離心壓縮機的防喘振控制措施

安志磊(天津渤海石化有限公司，天津 300452)

0 引言

離心壓縮機是通過葉輪高速旋轉，在離心力的作用下將葉輪中心的氣體甩向葉輪的邊緣，氣體的動能增加，被甩出后的氣體，進入擴壓器之中，通過這一過程降低氣體速度，使得動能與靜壓能之間轉化，壓力得到提升。而在葉輪的中心區域就會成為低壓真空地帶，此時外界新鮮氣體被吸入，之后又會隨著葉輪旋轉，在不斷吸入和甩出氣體的過程中，使得氣體得以持續流動。喘振的發生使壓縮機不能正常工作，壓縮機性能惡化，效率降低，對壓縮機組造成嚴重損傷，離心式壓縮機不可以在喘振時運行，所以做好喘振預防，能夠進一步提升離心壓縮機的安全運行效果。

1 離心式壓縮機喘振現象

在離心式壓縮機運行的過程中，當壓縮機入口流量不斷降低，就會在壓縮機流道中產生嚴重的旋轉脫離現象，堵塞流道，造成壓縮機出口壓力大幅下降，難以保證管網的輸氣壓力，此時管網中的氣體會倒流入壓縮機中，直到管網壓力下降到與壓縮機出口壓力相等時倒流停止。這時壓縮機流量增加又開始向管網中送氣，在管網壓力恢復正常之后，壓縮機的流量又會降低，系統中又會出現上述倒流的現象，如此反復，并且現場可以聽到伴有強烈的低吼喘氣聲音，同時機組各點震動位移加大偏離正常范圍，這就是離心壓縮機喘振時的現象。

離心壓縮機一旦發生喘振，會對壓縮機的運行，帶來非常嚴重的影響，喘振氣流會對轉子和其他部件造成非常大的沖擊，最終導致機組出現強烈的振動，后果比較嚴重[1]。如果喘振情況比較嚴重，會直接導致漏氣、漏油，壓縮機的軸向壓力也會偏大，最后引發軸承的燒毀，如果喘振現象繼續持續，容易導致轉子和靜態部分相撞，對壓縮機正常運行，帶來非常大的威脅，甚至導致壓縮機報廢，需要在壓縮機實際運行的過程中，認真做好相關應對工作。

2 離心式壓縮機性能曲線

離心壓縮機喘振的產生與流體機械和管道特性有著非常密切的關系，在離心壓縮機運行的過程中，若壓縮機的排氣量與進氣量二者之間相等，并且壓縮形成的排氣壓力與管網壓力相等，說明壓縮機與管網性能之間具有良好的協調性，在實際操作中，應該及時查看離心壓縮機的性能曲線，關注壓縮機的運行狀況，避免壓縮機進入喘振區域，為壓縮機的安全穩定運行奠定基礎。

3 離心式壓縮機發生喘振的原因

3.1 流量因素

離心壓縮機在運行過程中，當壓縮機流量降低，壓縮機出口壓力增大，當達到這一轉速時的最高出口壓力時，機組就會進入喘振區，此時壓縮機出口壓力下降，導致壓縮機出現喘振[2]。同時，在流量一定的情況下，壓縮機轉速越高越容易出現喘振現象。離心壓縮機之所以出現喘振，其根本原因是流量小所造成的，所以在壓縮機的運行中，增加壓縮機的流量，是離心壓縮機預防喘振的重要條件。

3.2 入口壓力

壓縮機入口壓力降低，壓縮機就越接近喘振區域，這是由于入口過濾器的壓差增加，造成進入壓縮機氣體流量減少，從而導致壓縮機出現了喘振，在離心壓縮機操作的過程中需要及時關注入口過濾器壓差，發現異常及時清理過濾器或者更換過濾網，以免造成壓縮機入口壓力低的情況。

3.3 入口溫度

由于壓縮機在不同入口氣體溫度下的運行曲線有所不同，入口氣體的溫度越高，壓縮機則越容易出現喘振。在丙烷脫氫制丙烯裝置中產品氣壓縮機入口溫度的控制就很重要，既是為了避免壓縮機出現喘振，同時在入口溫度低、出口溫度也會降低導致烯烴出現聚合現象，后期在壓縮機內部結焦，影響壓縮機的運行，在實際操作中控制壓縮機的入口溫度對離心壓縮機的操作極其關鍵。

3.4 轉速

在丙烷脫氫制丙烯裝置中，隨著裝置負荷逐漸提高的過程中，反應后的產品氣不斷增多，為維持負壓反應條件，產品氣壓縮機需要及時提高轉速，向下游輸送很多的氣量。但是當產品氣流量一定的時候，冒然提高壓縮機轉速容易引發喘振。在壓縮機流量一定的情況下，轉速越高，越容易靠近喘振區域，換句話說，壓縮機處于較高轉速運行時，所需的最小喘振流量越大。但是離心壓縮機也不可長時間低速運行，長時間低速運行，易造成壓縮機干氣密封中的動環和靜環之間無法形成氣膜，導致動環和靜環難以分離，動環靜環密封面之間發生摩擦，損壞密封工藝介質泄漏，導致發生事故，所以在流量滿足的前提下應適當提高壓縮機轉速。

3.5 氣體相對分子質量

如果氣體分子量小于20，容易導致喘振情況的出現，一旦相對分子量大于25，就可以讓壓縮機遠離喘振區域。由此可見，在壓縮機處于出口定壓運行時，相對分子質量越小，那么就越容易出現喘振。在丙烷脫氫制丙烯裝置的長短循環切換中，產品氣壓縮機需要通過調整甲烷與丙烷的流量在壓縮機內達到合適的分子量，維持產品氣壓縮機正常運轉。當分子量過小容易引發壓縮機喘振，分子量過大壓縮機負荷增加，蒸汽透平消耗的蒸汽量會變多，所以在多組份介質的離心壓縮機系統中，調整壓縮機的分子量對壓縮機的操作有著重要意義。

3.6 其他因素

除上述主要因素外，還有以下因素可能導致喘振的出現：(1)機械部件存在損壞和脫落；(2)操作不當導致壓力極速變化；(3)正常運行中的防喘系統沒有自動投運；(4)介質狀態發生變化。

4 控制喘振現象的其他有效措施

為切實加強對喘振現象的控制，除了對上述因素結合其規律做好相應的控制外，還要采取下列輔助性的措施：

第一，通過增強對壓縮機入口氣體流量的方式達到控制喘振的目的。采用循環使用的方式，可以有效避免壓縮機出現喘振問題。但是需要注意的是，此時壓縮機出口壓力往往會下降，進而導致能耗較大的問題，使得壓縮機經濟運行的目標受到影響。因此，為確保系統的壓力得到有效的維持，必須在放空之前、回流之后，確保壓縮機的轉速得到及時地提升，這樣才能確保輸出壓力得到及時地恢復[3]。此外，進行停機操作，均需要及時地確保放空閥先打開，提升壓縮機的流量，避免出現喘振現象。

第二，在壓縮機實際運行的過程中，應該根據壓縮機特性曲線，合理設置防喘裕度，如果裕度設定過大，雖然不會導致喘振情況的發生，但壓力降會很大，資源浪費情況比較嚴重。在壓縮機實際運行的過程中，應該合理對防喘閥門值進行整定，太大就會影響其使用經濟性，太小又會對運行安全帶來影響，針對無自動投用的機組，而采用手動調節，難以保證壓縮機運行的安全性以及防喘振效果。

第三，在升壓與變速調節過程中，應嚴格遵循升壓先升速、降速先降壓的基本原則，在壓縮機升壓過程中，需要在調速器開始投運的基礎上再進行升壓，并對其性能曲線進行檢查，只有確保達到轉速的基礎上，才能提升壓力。而在壓縮機降速過程中，需要確保防喘振閥門設置科學的前提才能降速，且在降速過程中，需要在降壓的基礎上才能進行。而且不管是升速和升壓環節，均不能過猛，而且降速和降壓時需要做到緩慢而又均勻[4]。

防喘振控制技術方案：(1)固定極限流量法。只要滿足壓縮機實際流量Q大于喘振流量Qs，壓縮機就不會出現喘振現象，控制方案也相對比較簡單。在機組正常運行的過程中，當控制器的測量值PV大于設定值SP時，旁路控制閥關閉。當機組PV小于SP時，旁路閥門就會打開，壓縮機的出氣經過旁路就會返回到壓縮機入口，雖然會在一定程度上降低壓縮機的對外供氣量，但可以有效避免喘振情況的發生。(2)可變極限流量法。在離心壓縮機運行出現負荷波動現象之后，應該及時對其轉速進行調整，讓其運行負荷滿足相關的工藝要求。因此，在開展防喘振控制方案設計的過程中，應該讓壓縮機負荷變化沿著安全操作線進行變化，從而有效避免壓縮機發生嚴重的喘振現象[5]。在設計防喘振控制系統的過程中，還應該注意，喘振安全操作線方程式中的壓縮機出、入口壓力pd、ps都是指的絕對壓力。如果現場并沒有使用壓力變送器，就需要認真考慮相對壓力與絕對壓力的變換問題。

5 結語

一旦離心壓縮機在運行的過程中出現了比較嚴重的喘振現象，就會對其運行效果造成非常直接的影響，壓縮機的故障率也相對比較高。為了有效避免這種情況的發生，應該對離心壓縮機發生喘振的原因進行認真的分析，提出針對性的措施，使離心壓縮機正常運行。