離心式壓縮機的喘振現象及解決辦法

馬立科

(寧夏哈納斯液化天然氣有限公司，寧夏 銀川 750021)

1 喘振的定義與喘振的原理

離心式壓氣機的氣體介質流量減小到一定程度時壓縮機就會出現工作不穩定的狀態，并且伴有劇烈的抖動與振動，而且會有很大的噪音響聲，這種現象稱為壓縮機喘振。喘振對于離心式壓縮機有著很嚴重的危害。

1.1 心式壓縮機的工作原理

壓縮機的工作原理是工藝氣體介質流過離心式壓縮機的葉輪時，在高速旋轉的葉輪葉片的離心力作用下，對工藝氣體進行作功升壓，將壓縮機的機械能轉換為工藝氣體的壓力能和動能。使其壓力能和動能均得到提高，工藝氣體進入擴壓器后，氣體的速度能又進一步轉化為壓力能，從而使氣體壓力達到工藝所需的要求。

1.3 喘振的原理

離心式壓縮機在運行過程中當工況發生變化，工藝參數發生改變后，工藝氣體入口流量減小的狀況，出口管線內較高壓力的工藝氣體倒流入壓縮機缸體級里來。倒流回來的工藝氣體補充了入口流量的不足，葉輪又恢復正常工作。流量增加，又會重新把倒流回來的氣體重新壓出去。因此工藝介質氣體在壓縮機缸體級與出口管線之間往復徘徊，這就使得整個系統中產生了周期性的氣流震蕩現象，這就是喘振產生的機理。

2 離心式壓縮機的特征與性能曲線

2.1 離心式壓縮機的性能曲線能具體且形象的表示出壓縮機的特性

縮機在不同工藝狀況和不同參數流量時的級壓比Pd/Ps、效率η、功率P與進口流量q的關系曲線稱為級的性能曲線。常用以下工藝參數和性能曲線對壓縮機的性能進行分析：

(1)流量Q與壓縮機出入口壓力比Pd/Ps的關系曲線。

(2)流量Q與壓縮機功率P的關系曲線。

(3)流量Q與壓縮機效率η的關系曲線。

2.2 以流量Q與壓縮機出入口壓比Pd/Ps的關系曲線為例進行說明

流量Q與壓縮機出入口壓比Pd/Ps的關系曲線見圖1。

圖1 流量Q與壓縮機出入口壓比Pd/Ps的關系曲線

根據性能曲線分析如下：每條曲線在每種轉速下都有一個Pd/Ps值的最高點，連接最高點的拋物線是一條表征產生喘振的極限曲線，拋物線左側部分是喘振區，若壓縮機工作點在喘振區會出現喘振現象。為了安全起見，壓縮機的實際工作點，距離喘振極限曲線應保留有一些余地。一般在喘振極限曲線的右側10%再做一條拋物線，這條拋物線叫做壓縮機的防范安全線(喘振控制線)。

喘振工況與阻塞工況之間的區域就是離心式壓縮機的穩定工況范圍。

2.3 阻塞現象

塞是指機組能吸進的最大氣體流量，通常設計的時候 會考慮運行最大氣量小于機組本身的阻塞氣量，從而滿足系統要求。當然有時可能是設計的原因 ，實際阻塞氣量小于設計時系統要求的最大氣量，這就得改機組、改設計。通常情況下是不會出現阻塞工況的，這相當于是個極限值。

當流量增加到一定值時，葉輪對氣體做的功只能用來克服流動損失，而不能提高氣體的壓力，這時壓縮機入口流量達到的工況為最大流量工況。任憑壓縮機背壓再降低，流量也不可能再增加，這種情況稱為“阻塞”工況。

在阻塞工況附近，壓縮機效率很低、壓比比設計工況也低得多，流量的微小變化也可以引起壓力很大的變化。

當壓縮機入口氣體流量小于喘振流量時，壓縮機將會發生喘振現象，大于堵塞流量時，壓縮機會發生堵塞。

阻塞在離心壓縮機中只是一種理論的狀態，幾乎不可能發生。

3 喘振的判斷及預防處理措施

3.1 喘振的現象及特點

(1) 喘振時噪聲增大，伴隨有劇烈的抖動與震動。

(2) 喘振時電機電流減小且頻繁波動，壓縮機出口壓力出現上下來回波動。

(3) 喘振時壓縮機機體和軸承因發生強烈振動機體溫度會升高。

3.2 喘振的危害

(1)喘振時氣流會引起強烈的震動，損害工藝設備管線，影響工藝系統的穩定性及安全。

(2)喘振會產生很大的噪音，造成員工身體健康問題及噪音污染。

(3)喘振使壓縮機的轉子及定子元件經受交變的動應力；級間壓力失調引起強烈振動，使密封及軸承損壞，甚至發生轉子與定子元件相碰，壓送的氣體外泄，引起爆炸等惡性事故。

3.3 喘振的預防與處理措施

(1)設計時考慮全面，根據工藝設計參數使壓縮機具有較寬的穩定工作區域。

(2)壓縮機在運行時防喘振控制系統保持投用自動狀態，防喘振閥處于自動狀態。一旦發生喘振，防喘振閥立即動作補充入口流量。

(3)當工藝氣體參數發生變化或者工況發生變化引起喘振時，適當打開防喘閥保持一定開度，確保入口流量。

(4)增加壓縮機入口閥門開度，提高入口流量和或壓力。

(5)適當降低壓縮機出入口壓縮比。

4 結論

通過以上分析以及實踐證明影響喘振的發生是完全可以避免的，現歸納喘振的因素主要有：

(1) 壓縮機入口介質流量：隨著壓縮機入口流量的減小，當壓縮機入口氣體流量小于喘振流量時，壓縮機將會發生喘振現象。

(2) 壓縮機入口介質壓力：壓縮機入口壓力一般會設定低報警與低低跳車連鎖，從而避免壓縮機入口流量過小而引起的壓縮機喘振。

(3) 氣體介質溫度：壓縮機氣體入口溫度越高，氣體密度就越小，質量也變小，壓縮機越容易喘振。

(4) 壓縮機電機轉速：喘振時可以通過適當降低壓縮機轉速進行調節，但是可調范圍時有限的。

(5) 氣體介質組分發生變化：在轉速壓力不變的情況下，氣體的摩爾質量發生變化，離心力會發生變化，可導致出口壓力及排量下降。

(6)機組原因：因壓縮機和電動機機械故障或者輔助油系統發生故障也會引起喘振。