TY-520/5.2-I型離心式壓縮機喘振處理實踐

劉大富，宋應鷹（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

TY-520/5.2-I型離心式壓縮機喘振處理實踐

劉大富，宋應鷹
（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

TY-520/5.2-I離心式空氣壓縮機在運行過程中，由于工況的不穩(wěn)定，引起機組進入喘振工作區(qū),嚴重時造成空壓機停機，影響生產(chǎn)。以2013年9月發(fā)生的喘振為例，闡述離心式空壓機發(fā)生喘振的原因及機組狀況，分析發(fā)生喘振時的處理方法及防范措施。

離心式壓縮機；流程；冷卻器；喘振；處理方法；防范措施

1 引言

貴溪冶煉廠動力車間6500制氧機其配用的是TY-520/5.2-I型離心式壓縮機，采用五級壓縮四級冷卻［1］。自1990年7月份投產(chǎn)運行以來, 該壓縮機多次發(fā)生喘振, 造成機組不能連續(xù)穩(wěn)定運行,從而影響生產(chǎn)?？諌簷C喘振是由于某種原因，在一定壓力下流量減小，當小于一定值后空壓機開始喘振。本文通過實例對造成TY-520/5.2-I型離心式空壓機喘振的可能性因素進行分析，提出防止和處理空壓機機組喘振的措施。

2 TY-520/5.2-I離心式空壓機工作流程

空氣經(jīng)過過濾器過濾后，進入一級葉輪壓縮后，氣體壓力及溫度升高，通過一級中冷器E1進行冷卻，然后進入二級葉輪增壓，經(jīng)過二級中冷器E2冷卻后進入三級葉輪，增壓后進過三級冷卻器E3冷卻，然后進入四級葉輪增壓，最后進入四級冷E4卻器。 然后通過五級葉輪增壓后進入系統(tǒng)管網(wǎng)。圖1為空壓機空氣壓縮氣路示意圖。

圖1 空壓機空氣壓縮氣路示意圖

3 離心式空壓機喘振的原因

空壓機在系統(tǒng)運行中，由于種種原因［2］，當空壓機流量不斷地減小，減小到一定值時，就會使氣流在流道中出現(xiàn)嚴重的旋轉(zhuǎn)脫離［3］。流動嚴重惡化，這時本應是連續(xù)流動的氣流就會在葉道中產(chǎn)生脫離，使氣流在葉輪出口處形成間斷的氣流團，而在空壓機出口處的流動會呈現(xiàn)間歇的一個一個的氣流團涌出出口。那么，這個氣流在向前流動時在后面就會出現(xiàn)一個負壓區(qū)。它就將一直流到與前向壓力相等時不再流出，而瞬時葉輪出口的壓力將高于后面的負壓區(qū)，這時它將發(fā)生倒流，隨之馬上與第二個氣流團相遇，又開始逆流動。周而復始，從而在整個系統(tǒng)中產(chǎn)生氣流振動現(xiàn)象，并伴一定的節(jié)奏的踹息聲。這種現(xiàn)象就是我們稱的“喘振”。

喘振與管網(wǎng)有密切相關，管網(wǎng)的容量越大，則喘振的振幅越大，頻率越低，管網(wǎng)的容量越小，則喘振的幅度越小，頻率越高。

系統(tǒng)喘振的先決條件有兩個：

一是通空壓機流量很小，引起氣流的入口角與葉片安裝入口差值過大［3-4］，效率迅速下降，甚至無法把氣流輸出。西安大學對某一離心式空壓機進行的進氣的預旋試驗表明［5］：隨著導葉預旋角改變，空壓機的性能曲線將發(fā)行變化，喘振流量減小。

二是流道的影響，若流道的阻力系數(shù)很大，流道的性能曲線很容易與空壓機性能曲線相交，易進入喘振區(qū)發(fā)生喘振。

4 離心式空壓機喘振的判斷

（1）聽空壓機管路，以及本體的氣流聲，空壓機在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的正常工況下，其聲響是較低且連續(xù)性的，而當接近喘振工況時，由于這個系統(tǒng)產(chǎn)生氣流周期性震蕩，因而在出氣管道中氣流發(fā)出的聲響也是時高時低，產(chǎn)生周期性的變化。進入喘振工況時，噪聲就會立即大大增加，甚至有爆聲出現(xiàn)［6］。

（2）觀察空壓機出口壓力和流量，空壓機在穩(wěn)定工況下運行時，其出口壓力和流量是變化不大的，有規(guī)律的，且所測的數(shù)據(jù)在平均值變動幅度不大，基本恒定，當接近喘振工況時，兩者變化明顯增大，現(xiàn)場壓力表指針亦可見大幅波動。

（3）觀察空壓機本體和軸承的振動情況，當進入喘振工況時，空壓機將發(fā)生強烈的振動，出口管道也會出現(xiàn)強烈的振動。

5 TY-520/5.2-I型空壓機喘振處理實踐

6500制氧機1990年7月份投產(chǎn)運行以后，配用的TY-520/5.2-I型離心式壓縮機多次發(fā)生喘振現(xiàn)象,最近一次是發(fā)生在2013年9月。壓縮機本體內(nèi)部有明顯“喘氣”聲。現(xiàn)場壓力表劇烈波動，軸承振動明顯增大。出口管道也出現(xiàn)強烈的振動。另發(fā)現(xiàn)4級葉輪吸氣溫度過高。迫使空壓機停機檢修。

解體空壓機發(fā)現(xiàn)：（1）空壓機3級中冷器與新中冷器相比結垢堵塞嚴重，冷卻效率明顯降低。（2）空壓機流道結垢堵塞。流道未堵塞時，最窄處流道寬度為50mm，堵塞時不到20mm。（3）空壓機進口過濾室濾筒堵塞。查看空壓機進口壓力，濾筒堵塞時負壓明顯增大。

經(jīng)分析，造成空壓機喘振的主要原因是由于空壓機流量減小。而造成空壓機流量減少的原因主要兩個方面：（1）中間冷卻器冷卻效果不好，造成壓縮空氣溫度高，空氣流量減小。（2）由于中間冷卻器、空壓機內(nèi)流道被空氣里面的灰塵封堵以及進口過濾器堵塞。造成空壓機流量小。當空壓機流量小于一定值時，空壓機就進入喘振區(qū)。6500制氧機TY-520/5.2-I型空氣壓縮機正常運行時，出口壓力為0.5MPa，流量在33000m3/h。當發(fā)生喘振時經(jīng)DCS上查看，空壓機進口空氣流量在27500m3/h左右。圖2為控制室DCS上顯示發(fā)生喘振時的實時數(shù)據(jù)曲線。

圖2 控制室DCS上顯示發(fā)生喘振時的空壓機流量實時數(shù)據(jù)曲線

針對空壓機解體發(fā)現(xiàn)的一些問題逐一解決，（1）用高壓水槍清洗3級中冷器，使中冷器換熱片間隙通暢。（2）用高壓水槍清洗空壓機各級流道，使流道寬度恢復正常狀態(tài)。（3）更換過濾室濾筒，并更換濾室外濾布。經(jīng)過檢修處理后，空壓機恢復正常運行。喘振消除。

其實，當發(fā)生喘振時通常還可通過對空壓機的工藝調(diào)整，暫時控制空壓機喘振的發(fā)生。比如調(diào)整空壓機作業(yè)范圍，降低空壓機壓力或流量等方式。將空壓機的性能曲線向流量小的區(qū)域移動，這時振動臨界線也相應向小流量區(qū)域移動，這樣同樣可以擴大空壓機的穩(wěn)定工況范圍，消除喘振［2］。如圖3所示的空壓機性能曲線。

圖3 所示的空壓機性能

6 結論

TY-520/5.2-I型空氣壓縮機發(fā)生喘振時，通常調(diào)整空壓機入口導葉角度，適當調(diào)節(jié)增大空壓機流量，或者打開空壓機防喘振閥，可緩解喘振。但通

常中冷器的冷卻效果與進口過濾器的干凈程度與喘振有著非常密切的聯(lián)系。因此，維護中冷器、提高其熱交換能力以及保持濾筒潔凈是防止喘振最常用的辦法。而空壓機流道的堵塞更使喘振故障的處理時間和難度大大增加，我們可以增加對設備的投資，加裝葉輪清洗裝置，徹底解決空壓機在正常運行周期內(nèi)的喘振問題。

［1］曹江盛, 蔡學文, 黃永紅, 等. 貴溪冶煉廠制氧車間培訓教材.2008.05:76.

［2］李永生. 離心式壓縮機的抗喘振控制[J]. 大氮肥, 2009, 32(3):177-180.

［3］續(xù)魁昌, 王洪強, 蓋京方. 空壓機手冊[K]. 機械工業(yè)出版社, 2010:31.

［4］楚武利. 離心式壓縮機葉片擴壓器葉片安裝角對旋轉(zhuǎn)失速影響的實驗[J]. 流體工程, 1993(12):25.

［5］徐忠. 離心式壓縮機原理(修訂本)[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1990:140-141.

［6］張涵, 程學珍, 魏龍. 化工機械[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2001:158.

Handling Practice of TY-520/5.2-I Centrifugal Compressor's Surge

LIU Da-fu, SONG Ying -ying
（Guixi Smelter, Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

During the operation of TY-520/5.2-I air compressor, due to unstable conditions, the unit entered the surging work area, to cause the air compressor shutdown in severe case and affect the production. Illustrated by the example of surge occurred in September 2013，the reasons and crew status are elaborate, handlings method and preventive measures are analyzed in this article.

centrifugal compressor；process；cooler；surge；processing methods；preventive measures

TH45

B

1009-3842（2015）03-0068-03

2015-04-03

劉大富（1981-），男，貴州銅仁人，主要從事機械設備管理工作。E-mail: 408961670@qq.com