。②吸入流量不足。如果壓縮機入口濾器阻塞，阻力增大，濾芯過臟，或是氣溫過低時發生結冰，導致壓縮機入口氣源減少或者切斷，供氣不足，若流量降低到喘振流量以下，就會導致喘振。③操作錯誤。在操作中，升速升壓過快，降速之前沒有先降壓。④放喘振系統未投自動。當發生工況波動或電網波動等外界因素變化的情況時，若防喘振系統未投自動，則會因手動調節不及時造成喘振[1]。

2 壓縮機的防喘振控制

根據對壓縮機喘振機理和原因進行分析，可以采取相應的措施來防止壓縮機喘振，使工況穩定，確保正常運行，減少喘振對壓縮機的損害。通過調節壓縮機吸入量，或出口壓力，使壓縮機運行在穩定的工況區域。

防喘振控制主要分為兩種：一種是固定極限流量控制，另一種是可變極限流量防喘振控制。兩者都是通過控制壓縮機的進氣流量超過一個的極限流量值，如果流量減少到這個值，則壓縮機的防喘振閥打開，以保持足夠的進氣量。

固定極限流量控制是使進氣流量大于一定值流量，從而避免進入喘振區運行，但是在壓縮機低負荷運行時，能耗較大，應用范圍不廣。在需要通過轉速調節來改變壓縮機負荷的情況下，就更適合采用另一種防喘振控制，即可變極限流量防喘振控制。由于極限喘振流量是隨著轉速的降低而降低，因此最合理的方法是使進氣流量始終與極限喘振流量保持適當的安全余量，防喘振調節器沿著喘振極限流量曲線右側的安全控制線運行，這就是可變極限流量方法[2]。

3 在實際運行中防喘振控制的實現方法

①在壓縮機出口設置放空閥，當發生喘振時，防喘振閥門開啟進行放空，使壓縮機進氣量增大，以達到調節作用。這種方法通常適用于空壓機，以沈鼓集團的SVK71-3S離心壓縮機為例。在壓縮機出口管道設置有流量計和止回閥，在流量計后止回閥前引支流管道去空壓機放空，此防喘振系統是連鎖機組出口流量及出口壓力通過氣動式活塞調節閥實現防喘振自動控制。

②設置回流管道，通過防喘振閥門控制調節進氣流量。在有些情況下，如當用氣量減小，則壓縮機進氣流量減小，到一定程度時，單一的防喘振控制方法不能實現，可采用兩種方法共同作用。例如，蘇州制氧機股份有限公司KDON-6500/9000型空分設備項目，項目采用的是韓華離心壓縮機，型號是SM3000，輸送介質為氮氣。壓縮機已設計排氣止回閥，防止壓縮機外部的高壓氣體逆流到壓縮機內部，并且在壓縮機的排氣管道上，在止回閥前設置DN80的回流管道及氣動調節閥，閥后變徑為DN150管道，以降低壓力和流速，回流至進口管道。當壓縮氣體的壓力超過設定值時，將部分氣體回流至進口管道，調節供氣壓力，以此達到防喘振的目的。但在試運行中，因下游裝置需要，供氣量降低，依然出現了喘振現象，其后在排氣總管上又引放空管道使一部分氮氣放空至大氣。兩種方法共同調節，壓縮機不再出現喘振現象。

③在夏季，因環境溫度升高，空氣密度降低，吸氣量減少，電機內阻增加，這些原因都會造成空壓機頻繁放空。所以，將壓縮機放置在廠房內。在夏季，降低環境溫度也是方法之一。在一些設備上，也會采用在放散閥后端設置消音器，減少喘振時發生的噪聲，保證工作人員有良好的工作環境。并且，要注意壓縮機的性能狀態，如擴壓器是否磨損，空氣過濾器是否過臟而增加了吸氣阻力，水分離器、冷卻器的清潔狀況，以及葉輪和擴壓器的間隙，這些都會影響壓縮機的工作狀態。因此，專業技術人員對壓縮機定期檢查清理，也是預防喘振的必要方法。

在實際運行中，運行操作人員需了解壓縮機的工作原理，熟悉設備特性，準確判斷檢測數據，合理利用調節系統，避免設備進入喘振狀態[3]。

4 結語

離心式壓縮機的喘振，不僅對設備本身有損害，還會影響企業正常生產。因此，對喘振發生的原因、機理進行分析至關重要。通過對喘振機理的分析，采取有效的控制辦法，提高離心式壓縮機運行的可靠性，才能保證系統正常運行。

參考文獻：

[1]孫永泰.壓縮機防喘振的兩種方法[J].制冷，2011（4）：76-78.

[2]孔文濤，許益華.防喘振在壓縮機控制系統的實現方法[J].化學工程與裝備，2008（1）：33-34.

[3]魏龍，常新忠，滕文銳.離心壓縮機喘振分析及實例[J].通用機械，2003（7）：38-41.