離心式壓縮機(jī)喘振原因分析及防治措施

劉天嬌

摘 要：喘振是離心式壓縮機(jī)的一種固有特性，對(duì)工況的穩(wěn)定性有較大影響，并易造成壓縮機(jī)損壞?；诖耍疚耐ㄟ^(guò)研究發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)壓力過(guò)高、吸入流量不足、操作錯(cuò)誤、放喘振系統(tǒng)未投自動(dòng)，都有可能造成喘振。對(duì)此，筆者提出相應(yīng)的防喘振措施。

關(guān)鍵詞：喘振;離心式壓縮機(jī);防喘振控制

中圖分類號(hào)：TH452文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）28-0061-02

Abstract： Surge is an inherent characteristic of centrifugal compressor， which has a great influence on the stability of working conditions and is easy to cause damage to the compressor. Based on this， this paper found that high pressure， insufficient suction flow， wrong operation， and no automatic ventilation system could cause surge. In this regard， the author put forward corresponding anti surge measures.

Keywords： surge;centrifugal compressor;anti surge control

離心式壓縮機(jī)是用于壓縮和輸送化學(xué)生產(chǎn)中的各種氣體的重要裝置，與活塞式壓縮機(jī)相比，具有氣量大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、振動(dòng)小、無(wú)需中間罐、運(yùn)行平衡等優(yōu)點(diǎn)。喘振是離心式壓縮機(jī)的固有特性，是壓縮機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定產(chǎn)生的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致氣體逆流。發(fā)生喘振時(shí)，裝置劇烈振動(dòng)并且流量壓力波動(dòng)很大，導(dǎo)致壓縮機(jī)疲勞損壞，這是壓縮機(jī)損壞的主要原因。

1 喘振的機(jī)理分析及判斷

在操作條件偏離設(shè)計(jì)條件的情況下，流量減小，并且進(jìn)入葉輪或者擴(kuò)壓器的流動(dòng)通道的氣流方向改變。在葉片的非工作表面上發(fā)生氣流邊界層的分離現(xiàn)象，當(dāng)情況嚴(yán)重時(shí)，即發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速。這時(shí)，壓縮機(jī)雖仍在工作狀態(tài)，但是大部分做功都變成能量損失，氣體壓力無(wú)法增大，致使壓縮機(jī)出口壓力降低，管系中下油管道的壓力大于出口壓力，便發(fā)生氣體倒流，直至壓縮機(jī)出口壓力高于管系的壓力，壓縮機(jī)又重新恢復(fù)供氣，之后又重復(fù)發(fā)生上述現(xiàn)象，整個(gè)系統(tǒng)重復(fù)出現(xiàn)周期性軸向低頻大幅度氣流振蕩，這種現(xiàn)象就稱為喘振。

造成喘振的原因分為內(nèi)因和外因：外部原因是與壓縮機(jī)一起工作的管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力大于壓縮機(jī)能夠提供的壓力;內(nèi)因方面主要為壓縮機(jī)流量減小，進(jìn)入喘振區(qū)。在實(shí)際操作中，引起壓縮機(jī)喘振通常是多種原因相結(jié)合而造成的。如壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速升高或降低，流體特性的變化，包括流體溫度及成分的變化;另外，壓縮機(jī)機(jī)械參數(shù)的改變等也會(huì)影響壓縮機(jī)的性能曲線，從而導(dǎo)致喘振流量的變化。

在運(yùn)行中可能造成喘振的原因有以下4點(diǎn)。①管網(wǎng)系統(tǒng)壓力過(guò)高。當(dāng)需要緊急停車時(shí)，要進(jìn)行氣體放空或回流，出口管路上的止回閥不靈活，或安裝位置距離壓縮機(jī)出口過(guò)遠(yuǎn)，當(dāng)系統(tǒng)突然減量時(shí)，防喘振系統(tǒng)不能馬上進(jìn)行調(diào)節(jié)。②吸入流量不足。如果壓縮機(jī)入口濾器阻塞，阻力增大，濾芯過(guò)臟，或是氣溫過(guò)低時(shí)發(fā)生結(jié)冰，導(dǎo)致壓縮機(jī)入口氣源減少或者切斷，供氣不足，若流量降低到喘振流量以下，就會(huì)導(dǎo)致喘振。③操作錯(cuò)誤。在操作中，升速升壓過(guò)快，降速之前沒(méi)有先降壓。④放喘振系統(tǒng)未投自動(dòng)。當(dāng)發(fā)生工況波動(dòng)或電網(wǎng)波動(dòng)等外界因素變化的情況時(shí)，若防喘振系統(tǒng)未投自動(dòng)，則會(huì)因手動(dòng)調(diào)節(jié)不及時(shí)造成喘振[1]。

2 壓縮機(jī)的防喘振控制

根據(jù)對(duì)壓縮機(jī)喘振機(jī)理和原因進(jìn)行分析，可以采取相應(yīng)的措施來(lái)防止壓縮機(jī)喘振，使工況穩(wěn)定，確保正常運(yùn)行，減少喘振對(duì)壓縮機(jī)的損害。通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)吸入量，或出口壓力，使壓縮機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定的工況區(qū)域。

防喘振控制主要分為兩種：一種是固定極限流量控制，另一種是可變極限流量防喘振控制。兩者都是通過(guò)控制壓縮機(jī)的進(jìn)氣流量超過(guò)一個(gè)的極限流量值，如果流量減少到這個(gè)值，則壓縮機(jī)的防喘振閥打開，以保持足夠的進(jìn)氣量。

固定極限流量控制是使進(jìn)氣流量大于一定值流量，從而避免進(jìn)入喘振區(qū)運(yùn)行，但是在壓縮機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，能耗較大，應(yīng)用范圍不廣。在需要通過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)來(lái)改變壓縮機(jī)負(fù)荷的情況下，就更適合采用另一種防喘振控制，即可變極限流量防喘振控制。由于極限喘振流量是隨著轉(zhuǎn)速的降低而降低，因此最合理的方法是使進(jìn)氣流量始終與極限喘振流量保持適當(dāng)?shù)陌踩嗔?，防喘振調(diào)節(jié)器沿著喘振極限流量曲線右側(cè)的安全控制線運(yùn)行，這就是可變極限流量方法[2]。

3 在實(shí)際運(yùn)行中防喘振控制的實(shí)現(xiàn)方法

①在壓縮機(jī)出口設(shè)置放空閥，當(dāng)發(fā)生喘振時(shí)，防喘振閥門開啟進(jìn)行放空，使壓縮機(jī)進(jìn)氣量增大，以達(dá)到調(diào)節(jié)作用。這種方法通常適用于空壓機(jī)，以沈鼓集團(tuán)的SVK71-3S離心壓縮機(jī)為例。在壓縮機(jī)出口管道設(shè)置有流量計(jì)和止回閥，在流量計(jì)后止回閥前引支流管道去空壓機(jī)放空，此防喘振系統(tǒng)是連鎖機(jī)組出口流量及出口壓力通過(guò)氣動(dòng)式活塞調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)防喘振自動(dòng)控制。

②設(shè)置回流管道，通過(guò)防喘振閥門控制調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量。在有些情況下，如當(dāng)用氣量減小，則壓縮機(jī)進(jìn)氣流量減小，到一定程度時(shí)，單一的防喘振控制方法不能實(shí)現(xiàn)，可采用兩種方法共同作用。例如，蘇州制氧機(jī)股份有限公司KDON-6500/9000型空分設(shè)備項(xiàng)目，項(xiàng)目采用的是韓華離心壓縮機(jī)，型號(hào)是SM3000，輸送介質(zhì)為氮?dú)?。壓縮機(jī)已設(shè)計(jì)排氣止回閥，防止壓縮機(jī)外部的高壓氣體逆流到壓縮機(jī)內(nèi)部，并且在壓縮機(jī)的排氣管道上，在止回閥前設(shè)置DN80的回流管道及氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，閥后變徑為DN150管道，以降低壓力和流速，回流至進(jìn)口管道。當(dāng)壓縮氣體的壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)，將部分氣體回流至進(jìn)口管道，調(diào)節(jié)供氣壓力，以此達(dá)到防喘振的目的。但在試運(yùn)行中，因下游裝置需要，供氣量降低，依然出現(xiàn)了喘振現(xiàn)象，其后在排氣總管上又引放空管道使一部分氮?dú)夥趴罩链髿?。兩種方法共同調(diào)節(jié)，壓縮機(jī)不再出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

③在夏季，因環(huán)境溫度升高，空氣密度降低，吸氣量減少，電機(jī)內(nèi)阻增加，這些原因都會(huì)造成空壓機(jī)頻繁放空。所以，將壓縮機(jī)放置在廠房?jī)?nèi)。在夏季，降低環(huán)境溫度也是方法之一。在一些設(shè)備上，也會(huì)采用在放散閥后端設(shè)置消音器，減少喘振時(shí)發(fā)生的噪聲，保證工作人員有良好的工作環(huán)境。并且，要注意壓縮機(jī)的性能狀態(tài)，如擴(kuò)壓器是否磨損，空氣過(guò)濾器是否過(guò)臟而增加了吸氣阻力，水分離器、冷卻器的清潔狀況，以及葉輪和擴(kuò)壓器的間隙，這些都會(huì)影響壓縮機(jī)的工作狀態(tài)。因此，專業(yè)技術(shù)人員對(duì)壓縮機(jī)定期檢查清理，也是預(yù)防喘振的必要方法。

在實(shí)際運(yùn)行中，運(yùn)行操作人員需了解壓縮機(jī)的工作原理，熟悉設(shè)備特性，準(zhǔn)確判斷檢測(cè)數(shù)據(jù)，合理利用調(diào)節(jié)系統(tǒng)，避免設(shè)備進(jìn)入喘振狀態(tài)[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

離心式壓縮機(jī)的喘振，不僅對(duì)設(shè)備本身有損害，還會(huì)影響企業(yè)正常生產(chǎn)。因此，對(duì)喘振發(fā)生的原因、機(jī)理進(jìn)行分析至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)喘振機(jī)理的分析，采取有效的控制辦法，提高離心式壓縮機(jī)運(yùn)行的可靠性，才能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫永泰.壓縮機(jī)防喘振的兩種方法[J].制冷，2011（4）：76-78.

[2]孔文濤，許益華.防喘振在壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法[J].化學(xué)工程與裝備，2008（1）：33-34.

[3]魏龍，常新忠，滕文銳.離心壓縮機(jī)喘振分析及實(shí)例[J].通用機(jī)械，2003（7）：38-41.