TM 600-2型離心式空氣壓縮機喘振故障分析及解決措施

侯 建

(浙江省巨化電石有限公司氣體廠，浙江 324004)

TM 600-2型離心式空氣壓縮機喘振故障分析及解決措施

侯 建

(浙江省巨化電石有限公司氣體廠，浙江 324004)

分析TM600-2型離心式空氣壓縮機發(fā)生喘振故障的原因，提出了幾項防止喘振發(fā)生的措施。

離心式空氣壓縮機;喘振;故障分析

我國從1970年以后才開始在離心式空氣壓縮機方面有所發(fā)展。喘振是離心式空氣壓縮機運行在某一工況下產(chǎn)生的特有現(xiàn)象［1］，它會危及整個控制系統(tǒng)甚至機械系統(tǒng)和后續(xù)系統(tǒng)。我公司的一臺TM600-2型離心式空氣壓縮機自投入運行以來因多次發(fā)生喘振故障而停機。

1 TM 600-2型離心式空氣壓縮機喘振故障分析

1.1 壓縮機的控制系統(tǒng)原因分析

TM600-2型離心式壓縮機的控制系統(tǒng)是由IIC(防喘振控制系統(tǒng))、CIC(主電機過載保護(hù)系統(tǒng))、PIC(恒壓控制系統(tǒng))與BOV(放空閥)、IGV(進(jìn)口導(dǎo)葉)組合調(diào)節(jié)控制，其正常狀態(tài)調(diào)節(jié)過程示意圖如圖1所示［2］。

圖1 TM600-2型離心式壓縮機的控制系統(tǒng)Figure 1 Control system of TM600-2 centrifugal air compressor

下面四個原因會導(dǎo)致喘振發(fā)生：

(1)BOV與IGV的速度執(zhí)行和動作順序不合理，導(dǎo)致從加載→卸載或從卸載→加載過程中發(fā)生喘振;

(2)IGV開度設(shè)置偏小;

(3)PIC、CIC、IIC控制參數(shù)整定不合理，導(dǎo)致在調(diào)節(jié)過程中三者發(fā)生沖突而引發(fā)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)入喘振區(qū);

(4)由于設(shè)備本身的固有缺陷導(dǎo)致在PIC、CIC和IIC一起調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)區(qū)域重疊。1.2 擴壓器腐蝕磨損

TM600-2型離心式壓縮機高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使通過的空氣產(chǎn)生高速高壓，然后空氣再經(jīng)過靜態(tài)的擴壓器，高速的空氣由于擴壓器內(nèi)特殊設(shè)計的曲線腔壁而降速流過，流速降低后空氣的壓力進(jìn)一步被提高1/3左右。而如果擴壓器內(nèi)特殊設(shè)計的曲線腔壁由于腐蝕等原因而被磨損比較大的時候，進(jìn)入擴壓器的空氣的量就會下降，這是由于高速的空氣經(jīng)過磨損的曲線腔壁時很容易形成渦旋，進(jìn)氣量的下降使得空氣壓力得不到進(jìn)一步的提高，而最終引起空壓機的輸出壓力降低，而較易發(fā)生喘振。

1.3 葉輪與擴壓器之間的間隙變化

TM600-2型離心式空壓機對葉輪與擴壓器之間的間隙要求很高。葉輪與擴壓器之間的間隙太大會造成泄漏串氣，使得通過的空氣流量下降;如果間隙太小，通過的空氣流量變小，同時如果后端推力軸承磨損的話，非常容易造成葉輪與擴壓器碰撞。所以，不論是葉輪與擴壓器之間的間隙太大還是太小都會造成通過的空氣流量下降，導(dǎo)致空氣壓縮機不能增加輸出壓力，從而造成喘振的發(fā)生［3］。

此外，檢修過程中發(fā)現(xiàn)葉輪及擴壓室內(nèi)導(dǎo)流槽都藏有大量泥土。由于廠區(qū)內(nèi)空氣含有大量酸性粉塵，隨著高速的空氣壓縮，堆積在導(dǎo)流槽及葉輪內(nèi)，嚴(yán)重降低了吸氣量且改變了氣體的壓縮路線，這也導(dǎo)致了喘振現(xiàn)象的發(fā)生。并且對機器有較大腐蝕。

1.4 冷卻器堵塞和腐蝕

TM600-2型離心式空壓機為三級壓縮，有三組冷卻器。長時間運行，冷卻器內(nèi)堆積大量泥土，且翅片嚴(yán)重腐蝕。導(dǎo)致壓縮空氣量大大減少，吸入空氣量大于壓縮空氣量從而產(chǎn)生對流，也將導(dǎo)致喘振現(xiàn)象的發(fā)生。

1.5 空壓機進(jìn)氣口空氣溫度變化

在使用TM600-2型離心式空壓機的過程中，冬季發(fā)生喘振的次數(shù)明顯比夏季要少。離心式空壓機設(shè)計上的壓縮量是指溫度在35℃、氣壓為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下的壓縮量，而空氣的溫度是經(jīng)常發(fā)生變化的，根據(jù)氣體狀態(tài)方程P1V1/T1=P2V2/T2可知，在壓力一定的情況下，空氣密度會隨著溫度的上升而降低，進(jìn)而導(dǎo)致空壓機實際壓縮的空氣流量下降，最終會使得空氣壓縮機不能輸出足夠的壓力而發(fā)生喘振故障。

2 采取的幾項措施

2.1 檢查BOV與IGV的速度執(zhí)行和動作順序

經(jīng)過手動試驗發(fā)現(xiàn)，在執(zhí)行放空動作的時候，當(dāng)IGV關(guān)閉速度遲于BOV打開速度的時候，沒有什么問題發(fā)生。從得到卸載信號執(zhí)行動作到卸載過程結(jié)束，IGV、BOV動作執(zhí)行的很好。其中BOV打開時間為20 s，IGV關(guān)閉速度為64 s，實驗過程中通過手動調(diào)整把BOV執(zhí)行過程時間調(diào)整到16秒之后發(fā)現(xiàn)可以更好地解決問題。在經(jīng)過若干次執(zhí)行放空動作試驗后，喘振的次數(shù)減少了一些。

2.2 注意葉輪與擴壓器之間的間隙變化

葉輪與擴壓器之間的間隙具有嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)，它在維持空氣壓縮機的性能方面具有舉足輕重的地位。通常情況下，葉輪與擴壓器之間的間隙不會發(fā)生變化，只有在后端推力軸承磨損或擴壓器腐蝕磨損時才會變化。所以，必須每隔一段時間(周期可以定為一年)定期檢查葉輪與擴壓器之間的間隙。發(fā)現(xiàn)變化后，如果是因后端推力軸承磨損而導(dǎo)致變化的，可以通過后端的墊片進(jìn)行調(diào)整，使間隙達(dá)到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi);如果是因擴壓器腐蝕磨損，可以對擴壓器進(jìn)行修復(fù)，但如果擴壓器腐蝕磨損嚴(yán)重，則必須更換擴壓器以保證間隙要求。

2.3 增加空氣外過濾器

為防止過多的粉塵雜物被吸入壓縮機內(nèi)，我們增加了12組濾筒自潔式外空氣過濾器。并定時對不工作的濾筒進(jìn)行更換。有效的防止了粉塵雜物的進(jìn)入。

2.4 更換冷卻器翅片并定時清洗

由于公司外部空氣成酸性，對冷卻器翅片腐蝕十分嚴(yán)重。我們將原來的鋁制翅片更換為銅制翅片，并且每半年進(jìn)行一次清洗。隨時注意各級排氣溫度變化，可有效防止由于進(jìn)排氣量差異導(dǎo)致的喘振現(xiàn)象。

2.5 注意空壓機入口空氣溫度變化

空壓機進(jìn)氣口空氣溫度變化會導(dǎo)致喘振的發(fā)生，而不同季節(jié)空氣溫度不同，可以通過采用加高房頂、增加室內(nèi)空間及將空壓機安裝在室內(nèi)等減少溫度變化幅度的方法加以控制。如果仍不能收到很好的效果，則只有通過適當(dāng)降低排氣壓力來減少喘振的發(fā)生。

3 結(jié)語

通過對喘振故障的分析，并采取上述措施后，我公司的TM600-2型離心式空氣壓縮機喘振的問題基本上得到了解決。不同型號的離心式空壓機喘振的原因可能不同，要結(jié)合生產(chǎn)實踐，逐步弄清喘振的機理，掌握喘振的主要影響因素，熟悉常見的喘振實例，采取有效的防喘振控制措施，提高離心壓縮機抗喘振性能和運行可靠性。

［1］李方濤，李書臣，蘇成利，等.離心式壓縮機防喘振控制及故障診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用［J］.化工自動化及儀表，2011，38(5)：589 －592.

［2］魏龍，常新忠，滕文銳.離心壓縮機喘振分析及實例［J］.通用機械，2003(7)：38 －41.

［3］田春波.離心式壓縮機的防喘振控制［J］.石化技術(shù)，2007，14(1)：44 －46.

編輯 傅冬梅

Analysis and Solution of Surge Fault for TM600-2 Centrifugal Air Compressor

Hou Jian

Surge fault cause of TM600-2 centrifugal air compressor has been analyzed，and preventive measures from surge have been put forward.

centrifugal air compressor;surge;fault analysis

TH138.21

B

2013—05—06