離心式壓縮機(jī)的喘振現(xiàn)象及解決辦法

馬立科

(寧夏哈納斯液化天然氣有限公司，寧夏 銀川 750021)

1 喘振的定義與喘振的原理

離心式壓氣機(jī)的氣體介質(zhì)流量減小到一定程度時(shí)壓縮機(jī)就會(huì)出現(xiàn)工作不穩(wěn)定的狀態(tài)，并且伴有劇烈的抖動(dòng)與振動(dòng)，而且會(huì)有很大的噪音響聲，這種現(xiàn)象稱為壓縮機(jī)喘振。喘振對于離心式壓縮機(jī)有著很嚴(yán)重的危害。

1.1 心式壓縮機(jī)的工作原理

壓縮機(jī)的工作原理是工藝氣體介質(zhì)流過離心式壓縮機(jī)的葉輪時(shí)，在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片的離心力作用下，對工藝氣體進(jìn)行作功升壓，將壓縮機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為工藝氣體的壓力能和動(dòng)能。使其壓力能和動(dòng)能均得到提高，工藝氣體進(jìn)入擴(kuò)壓器后，氣體的速度能又進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為壓力能，從而使氣體壓力達(dá)到工藝所需的要求。

1.3 喘振的原理

離心式壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中當(dāng)工況發(fā)生變化，工藝參數(shù)發(fā)生改變后，工藝氣體入口流量減小的狀況，出口管線內(nèi)較高壓力的工藝氣體倒流入壓縮機(jī)缸體級里來。倒流回來的工藝氣體補(bǔ)充了入口流量的不足，葉輪又恢復(fù)正常工作。流量增加，又會(huì)重新把倒流回來的氣體重新壓出去。因此工藝介質(zhì)氣體在壓縮機(jī)缸體級與出口管線之間往復(fù)徘徊，這就使得整個(gè)系統(tǒng)中產(chǎn)生了周期性的氣流震蕩現(xiàn)象，這就是喘振產(chǎn)生的機(jī)理。

2 離心式壓縮機(jī)的特征與性能曲線

2.1 離心式壓縮機(jī)的性能曲線能具體且形象的表示出壓縮機(jī)的特性

縮機(jī)在不同工藝狀況和不同參數(shù)流量時(shí)的級壓比Pd/Ps、效率η、功率P與進(jìn)口流量q的關(guān)系曲線稱為級的性能曲線。常用以下工藝參數(shù)和性能曲線對壓縮機(jī)的性能進(jìn)行分析：

(1)流量Q與壓縮機(jī)出入口壓力比Pd/Ps的關(guān)系曲線。

(2)流量Q與壓縮機(jī)功率P的關(guān)系曲線。

(3)流量Q與壓縮機(jī)效率η的關(guān)系曲線。

2.2 以流量Q與壓縮機(jī)出入口壓比Pd/Ps的關(guān)系曲線為例進(jìn)行說明

流量Q與壓縮機(jī)出入口壓比Pd/Ps的關(guān)系曲線見圖1。

圖1 流量Q與壓縮機(jī)出入口壓比Pd/Ps的關(guān)系曲線

根據(jù)性能曲線分析如下：每條曲線在每種轉(zhuǎn)速下都有一個(gè)Pd/Ps值的最高點(diǎn)，連接最高點(diǎn)的拋物線是一條表征產(chǎn)生喘振的極限曲線，拋物線左側(cè)部分是喘振區(qū)，若壓縮機(jī)工作點(diǎn)在喘振區(qū)會(huì)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。為了安全起見，壓縮機(jī)的實(shí)際工作點(diǎn)，距離喘振極限曲線應(yīng)保留有一些余地。一般在喘振極限曲線的右側(cè)10%再做一條拋物線，這條拋物線叫做壓縮機(jī)的防范安全線(喘振控制線)。

喘振工況與阻塞工況之間的區(qū)域就是離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況范圍。

2.3 阻塞現(xiàn)象

塞是指機(jī)組能吸進(jìn)的最大氣體流量，通常設(shè)計(jì)的時(shí)候 會(huì)考慮運(yùn)行最大氣量小于機(jī)組本身的阻塞氣量，從而滿足系統(tǒng)要求。當(dāng)然有時(shí)可能是設(shè)計(jì)的原因 ，實(shí)際阻塞氣量小于設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)要求的最大氣量，這就得改機(jī)組、改設(shè)計(jì)。通常情況下是不會(huì)出現(xiàn)阻塞工況的，這相當(dāng)于是個(gè)極限值。

當(dāng)流量增加到一定值時(shí)，葉輪對氣體做的功只能用來克服流動(dòng)損失，而不能提高氣體的壓力，這時(shí)壓縮機(jī)入口流量達(dá)到的工況為最大流量工況。任憑壓縮機(jī)背壓再降低，流量也不可能再增加，這種情況稱為“阻塞”工況。

在阻塞工況附近，壓縮機(jī)效率很低、壓比比設(shè)計(jì)工況也低得多，流量的微小變化也可以引起壓力很大的變化。

當(dāng)壓縮機(jī)入口氣體流量小于喘振流量時(shí)，壓縮機(jī)將會(huì)發(fā)生喘振現(xiàn)象，大于堵塞流量時(shí)，壓縮機(jī)會(huì)發(fā)生堵塞。

阻塞在離心壓縮機(jī)中只是一種理論的狀態(tài)，幾乎不可能發(fā)生。

3 喘振的判斷及預(yù)防處理措施

3.1 喘振的現(xiàn)象及特點(diǎn)

(1) 喘振時(shí)噪聲增大，伴隨有劇烈的抖動(dòng)與震動(dòng)。

(2) 喘振時(shí)電機(jī)電流減小且頻繁波動(dòng)，壓縮機(jī)出口壓力出現(xiàn)上下來回波動(dòng)。

(3) 喘振時(shí)壓縮機(jī)機(jī)體和軸承因發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)機(jī)體溫度會(huì)升高。

3.2 喘振的危害

(1)喘振時(shí)氣流會(huì)引起強(qiáng)烈的震動(dòng)，損害工藝設(shè)備管線，影響工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全。

(2)喘振會(huì)產(chǎn)生很大的噪音，造成員工身體健康問題及噪音污染。

(3)喘振使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子及定子元件經(jīng)受交變的動(dòng)應(yīng)力；級間壓力失調(diào)引起強(qiáng)烈振動(dòng)，使密封及軸承損壞，甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子與定子元件相碰，壓送的氣體外泄，引起爆炸等惡性事故。

3.3 喘振的預(yù)防與處理措施

(1)設(shè)計(jì)時(shí)考慮全面，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)使壓縮機(jī)具有較寬的穩(wěn)定工作區(qū)域。

(2)壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)防喘振控制系統(tǒng)保持投用自動(dòng)狀態(tài)，防喘振閥處于自動(dòng)狀態(tài)。一旦發(fā)生喘振，防喘振閥立即動(dòng)作補(bǔ)充入口流量。

(3)當(dāng)工藝氣體參數(shù)發(fā)生變化或者工況發(fā)生變化引起喘振時(shí)，適當(dāng)打開防喘閥保持一定開度，確保入口流量。

(4)增加壓縮機(jī)入口閥門開度，提高入口流量和或壓力。

(5)適當(dāng)降低壓縮機(jī)出入口壓縮比。

4 結(jié)論

通過以上分析以及實(shí)踐證明影響喘振的發(fā)生是完全可以避免的，現(xiàn)歸納喘振的因素主要有：

(1) 壓縮機(jī)入口介質(zhì)流量：隨著壓縮機(jī)入口流量的減小，當(dāng)壓縮機(jī)入口氣體流量小于喘振流量時(shí)，壓縮機(jī)將會(huì)發(fā)生喘振現(xiàn)象。

(2) 壓縮機(jī)入口介質(zhì)壓力：壓縮機(jī)入口壓力一般會(huì)設(shè)定低報(bào)警與低低跳車連鎖，從而避免壓縮機(jī)入口流量過小而引起的壓縮機(jī)喘振。

(3) 氣體介質(zhì)溫度：壓縮機(jī)氣體入口溫度越高，氣體密度就越小，質(zhì)量也變小，壓縮機(jī)越容易喘振。

(4) 壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速：喘振時(shí)可以通過適當(dāng)降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是可調(diào)范圍時(shí)有限的。

(5) 氣體介質(zhì)組分發(fā)生變化：在轉(zhuǎn)速壓力不變的情況下，氣體的摩爾質(zhì)量發(fā)生變化，離心力會(huì)發(fā)生變化，可導(dǎo)致出口壓力及排量下降。

(6)機(jī)組原因：因壓縮機(jī)和電動(dòng)機(jī)機(jī)械故障或者輔助油系統(tǒng)發(fā)生故障也會(huì)引起喘振。