離心壓縮機的防喘振控制研究

方俊

（黑龍江新和成生物科技有限公司，黑龍江 綏化 152000）

離心壓縮機在生產領域發揮著越來越重要的作用，很多化工企業生產中，對離心壓縮機有著極高的依賴性，只有保障了離心壓縮機的可靠、安全運轉，才能夠維持正常的生產作業。但因為離心壓縮機的使用特性，喘振現象十分常見，在當下已經越發引起了人們的關注，每個企業在離心壓縮機的使用過程中，都應該根據自己的離心壓縮機配置情況，開展防喘振設計和控制，以保障防喘振控制策略的有效性。

1 離心壓縮機喘振的基本概述

1.1 性能曲線

在離心壓縮機的運行中，從其運行特性來看，基本保持的是葉片式旋轉機械運動，葉輪保持在高速運轉的條件下，這一運轉狀態使得葉輪中心部位會同步形成離心力作用，在葉輪的循環運動下，葉輪中心部位氣體不斷受到離心力作用，且該作用力呈現向外延伸的特點，在氣體得到了更高速度后，負壓器中所產生的氣體動能就會發生一定的轉變，形成壓力，在葉輪中心產生負壓區，氣體不斷被吸入流道，該輸送過程呈現出連續性。

1.2 操作點

離心壓縮機在運行時，出口與管路直接關聯，如果壓縮機處于正常的工作狀態下，壓縮機所形成的操作點如下：處于同一狀態的壓縮機氣量與流經管路的氣量完全一致；管路壓力與壓縮機出口壓力相同。

1.3 喘振原理

結合離心壓縮機的運行特性，當氣流流向了葉輪背部出口附近后，會同步產生一定的能量損失，有關人員在開展能量損失的分析時，一般可直接利用氣流流向特性的分析來實現。在離心壓縮機的氣流流量偏小時，流量速度持續減小，且氣體徑向流速也呈不斷減小的趨勢，在這一趨勢下，進入擴壓器氣體的方向也大小也就發生了明顯的變化。在壓縮機出口壓力呈現下降趨勢時，也會同步引發出口管路系統壓力的調整，一旦在此過程中出現了氣體倒流，氣體流道的流量會快速得到補充，也就保持了離心壓縮機的正常運轉。但在倒流情況下，氣體壓力顯著降低，系統內會同步出現氣體流向問題，且此問題呈現周期性特征，加劇了壓縮機的振動異常，這一現象也就是壓縮機的喘振。

2 離心壓縮機喘振的原因

2.1 核心部位的磨損

離心壓縮機的喘振是一個常見問題，引起這一現象的原因有多種，其中，核心部位的磨損是一個關鍵原因，根據離心壓縮機的運行原理，核心部位主要負責的是氣體的壓縮，如果離心壓縮機處于長時間使用的狀態，核心部位磨損嚴重，當出現這一情況后，葉輪轉換壓縮氣體的能力將顯著降低，如果在這一情況下依然維持壓縮機的運轉，葉輪的磨損將越發嚴重，也就會同步產生更大的喘振。磨損是誘發喘振的直接原因，但磨損又無法避免，需采取有效的措施進行磨損控制。

2.2 擴壓機器造成的腐蝕磨損

一些離心壓縮機的喘振問題是由擴壓機器腐蝕磨損所導致，因為離心壓縮機處于長時間運行的條件下時，存在強大的氣體壓縮，而此過程會對機器造成一定的腐蝕，加劇喘振。擴壓機同樣是氣體壓縮中的關鍵構成，因為在擴壓機運行時，氣體容重大大增大，可給氣體壓縮提供便捷，與此同時，擴壓機同樣可對已壓縮氣體實施再壓縮，在長時間的使用過程中，擴壓機磨損嚴重，喘振效應嚴重。

2.3 葉輪與擴壓機之間的間隙變化

對于離心壓縮機而言，對葉輪越擴壓機的間隙有著明確的規定，只有保障了間隙的科學性，才可以保持離心壓縮機的正常運轉。但一些離心壓縮機的運行過程中，如果葉輪與擴壓機的間隙沒有嚴格遵循相應的規定，存在對間隙的隨意調整，也會增大喘振的發生概率。根據離心壓縮機的運行情況，當葉輪與擴壓機的間隙過大時，存在氣體泄漏，而在間隙過小的情況下，葉輪與擴壓機之間的磨損嚴重，引發的喘振危害巨大。

3 離心壓縮機的喘振控制策略

3.1 隨時調整設施的壓力

為有效減小喘振對離心壓縮機的危害，相關人員在離心壓縮機的使用中，應結合運行需求，對設施的壓力參數進行靈活調整，相關人員要在壓縮機運行時，開展全方位的壓力監測，一旦壓力超出了標準值，就要立即開展對應的調節，在出口壓力的調節上，可通過對進口流量的調節來實現，必要情況下進行防喘振調節閥的配置，利用這一調節閥將內部壓力釋放出來。

3.2 應用固定極限流量法

為在離心壓縮機的運行過程中有效實現對壓縮機壓力、流量等各個參數的科學調節和控制，如果為傳統壓縮機，一般可通過閥門回流、節流和放空的方式進行基礎性的調節，雖然這些簡單的調節方式對離心壓縮機的參數和防喘振控制有著一定的作用，但在調節工作結束后，伴隨著離心壓縮機的運行，可能會加劇管網損耗，導致出現一定的能源浪費，甚至在一些特殊的情況下難以保障離心壓縮機的正常運轉，導致喘振情況過早出現。就當下離心壓縮機的運行和使用情況來看，很多企業中所采用的控制系統均為模擬形式的儀表，當在壓縮機運行中出現了喘振情況時，相應模塊無法進行錯誤的修正。因為喘振線呈現出非線性特征，控制效果很難保障，固定極限流量法在防喘振控制方面非常有效，總體上采用的是部分循環法，在這一方式下，離心壓縮機的流量始終超過某流量，也就可抑制壓縮機進入喘振區。固定極限流量法控制流程如圖1所示。

圖1 固定極限流量法控制流程

在上圖中，用FT來表示差壓變送器，此差壓變送器在系統中的應用，可對壓縮機入口流量進行全面檢查，利用FC為表示調節器，可發揮比例積分調節作用，通常情況下，調節器中的設定值要略微大于壓縮機的喘振流量。旁路調節閥利用FV來表示，這一閥門屬于氣關閥，與調節器一樣發揮的是正作用，不同構成要素之間的相互配合，可有效形成完善的控制回路，此回路為單相不可逆條件，當在系統運行時出現負荷降低情況時，FT也就是差壓變送器所檢測的流量要比實際值小一些，隨后，在調節器的作用下，流量進一步降低，作用于調節閥上的壓力信號也同步減少，在這一系列的運行條件下，壓縮機進口流量閥門被緩緩打開，而入口流量顯著增大，因為設備負荷降低所引起的流量減少將得到一定的補充，也就可保障防喘振效果。

3.3 合理調整離心式壓縮機的參數

離心式壓縮機的防喘振控制上，也可通過對壓縮機各個參數的調節和控制來實現，因為每個企業的生產情況、離心壓縮機配置、各個參數都存在一定的區別，就需要在防喘振控制上，要嚴格根據實際情況進行各個參數的科學調節，以保持離心壓縮機的可靠運轉。在離心壓縮機處理上，也可適當對葉輪進口側開展加厚處理，并對壓縮機設置可調導葉。

3.4 安裝離心式壓縮機喘振報警設備

隨著生產現代化的實現，當下越來越多的企業都引入了現代化的生產技術，對離心壓縮機的防喘振控制上，同樣可采用現代化的控制技術，比如，可在離心壓縮機中進行喘振報警設備的安裝，因為該設備本身具有極高的智能化特征，可在壓縮機的運行過程中，由智能化模塊開展相應的監控，一旦識別出了潛在的喘振問題，該裝置會立即發出警報，提醒有關人員來及時采取有效的措施進行防喘振控制。

3.5 設置防喘裕度

離心壓縮機運行時，如果可以將不同轉速的喘振流在特定的方式下連接起來，也就可獲得完整的喘振線，將此作為基礎以5%余量依次向右平移兩次，在這一條件下，也就可得到3個喘振線，這些防喘振線中，如果機組工作點與該線無限接近，在壓縮機的運行過程中，防喘振控制系統就會立即開啟防喘振線，開啟時間要保持到工作點離開喘振線的情況。防喘振快開線在處于機組流量持續降低的條件下，工作點會在短時間內與第二防喘振線相互接近，在這一情況下，防喘振控制系統會立即進行提示信號的反饋，進而使得防喘振閥的安全開度設置符合要求。

4 結語

隨著當前離心壓縮機應用范圍的擴大，各個企業都要意識到喘振現象對壓縮機所造成的巨大危害，根據喘振發生機理和原因，采取有效的防喘振控制措施，以保障離心壓縮機的可靠運轉。