輕烯烴回收裝置離心式壓縮機喘振的原因及其預(yù)防措施

王攀峰(青海大美煤業(yè)股份有限公司，青海 西寧 811699)

0 引言

輕烯烴回收裝置共有兩套壓縮機組，分別為產(chǎn)品氣壓縮機和丙烯制冷壓縮機，其中產(chǎn)品氣壓縮機主要對甲醇制烯烴裝置供應(yīng)的產(chǎn)品氣進行逐級分類加壓，供水洗、堿洗、氧化物回收、干燥和高低壓脫丙烷塔等單元使用，丙烯制冷壓縮機為裝置各用冷用戶提供物料冷卻所用冷量，二者均為裝置關(guān)鍵機組，本文主要分析丙烯制冷壓縮機喘振機理、危害及判斷方法，發(fā)生喘振原因，預(yù)防喘振措施。

1 丙烯制冷壓縮機及防喘振控制概況

1.1 丙烯制冷壓縮機概況

輕烯烴回收裝置丙烯制冷壓縮機設(shè)有一個缸體，四個吸入管嘴和一個排出管嘴，由電機驅(qū)動，并設(shè)有一套潤滑油系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)采用干氣密封。壓縮機組由沈陽透平機械股份有限公司制造，產(chǎn)品代號H2220，產(chǎn)品型號4MCL608，工藝介質(zhì)為丙烯，額定流量34194Nm3/min，進口溫度-40.1℃，出口溫度-29.5℃/-25.5℃/-9.2℃/3.4℃，進口壓力0.119MPa(A)，出口壓力1.74MPa(A)，額定功率5499kW，額定轉(zhuǎn)速5805r/min，一階臨界速度2682r/min，其電機為臥龍電氣南陽防爆集團股份有限公司制造，型號YZYK5210-4MF2，額定功率6100kW，電壓10000V，額定電流401.5A，額定轉(zhuǎn)速1480r/min，兩者中間通過變速器柔性連接，實現(xiàn)丙烯制冷壓縮機的調(diào)速運轉(zhuǎn)。

1.2 丙烯制冷壓縮機防喘振控制概況

(1)利用對一段吸入的流量進行檢測，再對從壓縮機四段排出后返回到一段吸入罐的最小返回氣相量進行控制，而這股所返回的物流是高溫物流，務(wù)必通過丙烯液體來激冷，從而達到壓縮機的機械標(biāo)準(zhǔn)，進行激冷所運用的液體丙烯是源于壓縮機的四段吸入罐的，通過溫度控制裝置，再利用檢測壓縮機一段吸入的溫度來對當(dāng)中的激冷進行調(diào)節(jié)。

(2)將在壓縮機一段與二段所吸入的流量相加，接著對二段吸入罐的防喘振回路進行控制，和一段防喘振回路相同的是，二段吸入罐的激冷液也是源于四段吸入罐的操作，通過溫度控制設(shè)備，使用檢測壓縮機二段吸收的溫度來調(diào)節(jié)壓縮機二段的激冷。

(3)壓將縮機一段、二段與三段吸入的流量相加，控制三段吸入罐的防喘振回路，與一段的防喘振回路相似，三段吸入罐的激冷液源于四段吸入罐，再通過溫度控制設(shè)備，使用檢測壓縮機三段吸入的溫度來調(diào)控該段的激冷。

(4)利用壓縮機四段吸入的流量，來調(diào)控該段吸入罐的防喘振回路，與一段防喘振回路相似，四段吸入罐的激冷液源于四段排出的并通過(乙烯產(chǎn)品汽化器NO.3、E-4015、乙烯產(chǎn)品汽化器NO.2)的液相，在溫度控制設(shè)備的使用下，利用檢測壓縮機四段吸入的溫度來調(diào)控壓縮機四段的激冷。

從對上述的四段防喘振操作進行調(diào)節(jié)時，要是遇到了壓縮機跳車，激冷液就將自動被切斷，避免罐液位過高。

利用壓縮機組防喘振控制系統(tǒng)，在開工期間、緊急狀態(tài)和某些應(yīng)急狀態(tài)下，可以對丙烯制冷壓縮機進行全循環(huán)操作。

2 丙烯制冷壓縮機喘振的過程與損害

2.1 丙烯制冷壓縮機出現(xiàn)喘振的過程

在丙烯制冷壓縮機的具體運行過程中產(chǎn)生變化時，再加上與該機組的原始設(shè)計工況中的工藝氣體流量降低，就會導(dǎo)致進入到轉(zhuǎn)子葉輪或者是擴壓裝置流道當(dāng)中的氣流朝向就會產(chǎn)生改變，假設(shè)工藝氣體的流量降低到相應(yīng)的程度，就會因為轉(zhuǎn)子葉輪與氣流的持續(xù)性活動，進而增大這類邊界層區(qū)別的情況到全部機組流道當(dāng)中，在這個時候的氣流分離就會隨著葉輪轉(zhuǎn)動的相反區(qū)域延展，進一步在葉道當(dāng)中出現(xiàn)氣流漩渦，之后又從葉輪的外圈回到內(nèi)圈中，通常把這類現(xiàn)象叫作氣流旋離。在出現(xiàn)這種現(xiàn)象時，不能使葉道當(dāng)中的氣流通過，并且突然會降低級間的壓力，使得排氣管鐘氣壓較高的氣體回到逆流級間，這些氣體會彌補級間流量的缺點，以至于又可以使轉(zhuǎn)子葉輪可以繼續(xù)正常工作，再排出逆流回來的工藝氣體，接著會繼續(xù)降級間流量與級間壓力，隨之級后的高壓工藝氣體又逆流回級間，像這樣不斷重復(fù)，就會在壓縮機組的裝置中出現(xiàn)周期性的氣體振蕩情況，也可以叫做離心壓縮機“喘振”。

2.2 丙烯制冷壓縮機喘振的損害

(1)壓縮機組的工藝過程和機組工作系統(tǒng)均在預(yù)設(shè)定的參數(shù)下進行的調(diào)節(jié)，對于工藝氣體參數(shù)要求嚴格，但機組喘振時，氣流強烈振蕩也會給機組工作系統(tǒng)帶來不穩(wěn)定性。

(2)轉(zhuǎn)子葉片運行時，強烈的震動也會產(chǎn)生很大噪聲。

(3)壓縮機組各部件間的摩擦快速加大，主軸會受到明顯影響，嚴重時會造成轉(zhuǎn)子主軸彎曲變形，也會對葉輪造成破壞。

(4)壓縮機組軸承和軸頸間的磨損，會造成軸承合金出現(xiàn)裂紋，嚴重時會損毀。

(5)喘振時，壓縮機組級間密封性會遭到損壞，出現(xiàn)級間互竄，極大降低了機組級間密封性，嚴重時會導(dǎo)致不可估量的后果。

(6)壓縮機組的非正常運行，會對系統(tǒng)各部件造成一定損壞，精密儀器損壞恢復(fù)測量的準(zhǔn)確性，會給整個機組工作系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來不可預(yù)見性，此外壓縮機組的壓力比、排氣量及工藝氣體密度也會影響機組喘振的程度，幾者之間也呈現(xiàn)正相關(guān)系。

3 丙烯制冷壓縮機喘振的判斷方法

(1)在機組與管網(wǎng)當(dāng)中出現(xiàn)的振蕩具有周期性的特點，同時會形成高低參差不齊的噪音，在更加嚴重的情況下，機組還會出現(xiàn)更加劇烈的沖擊聲。

(2)在機組的外殼與軸承之間會出現(xiàn)劇烈的振動，并且其中各個零件當(dāng)中的振動頻率還不一致，十分不穩(wěn)定，同時伴隨著的還有規(guī)律性的劇烈氣流音，在機組中出現(xiàn)的喘振頻率通常會較低。

(3)能夠得知工藝氣體中的進口的流量與出口的壓力產(chǎn)生了大量的改變，并產(chǎn)生了規(guī)律性的脈動，更有甚者會使得排氣管內(nèi)的高壓氣體還會出現(xiàn)逆流，此種工況非常危險，需要特別注意。

(4)使得壓縮機組中的電機電流儀器與功率儀器中的指示針產(chǎn)生大范圍的不穩(wěn)定，并且伴隨大幅度的喘振，還會導(dǎo)致更嚴重的惡化。

4 導(dǎo)致丙烯制冷壓縮機出現(xiàn)喘振的因素

(1)流量方面：假設(shè)丙烯制的冷壓縮機在所對應(yīng)的操作環(huán)境中的轉(zhuǎn)速為n，隨之就會形成相應(yīng)的出口流量為q，出口壓力為P的曲線。然后機組隨流量的降低而降低，使得持續(xù)增加出口壓力p，在滿足了該種運行狀態(tài)的轉(zhuǎn)速下最大出口壓力時，整個機組就會步入到喘振區(qū)內(nèi)，使得裝置的出口壓力滿滿降低，并且流量也隨之減小，接著就會在壓縮機中出現(xiàn)喘振。通過P與Q的曲線而言，流量降低是導(dǎo)致壓縮機喘振的主要原因，在具體的制造操作過程中，最好在一定程度上防止丙烯制冷壓縮機位于小流量的運行狀態(tài)下。

(2)氣體相對的分子質(zhì)量方面：丙烯制冷壓縮機在同種的轉(zhuǎn)速與不同的相對分子質(zhì)量狀態(tài)下，能夠在穩(wěn)定壓力的曲線能夠了解到，機組在這種情況下，要是在氣體的相對分子質(zhì)量M=20時出現(xiàn)喘振，就會使氣體在相對分子質(zhì)量為M=25與M=28運行時，依舊能夠遠離壓縮機組喘振區(qū)。因此，在壓力穩(wěn)定時運行狀態(tài)下，壓縮機會隨著氣體中相對分子質(zhì)量的減小而更容易出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

(3)入口壓力方面：丙烯制冷壓縮機機組的入口壓力數(shù)值會在其壓力值穩(wěn)定的狀態(tài)下表現(xiàn)得越低越容易出現(xiàn)喘振，同時要是導(dǎo)致機組入口過濾器壓差增大，務(wù)必立即更換濾器濾網(wǎng)。

(4)入口溫度方面：丙烯制冷壓縮機在壓力與轉(zhuǎn)速都穩(wěn)定時，按照入口的氣體溫度差異形成的曲線可以見得，其喘振會隨著入口的氣體溫度升高而更頻繁的出現(xiàn)。所以，在同個離心壓縮機組來說，溫度更高的夏季會比溫度角較低的冬季更常產(chǎn)生喘振。

(5)轉(zhuǎn)速方面：這種壓縮機通常會按照技術(shù)水平的不一致而對流量有標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)機組在轉(zhuǎn)速不同時工作，而操作過程中的用氣量固定時，喘振頻率會隨著壓縮機組的轉(zhuǎn)速更加頻繁。

(6)操作不恰當(dāng)：在開啟丙烯制冷壓縮機時，需時刻記得“升壓先升速，降速先降壓”的使用準(zhǔn)則，在壓縮機速度與壓力提升時慢慢進行，而在降速時需要提前使用一定的卸壓手段，比如說氣體的回流與放空等等，防止在壓縮機放緩轉(zhuǎn)速后，工藝氣流倒灌。

(7)壓縮機中零件受損：在丙烯制冷壓縮機內(nèi)部放置的轉(zhuǎn)子機械、各環(huán)節(jié)所使用的密封圈與平衡裝置等零件的位置準(zhǔn)確性不足，以至于各級之間相互串氣，更有甚者會造成喘振。

5 丙烯制冷壓縮機喘振的預(yù)防措施

(1)壓力調(diào)節(jié)：丙烯制冷壓縮機的壓力在比所設(shè)置的壓力要高時的狀態(tài)下工作時，能夠利用對進口流量的數(shù)據(jù)相應(yīng)的進行出口壓力的調(diào)控，或者利用防喘振調(diào)節(jié)裝置來放空部分壓力，還能夠敷設(shè)旁通管線，利用旁通回流的形式，以至于排出的壓力維持在規(guī)定的壓力之下，從而使限制壓縮機組流量在所規(guī)定的最小流量范圍當(dāng)中。

(2)變頻器調(diào)節(jié)：在最開始運行丙烯制冷壓縮機時，其壓力是最大的，現(xiàn)場的傳感裝置會將檢測出來的數(shù)據(jù)傳到PLC中，再通過PLC的計算，得到的運行頻率輸入到控制變頻裝置中；在壓縮機工作時，PLC按照壓縮機組的壓差和流量的減少產(chǎn)生信號，使得變頻器的電源頻率降低，從而放緩了壓縮機的運行轉(zhuǎn)速，防止壓縮機的速度過高產(chǎn)生喘振。

(3)科學(xué)管理防喘振安全裕度：按照丙烯制冷壓縮機的特點曲線，在其線路的右邊敷設(shè)一條防喘振線用來設(shè)定防喘振調(diào)節(jié)器的曲線，和喘振線當(dāng)中的區(qū)域是壓縮機的運行安全區(qū)，也叫做防喘振安全裕度；而安全裕度的意思就是在相應(yīng)的工作轉(zhuǎn)速下，使得其正常流量和該轉(zhuǎn)速喘振流量相比，而在機組的工作點觸及防喘振線時，就能開啟機組防喘振調(diào)節(jié)裝置，從而將工作地點右調(diào)到安全區(qū)中，防止喘振的出現(xiàn)。

(4)安裝報警儀表設(shè)備：在丙烯制冷壓縮機的進口處放置流量監(jiān)控儀表，同時在出口處放置壓力監(jiān)控設(shè)備，假設(shè)壓縮機在運行觸及喘振工況區(qū)時，所安裝的報警設(shè)備就可以立即發(fā)出警報，使之能夠預(yù)先利用方式處理不利的工況。

6 結(jié)語

導(dǎo)致丙烯制冷壓縮機產(chǎn)生喘振具有大量的因素，能夠?qū)⑵鋭澐殖蓛?nèi)外兩個部分，對內(nèi)是由于和葉輪構(gòu)造與葉道內(nèi)介質(zhì)息息相關(guān)，外因與管網(wǎng)特性密切相關(guān)，壓縮機發(fā)生喘振時往往是幾種情況綜合所致，分析喘振原因時，需要根據(jù)壓縮機實際工況分析，不可盲目定論。