軸流壓縮機(jī)組喘振測(cè)試方案

陳云慶（中國(guó)石化荊門分公司機(jī)動(dòng)處， 湖北 荊門 448000）

軸流壓縮機(jī)組喘振測(cè)試方案

陳云慶（中國(guó)石化荊門分公司機(jī)動(dòng)處， 湖北 荊門 448000）

本文對(duì)軸流壓縮機(jī)組喘振的定義及測(cè)試原理進(jìn)行了介紹，描述了在測(cè)試過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常情況及避免方法。

軸流壓縮機(jī)組；喘振；測(cè)試；靜葉；催化

0 引言

軸流壓縮機(jī)組是催化裝置的心臟，負(fù)責(zé)為再生系統(tǒng)提供燒焦所需空氣。其最危險(xiǎn)及最容易發(fā)生的工況是在喘振區(qū)運(yùn)行。軸流壓縮機(jī)組喘振危害極大，一旦發(fā)生喘振，極有可能造成機(jī)組損壞而影響到裝置的正常生產(chǎn)，因此，根據(jù)準(zhǔn)確真實(shí)的喘振數(shù)據(jù)做出一條可靠的喘振曲線對(duì)軸流壓縮機(jī)組的安全運(yùn)行是至關(guān)重要的。

聯(lián)合一車間催化一裝置軸流壓縮機(jī)組投用于1986年，型號(hào)AV45-12，由于負(fù)荷偏低，不能完全滿足于生產(chǎn)的要求，2004年檢修期間，在轉(zhuǎn)子末端新加一級(jí)動(dòng)葉，由于工期及其它原因，喘振曲線未做修改，仍沿用原喘振曲線，造成防喘振裕度過(guò)大，運(yùn)行工況區(qū)域變窄，導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法完全發(fā)揮其效能，因此，急需重新對(duì)機(jī)組喘振數(shù)據(jù)測(cè)試，以適應(yīng)工藝生產(chǎn)及設(shè)備運(yùn)行的要求。

1 喘振測(cè)試原理

1.1 喘振的定義

所謂喘振，即軸流壓縮機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，因系統(tǒng)負(fù)荷降低而使壓縮機(jī)進(jìn)口流量降低，其進(jìn)口流量降低到一定程度時(shí)，氣體排出量會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈振蕩，從而使機(jī)組出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)的狀況，它是軸流壓縮機(jī)組性能反常的運(yùn)行狀態(tài)。軸流壓縮機(jī)組喘振危害極大，一旦發(fā)生喘振，機(jī)組可能因?yàn)閺?qiáng)烈振動(dòng)而造成動(dòng)、靜部位的摩擦引起機(jī)組損壞；氣流出現(xiàn)脈動(dòng)甚至共振，可能造成機(jī)組葉片的斷裂；氣體倒流，可能引起機(jī)體內(nèi)溫度急劇上升，而導(dǎo)致葉片和內(nèi)缸損壞。

喘振是壓縮機(jī)特有的現(xiàn)象，當(dāng)壓縮機(jī)開(kāi)機(jī)運(yùn)行到正常轉(zhuǎn)速時(shí)，壓縮機(jī)運(yùn)行在D點(diǎn)。當(dāng)管網(wǎng)壓力升逐步高時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)由D 沿性能曲線上升，這一過(guò)程中流量減小壓力升高，直到點(diǎn)A。當(dāng)管網(wǎng)壓力升高到一定值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)滯漲狀態(tài)，這時(shí)流量減少壓力上升極其緩慢，基本保持不變，圖中A到A1點(diǎn)。當(dāng)流量繼續(xù)減少，超過(guò)喘振點(diǎn)A1點(diǎn)后，這時(shí)管網(wǎng)壓力開(kāi)始大于壓縮機(jī)的排氣壓力，導(dǎo)致管網(wǎng)壓力和流量迅速下降，壓縮機(jī)產(chǎn)生負(fù)流量即出現(xiàn)倒流，圖中A1到B 點(diǎn)。氣體繼續(xù)倒流，當(dāng)管網(wǎng)壓力下降到一定程度，壓縮機(jī)恢復(fù)向外供氣，流量增加，圖中B-C 。流量繼續(xù)增加，壓縮機(jī)恢復(fù)到正向流動(dòng)，圖中C-D 。隨著流量的增加管網(wǎng)壓力升高，流量又會(huì)減少，重復(fù)D-A的過(guò)程。如果工況不能改變喘振循環(huán)（D-A-B-C-D）將持續(xù)。（見(jiàn)圖1）

1.2 喘振相關(guān)參數(shù)

壓縮機(jī)發(fā)生喘振的原因主要可以用如下關(guān)系式來(lái)表示：Q=f（P，n，T，M）

式中，Q為進(jìn)口流量；P為管網(wǎng)壓力；n為轉(zhuǎn)速；T為入口溫度；M為氣體分子量。相對(duì)于軸流壓縮機(jī)而言，其轉(zhuǎn)速恒定。

圖1 軸流壓縮機(jī)性能曲線圖

1.3 喘振測(cè)試原理

喘振的發(fā)生與壓縮機(jī)的功率有關(guān)，在不同功率下壓縮機(jī)的喘振點(diǎn)是不同的，選取不同功率下的幾個(gè)喘振點(diǎn)，連成曲線，既可得到喘振曲線。

喘振測(cè)試時(shí)，壓縮機(jī)組運(yùn)行到正常速度，選取入口靜葉的幾個(gè)值，分別做喘振測(cè)試，將幾個(gè)靜葉值測(cè)得的結(jié)果連接成曲線得到喘振曲線。當(dāng)喘振將要發(fā)生時(shí)，壓縮氣體流量急劇下降，出口壓力下降，喉部壓差下降。如果發(fā)生喘振，壓縮機(jī)氣體流量、壓縮機(jī)出口壓力，喉部差壓呈現(xiàn)周期大幅度的變化。通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的監(jiān)控可以準(zhǔn)確的捕捉到喘振點(diǎn)，從而得到喘振線。當(dāng)選定一個(gè)靜葉開(kāi)度時(shí)，慢慢關(guān)閉喘振閥，這時(shí)機(jī)組的出口壓力上升，流量降低，曲線中的D---A。當(dāng)達(dá)到一定的極限時(shí)，流量下降，壓力不再增加，曲線中的A---A1，這時(shí)觀察到這一現(xiàn)象，打開(kāi)喘振閥，流量迅速上升，出口壓力降低，機(jī)組擺脫臨界喘振區(qū)，曲線中的E—F。當(dāng)流量下降到負(fù)值后，氣體出現(xiàn)倒流，這時(shí)出口壓力迅速下降，曲線中的A1—B。這時(shí)打開(kāi)喘振閥，流量迅速上升，出口壓力降低，機(jī)組擺脫喘振，曲線中的G—F（見(jiàn)圖2）。

圖2 軸流壓縮機(jī)喘振曲線圖

2 喘振測(cè)試步驟

2.1 測(cè)試前準(zhǔn)備工作

①機(jī)組調(diào)試工作已全部完成，機(jī)組運(yùn)行所需水電氣風(fēng)已全部引至現(xiàn)場(chǎng)。此時(shí)需強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是調(diào)試工作中，特別要注意防喘振閥靈敏度的調(diào)試及機(jī)組安全運(yùn)行按鈕和急停按鈕的調(diào)試，這是涉及機(jī)組喘振測(cè)試安全的關(guān)鍵。

②將機(jī)組出口壓力顯示通過(guò)引壓導(dǎo)管引至操作臺(tái)前，并安裝精度等級(jí)0.4級(jí)、量程0～0.4MPa、 Y-150型校驗(yàn)合格的壓力表一塊。

③更改機(jī)組控制系統(tǒng)掃描周期，一般情況下應(yīng)不大于80ms，以確保能準(zhǔn)確記錄機(jī)組發(fā)生喘振時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

④人員安排。進(jìn)行喘振測(cè)試時(shí)，除需機(jī)械、電氣、儀表等相關(guān)專業(yè)人員對(duì)機(jī)組控制系統(tǒng)、負(fù)荷、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控外，還需要2名操作人員及至少三名數(shù)據(jù)監(jiān)控人員。

⑤確定測(cè)試功率。喘振測(cè)試功率根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，一般選取機(jī)組在小于正常運(yùn)行功率、正常運(yùn)行功率及大于正常運(yùn)行功率時(shí)的喘振數(shù)據(jù)，根據(jù)三個(gè)功率下的喘振數(shù)據(jù)即可得到一條喘振曲線，而數(shù)據(jù)越多，則曲線也就越準(zhǔn)確。由于催化一裝置軸流壓縮機(jī)組基本處于滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在滿負(fù)荷運(yùn)行功率下進(jìn)行防喘振測(cè)試會(huì)造成電機(jī)超負(fù)荷，因此，測(cè)試功率全部選定在小于正常時(shí)運(yùn)行功率，分別為靜葉輸出角度為40°、50°、60°、70°時(shí)的運(yùn)行功率。

⑥工藝流程檢查。檢查工藝流程，確保壓縮機(jī)出口至工藝系統(tǒng)管線閥門全部關(guān)閉，機(jī)組運(yùn)行時(shí)空氣全部經(jīng)出口防喘振閥排出。

2.2 測(cè)試步驟

①啟動(dòng)機(jī)組，檢查機(jī)組運(yùn)行狀況，試運(yùn)一小時(shí)后機(jī)組無(wú)異常狀況準(zhǔn)備開(kāi)始進(jìn)行喘振測(cè)試。

②將機(jī)組靜葉輸出調(diào)整至40°，逐步關(guān)小出口防喘振閥，出口壓力表指示會(huì)隨著防喘振閥的關(guān)小而逐漸升高。

③當(dāng)機(jī)組負(fù)荷逐步提高時(shí)，機(jī)、電、儀專業(yè)人員應(yīng)密切監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行狀況，當(dāng)有異常情況時(shí)應(yīng)立即停止喘振測(cè)試，待異常處理完畢后再重新進(jìn)行測(cè)試。

④繼續(xù)關(guān)小防喘振閥開(kāi)度，此時(shí)應(yīng)密切監(jiān)控機(jī)組出口壓力表指示，操作人員觸碰安全運(yùn)行按鈕，隨時(shí)準(zhǔn)備啟動(dòng)安全運(yùn)行，數(shù)據(jù)監(jiān)控人員應(yīng)集中注意力監(jiān)控出口壓力、喉部壓差及靜葉角度的變化情況，隨時(shí)準(zhǔn)備記錄機(jī)組發(fā)生喘振時(shí)的讀值數(shù)據(jù)。

⑤隨著防喘振閥的關(guān)小，機(jī)組出口壓力逐步上升，當(dāng)出口壓力上升到一定數(shù)值時(shí)，機(jī)組開(kāi)始靠近喘振工況，此時(shí)機(jī)組出口壓力開(kāi)始出現(xiàn)輕微波動(dòng)，繼續(xù)緩慢關(guān)小防喘振閥，機(jī)組進(jìn)入喘振工況時(shí)，出口壓力突然回零，空氣放空聲音消失，表明機(jī)組已完全進(jìn)入喘振工況（由于流量測(cè)量?jī)x表在工藝管道上，無(wú)法從流量上進(jìn)行判斷），此時(shí)，立即啟動(dòng)安全運(yùn)行按鈕，打開(kāi)防喘振閥，確保機(jī)組立即離開(kāi)喘振工況，同時(shí)，數(shù)據(jù)監(jiān)控人員及時(shí)記錄在喘振發(fā)生時(shí)出口壓力、喉部壓差、靜葉角度等相關(guān)數(shù)據(jù)。

⑥特別說(shuō)明，當(dāng)機(jī)組進(jìn)入喘振工況時(shí)，如果在啟動(dòng)機(jī)組安全運(yùn)行而防喘振閥未能及時(shí)打開(kāi)時(shí)，應(yīng)立即啟動(dòng)緊急停機(jī)按鈕，防止機(jī)組在喘振工況下運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成機(jī)組損壞，停機(jī)后，應(yīng)重新進(jìn)行防喘振閥的調(diào)試，確保動(dòng)作正常后再次進(jìn)行喘振測(cè)試。

⑦重新靜葉釋放，檢查機(jī)組運(yùn)行狀況，無(wú)異常時(shí)重復(fù)步驟②～⑤，只需將靜葉輸出調(diào)整到所需功率下的數(shù)值即可，并記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)。

⑧在所有數(shù)據(jù)測(cè)試完畢后，喘振測(cè)試工作完成，再次進(jìn)行機(jī)組運(yùn)行狀況檢查，確保喘振測(cè)試未對(duì)機(jī)組運(yùn)行造成損壞，確認(rèn)無(wú)誤后停機(jī)。

3 喘振及防喘振曲線的繪制

3.1 喘振數(shù)據(jù)校核

在喘振發(fā)生一瞬間，由于人的差異性，可能觀測(cè)到的數(shù)據(jù)會(huì)有一定偏差，因此，觀測(cè)數(shù)據(jù)必須與控制系統(tǒng)記錄下的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確保數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確真實(shí)。在進(jìn)行綜合比較后得到如下數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）。

表1 喘振試驗(yàn)結(jié)果參數(shù)表

3.2 喘振曲線的繪制

將此試驗(yàn)數(shù)據(jù)交由儀表控制工程師，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制喘振曲線，再將喘振曲線向右偏移6%，即可得到防喘振曲線。催化一裝置軸流壓縮機(jī)組防喘振曲線見(jiàn)圖3。

圖3 催化一裝置軸流壓縮機(jī)防喘振曲線圖

4 結(jié)語(yǔ)

軸流壓縮機(jī)組的安全運(yùn)行對(duì)催化裝置的連續(xù)運(yùn)行至關(guān)重要，為防止機(jī)組因喘振而造成損害，就需要一條真實(shí)可靠的喘振曲線來(lái)保護(hù)機(jī)組的安全運(yùn)行。通常進(jìn)行喘振測(cè)試，一般邀請(qǐng)生產(chǎn)廠家工程師來(lái)進(jìn)行，一方面增加了運(yùn)行費(fèi)用，另一方面由于生產(chǎn)廠家工程師對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀況并不了解，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的選擇及喘振發(fā)生時(shí)間的判斷上，并不一定能夠比裝置維護(hù)工程師更為可靠，同時(shí)，生產(chǎn)廠家工程師往往過(guò)于保守，可能在機(jī)組并未發(fā)生實(shí)際喘振就提前進(jìn)行了判斷，從而得出的喘振曲線將限制軸流壓縮機(jī)組的運(yùn)行區(qū)域，未能發(fā)揮出機(jī)組的全部效能，造成能耗上的浪費(fèi)。

［1］馬伯文.催化裂化裝置技術(shù)問(wèn)答［M］.中國(guó)石化出版社.

［2］ 陸慶云.流化催化裂化［M］.烴加工出版社.

［3］陳弘.石油化工流體機(jī)械［M］.石油大學(xué)出版社.

［4］熊則男，喬宗亮.壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中的力學(xué)分析［M］.機(jī)械工業(yè)出版社.