淺析離心式壓縮機(jī)的喘振現(xiàn)象及控制方案

張立軍(洛陽智達(dá)石化工程有限公司，河南洛陽 471003)

淺析離心式壓縮機(jī)的喘振現(xiàn)象及控制方案

張立軍(洛陽智達(dá)石化工程有限公司，河南洛陽 471003)

離心式壓縮機(jī)是在石油化工、冶金、電力等行業(yè)廣泛使用的核心設(shè)備，但離心式壓縮機(jī)在某些特定工況下會發(fā)生喘振現(xiàn)象，使壓縮機(jī)不能正常穩(wěn)定工作，如處理不及時(shí)或操作不當(dāng)會影響正常生產(chǎn)甚至發(fā)生事故。因此，壓縮機(jī)不允許在喘振狀態(tài)下進(jìn)行只能采取相應(yīng)的防喘振控制方案。本文將介紹喘振現(xiàn)象及產(chǎn)生喘振的原因和危害，常用防喘振控制方案的介紹和分析對比。

離心壓縮機(jī)；喘振；控制

離心式壓縮機(jī)具有處理和輸氣量大、結(jié)構(gòu)簡單、易損件少。同時(shí)可由電動機(jī),蒸汽輪機(jī)，煙氣輪機(jī)等拖動，拖動形式的多樣化可以有效的回收企業(yè)的廢氣，廢熱，不僅為企業(yè)降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本而增加了效益，節(jié)能減排也為企業(yè)實(shí)現(xiàn)效益與環(huán)保雙贏，所以離心式壓縮機(jī)在石油化工、冶金、電力等行業(yè)廣泛使用，做為裝置或單元的重要設(shè)備，如何使離心壓縮機(jī)能夠平穩(wěn)的運(yùn)行，其的安全性，可靠性至關(guān)重要。加之離心式壓縮機(jī)也有其固有的缺點(diǎn)，容易在某些運(yùn)行工況（溫度，流量，壓力的變化）下，壓縮機(jī)發(fā)生喘振。喘振一旦發(fā)生會對裝置平穩(wěn)生產(chǎn)和壓縮機(jī)本身造成危害，因?yàn)榇癯潭鹊牟煌瑢斐蓹C(jī)組葉輪、主軸、軸瓦、導(dǎo)葉（靜葉），密封等重要部件的損壞，嚴(yán)重可導(dǎo)致整臺機(jī)組報(bào)廢，造成生產(chǎn)裝置的工藝波動或停產(chǎn)，給企業(yè)造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在了解和分析產(chǎn)生喘振的原因后，采取有效的防喘振控制措施，制定出高效可靠的防喘振控制方案，避免和防止喘振產(chǎn)生，才能確保離心式壓縮機(jī)的正常平穩(wěn)運(yùn)行。

1 喘振現(xiàn)象及產(chǎn)生的原因

1.1 什么是喘振現(xiàn)象

離心壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中，在某一壓力，轉(zhuǎn)速下都對應(yīng)最小流量，當(dāng)該流量降低到一定程度時(shí)，機(jī)組出口介質(zhì)流量和出口壓力將產(chǎn)生周期性大幅波動而引起機(jī)身劇烈振動，這種現(xiàn)象叫做壓縮機(jī)的“喘振”或“飛動”

1.2 喘振現(xiàn)象的機(jī)理

離心式壓縮機(jī)工作的基本原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動氣體一起旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體壓力動能。在葉輪后部設(shè)置有通流截面逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓元件（擴(kuò)壓器），從葉輪流出的高速氣體在擴(kuò)壓器內(nèi)進(jìn)行降速增壓，將此部分動能轉(zhuǎn)換為靜壓能。

當(dāng)離心式壓縮機(jī)的實(shí)際工況偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，如果氣體流量減少則進(jìn)入葉輪或擴(kuò)壓器流道的氣流方向就會發(fā)生變化。當(dāng)流量減少到一定程度，由于葉輪的連續(xù)旋轉(zhuǎn)和氣流的連續(xù)性，使這種邊界層分離現(xiàn)象擴(kuò)大到整個(gè)流道，而且由于氣流分離沿著葉輪旋轉(zhuǎn)的反方向擴(kuò)展，從而使葉道中形成氣流漩渦，又稱旋轉(zhuǎn)失速。此時(shí)級的壓力暫形成真空，氣體輸出管道中較高壓力的氣體便倒流回級里來。此時(shí)倒流回級中的氣體就補(bǔ)充級中流量的不足，使葉輪又恢復(fù)了正常工作，把倒流回來的氣體再次壓縮后輸送出去。于是又失壓氣體接著回流，如此周而復(fù)始，在系統(tǒng)中產(chǎn)生了周期性的氣體振蕩現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為“喘振”。

2 喘振產(chǎn)生的因素

下面我們對有可能引起離心式壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振的工藝參數(shù)逐一進(jìn)行分析：

2.1 流量

每臺離心式壓縮機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下都對應(yīng)著最小流量值，在同一轉(zhuǎn)速下隨著流量的減少，壓縮機(jī)的出口壓力逐漸增大，當(dāng)達(dá)到該轉(zhuǎn)速下最大出口壓力時(shí)，機(jī)組進(jìn)入喘振區(qū),所以說流量減小是發(fā)生喘振的根本原因，在實(shí)際生產(chǎn)中盡量避免壓縮機(jī)在小流量的工況下運(yùn)行。一般認(rèn)為，壓縮機(jī)在最小流量下應(yīng)低于設(shè)計(jì)流量60%。

2.2 氣體相對分子質(zhì)量

離心壓縮機(jī)在相同轉(zhuǎn)速、在恒壓運(yùn)行工況下，相對分子質(zhì)量越小，越容易發(fā)生喘振。

2.3 壓力

在壓縮機(jī)恒壓的運(yùn)行工況下：入口壓力越低，壓縮機(jī)越容易發(fā)生喘振；出口壓力越高，壓縮機(jī)越容易發(fā)生喘振。

2.4 入口溫度

在恒壓運(yùn)行工況下，氣體入口溫度越高，越容易發(fā)生喘振。因此，對同一臺離心式壓縮機(jī)來說，夏季比冬季更容易發(fā)生喘振。

2.5 轉(zhuǎn)速

在外界用氣量一定的情況下，轉(zhuǎn)速越高，越容易發(fā)生喘振。

綜上出現(xiàn)喘振的主要因素是壓縮機(jī)的流量過小，小于壓縮機(jī)的最小流量限；另外接管網(wǎng)的壓力高于壓縮機(jī)排氣壓力，都將會引起排出氣體倒流回壓縮機(jī)。

3 喘振的危害

喘振的危害性較大，當(dāng)壓縮機(jī)發(fā)生喘振后，壓縮機(jī)組在振動的同時(shí)并伴有異常噪聲，振動程度和頻次不同對機(jī)組造成的損壞程度也不同，輕者對壓縮機(jī)內(nèi)部的密封、軸承等附屬設(shè)施造成損傷，嚴(yán)重時(shí)對壓縮機(jī)的葉輪，主軸重要部件造成損壞，甚至整臺機(jī)組報(bào)廢；同時(shí)也會造成生產(chǎn)裝置緊急停車停工。為企業(yè)造成安全事故隱患和帶來經(jīng)濟(jì)損失。

4 防止喘振的措施

4.1 防喘振曲線的建立

根據(jù)每臺壓縮機(jī)實(shí)際性能繪制出壓縮機(jī)防喘振性能曲線，確保壓縮機(jī)運(yùn)行在防喘振（控制）線右側(cè)的安全區(qū)域。

4.2 防喘振的工藝措施

a保持流量值不小于發(fā)生喘振最小流量限，可以通過調(diào)節(jié)回流閥使壓縮機(jī)出口介質(zhì)返回到壓縮機(jī)入口，以此增加壓縮機(jī)入口流量，

b保持壓縮機(jī)入口與出口的差壓值，可以通過調(diào)節(jié)出口放空閥將介質(zhì)排空，以此降低壓縮機(jī)出口壓力。

a方法更適宜有毒、易燃、易爆或經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高而不宜放空的氣體情況，但兩種方法同樣浪費(fèi)部分壓縮功。

5 防喘振的控制方案

壓縮機(jī)防止喘振的基本控制保證壓縮機(jī)的入口流量不低于某一最小流量極限值，根據(jù)實(shí)際工況下改極限值是固定或是變化的，防喘振控制方案分固定流量極限式和可變流量極限式兩種。

5.1 固定極限流量防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)

各防喘振量的給定值均為在壓縮機(jī)100%轉(zhuǎn)數(shù)下所對應(yīng)喘振流量的1.04～1.2倍，即采用定流量控制，也稱定極限，防喘振控制使機(jī)組不論在100%以下的何種負(fù)荷下運(yùn)行，都保持100%轉(zhuǎn)速下的防喘振量，從而保證機(jī)組不發(fā)生喘振。這種控制方法在較高負(fù)荷下運(yùn)行是合理的，因?yàn)?，該防喘振量一般?00%負(fù)荷流量的80%左右，即當(dāng)工藝負(fù)荷在80%以上時(shí)，防喘振閥門是關(guān)死的，壓縮機(jī)壓縮的氣體全部送入工藝流程。而當(dāng)工藝負(fù)荷較低時(shí)，當(dāng)工藝負(fù)荷所需的氣量小于100%負(fù)荷下的防喘振流量給定值時(shí)，防喘振閥就要打開，從而保證機(jī)組的防喘振量，結(jié)果是一部分氣體打回流或放空，浪費(fèi)了壓縮機(jī)對這部分氣體做的壓縮功。

5.2 可變極限流量防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)

可變極限流量防喘振控制在整個(gè)壓縮機(jī)負(fù)荷變化范圍內(nèi)，設(shè)置防喘振流量值與轉(zhuǎn)速而變的一種控制方式，實(shí)現(xiàn)可變極限防喘振控制的主要任務(wù)是設(shè)置好壓縮機(jī)的防喘極限方程。

6 結(jié)語

喘振是離心式壓縮機(jī)固有的特性，對連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行和機(jī)組本身安全運(yùn)行具有較大的危害。為防止和避免喘振的發(fā)生，必須注意以下幾點(diǎn)：

(1)注重壓縮機(jī)的選型，類型合適和產(chǎn)品合格是防喘振的基礎(chǔ)保證；

(2)工藝流程的銜接，外管網(wǎng)的配套

(3)壓縮機(jī)的開停車操作。在開車時(shí)，最好是先升速后升壓；在停車時(shí)，最好是先降壓后降速。

(4)防喘振線的設(shè)置很重要，如防喘富裕度設(shè)置都較大雖不易發(fā)生喘振但防喘振閥打開過早或開度過大則造成能源浪費(fèi)，反之易發(fā)生喘振。理論上建議正常流量是喘振流量的1.05到1.3倍。

(5)選擇設(shè)置防喘振控制系統(tǒng)，準(zhǔn)確及時(shí)將喘振現(xiàn)象控制在安全區(qū)域。

總之，對喘振現(xiàn)象我們只有知道了其機(jī)理，分析出產(chǎn)生喘振的因素，了解其對生產(chǎn)和機(jī)組造成的危害，從思想上高度重視并制定出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓に嚥僮饕?guī)程和預(yù)案，選用適合壓縮機(jī)的控制方案及穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)，做到能夠快速和準(zhǔn)確的預(yù)測與識別喘振的發(fā)生，加以精確的提前量控制和操作，綜合措施來防止和避免喘振現(xiàn)象的發(fā)生。提高壓縮機(jī)的安全運(yùn)行周期，為企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行提供安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)的基礎(chǔ)保障。

[1]殷衛(wèi)寧，謝明儀表連鎖一體化控制單元在壓縮機(jī)防喘振控制上的應(yīng)用乙烯工業(yè)2007,19（2）44-49.

[2]盧勇離心式壓縮機(jī)的喘振分析.

[3]康吉森TS3000系統(tǒng)透平及壓縮機(jī)控制技術(shù)手冊.

張立軍(1970-)性別：男籍貫：山西省代縣單位：洛陽智達(dá)石化工程有限公司學(xué)歷：大專曾從事石油化工儀表及控制系統(tǒng)的維護(hù)，維修和管理工作，現(xiàn)從事自控專業(yè)設(shè)計(jì)，審核工作。