離心壓縮機(jī)防喘振工況研究

摘 要：由于操作工況的變化，壓縮機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生喘振現(xiàn)象。嚴(yán)重的喘振會引起止推軸承燒瓦，甚至損壞壓縮機(jī)內(nèi)件等嚴(yán)重事故。為了保證壓縮機(jī)正常工作，并延長其使用壽命，應(yīng)避免其在喘振條件下運(yùn)行，以保持工藝系統(tǒng)穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)；離心式 ；喘振；

中圖分類號：TE83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-04-00264-01

一、前言

離心式壓縮機(jī)以其諸多有點(diǎn)被廣泛應(yīng)于長輸管道的增壓系統(tǒng)中。然而離心壓縮機(jī)對氣體的壓力、流量、溫度變化敏感，易發(fā)生喘振，使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子經(jīng)受交變應(yīng)力作用而斷裂，使級間壓力失常而引起強(qiáng)烈振動，導(dǎo)致密封及推力軸承損壞，使運(yùn)動元件和靜止元件相碰，造成嚴(yán)重事故，所以應(yīng)盡力防止其喘振。

二、離心式壓縮機(jī)喘振機(jī)理

離心式壓縮機(jī)壓縮過程主要是在葉輪和擴(kuò)壓器內(nèi)完成，喘振產(chǎn)生的內(nèi)部原因與葉道內(nèi)氣體的脫離密切相關(guān)。氣體流量減少到一定程度時，內(nèi)部氣流流動方向與葉片的安裝方向嚴(yán)重偏離，進(jìn)口氣流角與葉片進(jìn)口安裝角產(chǎn)生較大正沖角，造成葉道內(nèi)葉片凸面氣流嚴(yán)重脫離。嚴(yán)重時葉道中氣體滯流，壓力下降，葉道后的高壓氣流倒灌，彌補(bǔ)流量不足和緩解氣流脫離現(xiàn)象，使之短暫恢復(fù)正常。但將倒灌氣體壓出時，由于流量缺少補(bǔ)給，上述現(xiàn)象再次重復(fù)。這樣氣流脫離和氣流倒灌現(xiàn)象反復(fù)進(jìn)行，壓縮機(jī)產(chǎn)生一種低頻高振幅的壓力脈動，機(jī)器強(qiáng)烈振動，發(fā)出很大噪聲，這種現(xiàn)象稱為“喘振”。[1]

三、離心式壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振的原因和危害

（一）喘振的原因。1、內(nèi)在原因：氣流嚴(yán)重失速和擴(kuò)展。壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行流量小于壓縮機(jī)喘振流量。壓縮機(jī)運(yùn)行工況遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)點(diǎn)，流量小于最小值，在葉輪和擴(kuò)壓器內(nèi)出現(xiàn)氣流嚴(yán)重旋轉(zhuǎn)脫離。2、外在原因：壓縮機(jī)與管網(wǎng)的聯(lián)合運(yùn)行工況條件。當(dāng)管網(wǎng)流量、阻力變化與壓縮機(jī)工作不協(xié)調(diào)時出現(xiàn)喘振。當(dāng)壓縮機(jī)出口工作壓力值設(shè)定在喘振區(qū)邊緣；或壓縮機(jī)內(nèi)部積攢各種粉質(zhì)材料，各部件間粘結(jié)，從而導(dǎo)致喘振[2]。當(dāng)壓縮機(jī)與管網(wǎng)相連時，喘振的發(fā)生與管網(wǎng)容量密切相關(guān)，管網(wǎng)容量越大，喘振頻率越低，振幅越大；反之頻率越高，振幅越小。

（二）喘振的危害。喘振是離心式壓縮機(jī)工作在小流量時的不穩(wěn)定流動狀態(tài)，喘振輕則使壓縮機(jī)停機(jī)，重則造成壓縮機(jī)葉片損壞，引起設(shè)備報廢甚至造成人員傷害。喘振還能破壞工藝系統(tǒng)穩(wěn)定性以及損壞軸承造成惡性事故。

四、防止喘振產(chǎn)生的主要措施

（一）控制進(jìn)氣流量。正常情況下離心式壓縮機(jī)喘振是由于吸入流量減少，被輸送氣體流量小于該工況下特性曲線喘振點(diǎn)引起的。保證壓縮機(jī)入口流量大于喘振點(diǎn)的流量，系統(tǒng)就會工作在穩(wěn)定區(qū)，不發(fā)生喘振。

B為喘振點(diǎn)，C為控制點(diǎn)，A和D為100%出口壓力對應(yīng)的運(yùn)行點(diǎn)。當(dāng)工藝需求的體積流量小于80%流量時，控制系統(tǒng)至少應(yīng)保持壓縮機(jī)通過80%的流量。例如： 當(dāng)工藝需求量為60%流量時，控制系統(tǒng)應(yīng)保持回流管線通過20%的回流量，從而保證通過壓縮機(jī)的流量為80%，避免發(fā)生喘振。傳統(tǒng)離心式壓縮機(jī)防喘振控制方法主要有固定極限流量法和可變極限流量法。

1、固定極限流量法。固定極限流量法使壓縮機(jī)流量始終保持大于某一定值流量，避免進(jìn)入喘振區(qū)。通常用于恒速運(yùn)行的離心機(jī)且一般流量調(diào)節(jié)器的給定值應(yīng)大于額定喘振點(diǎn)流量的7%～10%[4]；為達(dá)到控制流量或壓力的目的，可采取旁通回流、閥門節(jié)流、放空等手段，方法簡單易行，但卻是以增加管網(wǎng)損耗，浪費(fèi)能源為代價，不能充分使壓縮機(jī)工作在其工況區(qū)，會過早啟動防喘振系統(tǒng)，浪費(fèi)能源。2、可變極限流量法。變極限流量法是采用隨動防喘振流量控制系統(tǒng)在壓縮機(jī)的不同工況下沿喘振曲線自動改變防喘振流量調(diào)節(jié)器的給定值，使防喘振調(diào)節(jié)器沿喘振曲線右側(cè)安全控制線工作，安全節(jié)能[3]。采用可變極限流量法防喘振旁通閥打開點(diǎn)的設(shè)定很重要。設(shè)定過高壓縮機(jī)低負(fù)荷消耗更大能量。設(shè)定過低壓縮機(jī)被允許穿過喘振線而發(fā)生喘振。

（二）定期檢修維護(hù)設(shè)備

1、定期校驗(yàn)安全閥、防喘振閥、壓力及流量聯(lián)鎖儀表，確保其整定值準(zhǔn)確、動作靈敏。另外應(yīng)定期維護(hù)壓縮機(jī)出口單向閥，確保其靈活。進(jìn)口帶可調(diào)導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)的離心式壓縮機(jī)，其導(dǎo)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)要反應(yīng)靈敏，反饋信號一定要準(zhǔn)確無誤[4]。2、對壓縮機(jī)定期檢修，及時發(fā)現(xiàn)并更換轉(zhuǎn)子中磨損的組件，采用不銹鋼材質(zhì)組件；調(diào)整葉輪側(cè)滑動軸承徑向等間隙，保護(hù)層施工時用力均勻拉緊，用粘結(jié)膠帶將縱縫和橫縫粘結(jié)牢固，及時清理壓縮機(jī)內(nèi)部殘留物，保持網(wǎng)管與進(jìn)氣箱整潔通暢。

（三）變頻器調(diào)速防喘振。防喘振也可用變頻器調(diào)速來實(shí)現(xiàn)。變頻器調(diào)速防喘振減少了壓縮機(jī)能耗。壓縮機(jī)開始運(yùn)行時，負(fù)荷最大，儀表檢測設(shè)備把測量參數(shù)傳至PLC，PLC經(jīng)過運(yùn)算控制變頻器，變頻器輸出頻率上升，壓縮機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行。隨著壓縮機(jī)運(yùn)行，PLC掃描到壓縮機(jī)前后差壓降低、壓縮機(jī)流量減少，PLC發(fā)出控制信號，控制變頻器降低電源頻率，從而降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。讓壓縮機(jī)在低負(fù)荷下運(yùn)行，避免壓縮機(jī)喘振，節(jié)省運(yùn)行電能。變頻器控制的壓縮機(jī)不但能防止喘振，但壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不能無限下降，到一定程度壓縮機(jī)性能下降，功耗開始上升。所以變頻器控制壓縮機(jī)在防喘振上還需配備回流閥和用可變極限流量法來配合調(diào)節(jié)而達(dá)到最佳[5]。

五、結(jié)論與建議

喘振作為離心式壓縮機(jī)固有的機(jī)械特性，在實(shí)際運(yùn)行生產(chǎn)中存在著較大危害，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)避免其發(fā)生。為保證壓縮機(jī)安全、平穩(wěn)、高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況采取有效的措施，防范于未然。

參考文獻(xiàn)

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[3]石長旭，徐楓，趙春雷等.離心式壓縮機(jī)防喘振技術(shù)探討[J].煉油與化工.2009（03）：32-33。

[4]陳成敦.離心式壓縮機(jī)喘振工況的危害與控制[J].機(jī)電信息.2011（18）：48-49。

[5]何龍，張瑞妍.離心式壓縮機(jī)防喘振研究[J].壓縮機(jī)技術(shù).2009（05）：14-16。