離心壓縮機(jī)喘振及防范措施

摘 要：文章介紹離心壓縮機(jī)發(fā)生喘振給生產(chǎn)帶來不可估量的損失，離心壓縮機(jī)喘振時(shí)的劇烈振動(dòng)和刺耳的噪聲，從離心壓縮機(jī)的內(nèi)部葉片結(jié)構(gòu)來分析產(chǎn)生喘振原因是氣流在葉輪非工作面上產(chǎn)生嚴(yán)重脫離引起的。根據(jù)壓縮機(jī)特性曲線和管網(wǎng)特性曲線分析出產(chǎn)生喘振相關(guān)聯(lián)的外部因素：過濾器、空分系統(tǒng)、空壓機(jī)冷卻器、電網(wǎng)波動(dòng)和操作人員引起的喘振，分析原因制定相應(yīng)的措施來預(yù)防喘振帶來的危害，為安全生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

關(guān)鍵詞：離心壓縮機(jī)；喘振；防范措施

首鋼長鋼動(dòng)力廠有6000m3/h制氧機(jī)組兩臺(tái)，2萬制氧機(jī)組和3萬制氧機(jī)各一臺(tái)。所有機(jī)組所用空壓機(jī)為離心壓縮機(jī)。喘振是離心壓縮機(jī)在流量減少到一定程度時(shí)發(fā)生的一種非正常工況下的震動(dòng)。喘振出現(xiàn)后不僅使壓縮機(jī)的工作不穩(wěn)定，而且有可能使壓縮機(jī)和整個(gè)裝置破壞，帶來巨大的損失。空壓機(jī)是整個(gè)空分系統(tǒng)原料和能量的提供者，如果空壓機(jī)組不能正常運(yùn)行，后續(xù)工作無從談起。因此，因當(dāng)絕對(duì)防止壓縮機(jī)在喘振區(qū)工作，消除和避免壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象是保證空壓機(jī)安全運(yùn)行的重要保障。下面我們來簡單認(rèn)識(shí)離心壓縮機(jī)的喘振及預(yù)防控制。

1 離心壓縮機(jī)的喘振現(xiàn)象

幾年工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及查看相關(guān)資料，離心式壓縮機(jī)發(fā)生喘振時(shí)，會(huì)產(chǎn)生以下幾種典型現(xiàn)象：（1）壓縮機(jī)的出口壓力剛開始是升高，然后迅速出現(xiàn)下降，這樣反復(fù)呈周期性波動(dòng)。（2）壓縮機(jī)的流量出現(xiàn)急劇下降，并且大幅波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)空氣倒灌到吸氣管道。（3）拖動(dòng)壓縮機(jī)的電機(jī)電流和功率表指示出現(xiàn)不穩(wěn)定，表現(xiàn)出大幅波動(dòng)。（4）壓縮機(jī)組會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，同時(shí)伴隨發(fā)出異常刺耳的氣流噪聲。

2 離心壓縮機(jī)喘振的原因

根據(jù)離心壓縮機(jī)的工作原理，氣體由進(jìn)氣管進(jìn)入機(jī)殼，流經(jīng)由主軸帶動(dòng)的工作輪，利用葉輪機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生氣體的離心力，然后再流入固定元件的流動(dòng)情況以及如何提高氣體的壓力。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)。壓縮機(jī)不僅要在設(shè)計(jì)工況下工作，而且還要在與設(shè)計(jì)工況不同的更廣的范圍內(nèi)工作。當(dāng)氣體流量減少到一定程度時(shí)，壓縮機(jī)內(nèi)部氣流的流動(dòng)方向與葉片的安裝方向發(fā)生嚴(yán)重偏離，使進(jìn)口氣流角與葉片進(jìn)口安裝角產(chǎn)生較大的正沖角，從而造成葉道內(nèi)葉片凸面氣流的嚴(yán)重脫離。此外，對(duì)于離心式壓縮機(jī)的葉輪而言，由于軸向渦流等的存在和影響，更極易造成葉道里的速度不均勻，上述氣流脫離現(xiàn)象進(jìn)一步加劇。氣流脫離現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，葉道中氣體滯流、壓力突然下降，引起葉道后面的高壓氣流倒灌，來彌補(bǔ)流量的不足和緩解氣流脫離現(xiàn)象，并可使之暫時(shí)恢復(fù)正常。但是，當(dāng)將倒灌進(jìn)來的氣體壓出時(shí)，由于級(jí)中流量缺少補(bǔ)給，隨后再次重復(fù)上面的現(xiàn)象，這樣就很容易在葉片非工作面上出現(xiàn)氣體嚴(yán)重脫離，造成壓縮機(jī)突然出現(xiàn)不穩(wěn)定工作狀態(tài)，機(jī)器強(qiáng)烈振動(dòng)并發(fā)出強(qiáng)烈刺耳的噪聲，這就是壓縮機(jī)喘振的內(nèi)因。壓縮機(jī)和官網(wǎng)形成一個(gè)能量供給與使用的統(tǒng)一系統(tǒng)，壓縮機(jī)是這個(gè)能量系統(tǒng)的供給者，它的供給特性為壓縮機(jī)的特性曲線。管網(wǎng)為這個(gè)系統(tǒng)中的能量使用者，它的使用特性為管網(wǎng)的特性曲線。在壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作時(shí)，只有當(dāng)通過壓縮機(jī)的流量與通過管網(wǎng)的流量相等時(shí)，以及壓縮機(jī)產(chǎn)生的能量等于管網(wǎng)的阻力時(shí)，即當(dāng)能量的供給與使用相等時(shí)，此能量關(guān)系才可以保持平衡工況。從壓縮機(jī)性能曲線和管網(wǎng)特性曲線可以看出，壓縮機(jī)在發(fā)生喘振時(shí)，其工作點(diǎn)肯定進(jìn)入了喘振區(qū)，因此嚴(yán)重的壓縮機(jī)喘振還與管網(wǎng)有著密切的關(guān)系。在壓縮機(jī)運(yùn)行中，造成壓縮機(jī)喘振的還有下列因素：（1）空分系統(tǒng)的切換故障。比如，進(jìn)主換熱器或分子篩吸附器的閥門不能及時(shí)打開，造成壓縮機(jī)排出壓力超高，管網(wǎng)特性曲線急劇變陡，壓縮機(jī)與官網(wǎng)聯(lián)合工作點(diǎn)迅速移動(dòng)，進(jìn)入喘振區(qū)，導(dǎo)致喘振。（2）壓縮機(jī)內(nèi)部氣體長期在高溫下，塵埃容易結(jié)垢及級(jí)間冷卻器發(fā)生泄漏造成壓縮機(jī)流道堵塞引發(fā)喘振。（3）空氣過濾器堵塞，造成壓縮機(jī)進(jìn)氣阻力大，進(jìn)氣量小引起喘振。（4）電網(wǎng)波動(dòng)，造成空壓機(jī)停機(jī)，放空閥、和防喘振閥又沒有及時(shí)打開排壓。（5）壓縮機(jī)在啟動(dòng)操作過程中，操作員動(dòng)作不協(xié)調(diào)，升壓過程中速度快。

3 離心壓縮機(jī)喘振預(yù)防措施

為了防止喘振發(fā)生所帶來的損失影響生產(chǎn)，制氧車間領(lǐng)導(dǎo)制定了嚴(yán)格的設(shè)備管理?xiàng)l例，并根據(jù)制氧機(jī)的運(yùn)行情況定制檢修計(jì)劃，對(duì)防喘振閥的控制軟件進(jìn)行完善，對(duì)設(shè)備規(guī)程和技術(shù)規(guī)程進(jìn)行了完善。職工們的操作水平提高了不少。下面是我們采取了的具體預(yù)防控制措施：（1）在壓縮機(jī)末端安裝防喘振閥，并定期對(duì)它進(jìn)行校驗(yàn)，調(diào)試，以保證其靈活、可靠，并裝有旁路手動(dòng)放空閥，必要時(shí)采取手動(dòng)操作。（2）定期對(duì)空氣過濾器進(jìn)行反吹，保證阻力不大于1200帕，必要時(shí)更換過濾轉(zhuǎn)置設(shè)備，使其阻力值一直保持在安全范圍內(nèi)。（3）每次開停車都要對(duì)切換系統(tǒng)閥門進(jìn)行開關(guān)試驗(yàn)，確保各閥門開關(guān)靈敏、到位，在日常運(yùn)行過程中，各班組派專人切換系統(tǒng)，遇有閥門不能及時(shí)打開，立即采取安全措施。（4）對(duì)設(shè)備進(jìn)行大中檢修時(shí)，維修工要對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行揭蓋大檢查，必要時(shí)進(jìn)行對(duì)其內(nèi)部清洗，以保證其內(nèi)部流道暢通。（5）對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，由原來的單回路供電改為雙回路供電，高壓配電系統(tǒng)二段母線分列運(yùn)行，在任一路電源故障時(shí)，通過母線分段斷路器，可以與另一段母線相聯(lián)，減少了由電網(wǎng)波動(dòng)引起空壓機(jī)的停機(jī)次數(shù)。（6）提高操作工的操作水平，加大對(duì)職工的“三規(guī)一制”的培訓(xùn)力度，嚴(yán)格考試制度，使職工有了較高的操作水平，避免了對(duì)閥門的大幅度操作，保證壓力的平穩(wěn)過渡。（7）隨著自動(dòng)化程度的提高，空壓機(jī)喘振實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制。該控制系統(tǒng)以電流和排壓為橫縱坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，根據(jù)空壓機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)排壓或電流，使空壓機(jī)遠(yuǎn)離喘振區(qū)；空壓機(jī)一旦進(jìn)入喘振區(qū)，壓縮機(jī)會(huì)自動(dòng)卸載，從而保護(hù)了空壓機(jī)。同時(shí)，也為變工況調(diào)節(jié)提供了依據(jù)。

通過以上措施的實(shí)施，我們?nèi)〉昧撕芎玫男Ч?。壓縮機(jī)減少了喘振引起停機(jī)的發(fā)生機(jī)會(huì)，有效提高了空壓機(jī)的運(yùn)行效率，為安全生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

參考文獻(xiàn)

[1]湯學(xué)忠，顧福民.新制氧工問答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

[2]李化治.制氧技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[3]郭文虎.制氧職工培訓(xùn)讀本[M].

作者簡介：李霞（1976-），女，山西長治人，首鋼長治鋼鐵有限公司動(dòng)力廠，大學(xué)?？茖W(xué)歷，研究方向：工程技術(shù)。