輕烯烴回收裝置離心式壓縮機(jī)喘振的原因及其預(yù)防措施

王攀峰(青海大美煤業(yè)股份有限公司，青海 西寧 811699)

0 引言

輕烯烴回收裝置共有兩套壓縮機(jī)組，分別為產(chǎn)品氣壓縮機(jī)和丙烯制冷壓縮機(jī)，其中產(chǎn)品氣壓縮機(jī)主要對(duì)甲醇制烯烴裝置供應(yīng)的產(chǎn)品氣進(jìn)行逐級(jí)分類(lèi)加壓，供水洗、堿洗、氧化物回收、干燥和高低壓脫丙烷塔等單元使用，丙烯制冷壓縮機(jī)為裝置各用冷用戶(hù)提供物料冷卻所用冷量，二者均為裝置關(guān)鍵機(jī)組，本文主要分析丙烯制冷壓縮機(jī)喘振機(jī)理、危害及判斷方法，發(fā)生喘振原因，預(yù)防喘振措施。

1 丙烯制冷壓縮機(jī)及防喘振控制概況

1.1 丙烯制冷壓縮機(jī)概況

輕烯烴回收裝置丙烯制冷壓縮機(jī)設(shè)有一個(gè)缸體，四個(gè)吸入管嘴和一個(gè)排出管嘴，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并設(shè)有一套潤(rùn)滑油系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)采用干氣密封。壓縮機(jī)組由沈陽(yáng)透平機(jī)械股份有限公司制造，產(chǎn)品代號(hào)H2220，產(chǎn)品型號(hào)4MCL608，工藝介質(zhì)為丙烯，額定流量34194Nm3/min，進(jìn)口溫度-40.1℃，出口溫度-29.5℃/-25.5℃/-9.2℃/3.4℃，進(jìn)口壓力0.119MPa(A)，出口壓力1.74MPa(A)，額定功率5499kW，額定轉(zhuǎn)速5805r/min，一階臨界速度2682r/min，其電機(jī)為臥龍電氣南陽(yáng)防爆集團(tuán)股份有限公司制造，型號(hào)YZYK5210-4MF2，額定功率6100kW，電壓10000V，額定電流401.5A，額定轉(zhuǎn)速1480r/min，兩者中間通過(guò)變速器柔性連接，實(shí)現(xiàn)丙烯制冷壓縮機(jī)的調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2 丙烯制冷壓縮機(jī)防喘振控制概況

(1)利用對(duì)一段吸入的流量進(jìn)行檢測(cè)，再對(duì)從壓縮機(jī)四段排出后返回到一段吸入罐的最小返回氣相量進(jìn)行控制，而這股所返回的物流是高溫物流，務(wù)必通過(guò)丙烯液體來(lái)激冷，從而達(dá)到壓縮機(jī)的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行激冷所運(yùn)用的液體丙烯是源于壓縮機(jī)的四段吸入罐的，通過(guò)溫度控制裝置，再利用檢測(cè)壓縮機(jī)一段吸入的溫度來(lái)對(duì)當(dāng)中的激冷進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(2)將在壓縮機(jī)一段與二段所吸入的流量相加，接著對(duì)二段吸入罐的防喘振回路進(jìn)行控制，和一段防喘振回路相同的是，二段吸入罐的激冷液也是源于四段吸入罐的操作，通過(guò)溫度控制設(shè)備，使用檢測(cè)壓縮機(jī)二段吸收的溫度來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)二段的激冷。

(3)壓將縮機(jī)一段、二段與三段吸入的流量相加，控制三段吸入罐的防喘振回路，與一段的防喘振回路相似，三段吸入罐的激冷液源于四段吸入罐，再通過(guò)溫度控制設(shè)備，使用檢測(cè)壓縮機(jī)三段吸入的溫度來(lái)調(diào)控該段的激冷。

(4)利用壓縮機(jī)四段吸入的流量，來(lái)調(diào)控該段吸入罐的防喘振回路，與一段防喘振回路相似，四段吸入罐的激冷液源于四段排出的并通過(guò)(乙烯產(chǎn)品汽化器NO.3、E-4015、乙烯產(chǎn)品汽化器NO.2)的液相，在溫度控制設(shè)備的使用下，利用檢測(cè)壓縮機(jī)四段吸入的溫度來(lái)調(diào)控壓縮機(jī)四段的激冷。

從對(duì)上述的四段防喘振操作進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，要是遇到了壓縮機(jī)跳車(chē)，激冷液就將自動(dòng)被切斷，避免罐液位過(guò)高。

利用壓縮機(jī)組防喘振控制系統(tǒng)，在開(kāi)工期間、緊急狀態(tài)和某些應(yīng)急狀態(tài)下，可以對(duì)丙烯制冷壓縮機(jī)進(jìn)行全循環(huán)操作。

2 丙烯制冷壓縮機(jī)喘振的過(guò)程與損害

2.1 丙烯制冷壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振的過(guò)程

在丙烯制冷壓縮機(jī)的具體運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生變化時(shí)，再加上與該機(jī)組的原始設(shè)計(jì)工況中的工藝氣體流量降低，就會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入到轉(zhuǎn)子葉輪或者是擴(kuò)壓裝置流道當(dāng)中的氣流朝向就會(huì)產(chǎn)生改變，假設(shè)工藝氣體的流量降低到相應(yīng)的程度，就會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)子葉輪與氣流的持續(xù)性活動(dòng)，進(jìn)而增大這類(lèi)邊界層區(qū)別的情況到全部機(jī)組流道當(dāng)中，在這個(gè)時(shí)候的氣流分離就會(huì)隨著葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的相反區(qū)域延展，進(jìn)一步在葉道當(dāng)中出現(xiàn)氣流漩渦，之后又從葉輪的外圈回到內(nèi)圈中，通常把這類(lèi)現(xiàn)象叫作氣流旋離。在出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，不能使葉道當(dāng)中的氣流通過(guò)，并且突然會(huì)降低級(jí)間的壓力，使得排氣管鐘氣壓較高的氣體回到逆流級(jí)間，這些氣體會(huì)彌補(bǔ)級(jí)間流量的缺點(diǎn)，以至于又可以使轉(zhuǎn)子葉輪可以繼續(xù)正常工作，再排出逆流回來(lái)的工藝氣體，接著會(huì)繼續(xù)降級(jí)間流量與級(jí)間壓力，隨之級(jí)后的高壓工藝氣體又逆流回級(jí)間，像這樣不斷重復(fù)，就會(huì)在壓縮機(jī)組的裝置中出現(xiàn)周期性的氣體振蕩情況，也可以叫做離心壓縮機(jī)“喘振”。

2.2 丙烯制冷壓縮機(jī)喘振的損害

(1)壓縮機(jī)組的工藝過(guò)程和機(jī)組工作系統(tǒng)均在預(yù)設(shè)定的參數(shù)下進(jìn)行的調(diào)節(jié)，對(duì)于工藝氣體參數(shù)要求嚴(yán)格，但機(jī)組喘振時(shí)，氣流強(qiáng)烈振蕩也會(huì)給機(jī)組工作系統(tǒng)帶來(lái)不穩(wěn)定性。

(2)轉(zhuǎn)子葉片運(yùn)行時(shí)，強(qiáng)烈的震動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生很大噪聲。

(3)壓縮機(jī)組各部件間的摩擦快速加大，主軸會(huì)受到明顯影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成轉(zhuǎn)子主軸彎曲變形，也會(huì)對(duì)葉輪造成破壞。

(4)壓縮機(jī)組軸承和軸頸間的磨損，會(huì)造成軸承合金出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損毀。

(5)喘振時(shí)，壓縮機(jī)組級(jí)間密封性會(huì)遭到損壞，出現(xiàn)級(jí)間互竄，極大降低了機(jī)組級(jí)間密封性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致不可估量的后果。

(6)壓縮機(jī)組的非正常運(yùn)行，會(huì)對(duì)系統(tǒng)各部件造成一定損壞，精密儀器損壞恢復(fù)測(cè)量的準(zhǔn)確性，會(huì)給整個(gè)機(jī)組工作系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)不可預(yù)見(jiàn)性，此外壓縮機(jī)組的壓力比、排氣量及工藝氣體密度也會(huì)影響機(jī)組喘振的程度，幾者之間也呈現(xiàn)正相關(guān)系。

3 丙烯制冷壓縮機(jī)喘振的判斷方法

(1)在機(jī)組與管網(wǎng)當(dāng)中出現(xiàn)的振蕩具有周期性的特點(diǎn)，同時(shí)會(huì)形成高低參差不齊的噪音，在更加嚴(yán)重的情況下，機(jī)組還會(huì)出現(xiàn)更加劇烈的沖擊聲。

(2)在機(jī)組的外殼與軸承之間會(huì)出現(xiàn)劇烈的振動(dòng)，并且其中各個(gè)零件當(dāng)中的振動(dòng)頻率還不一致，十分不穩(wěn)定，同時(shí)伴隨著的還有規(guī)律性的劇烈氣流音，在機(jī)組中出現(xiàn)的喘振頻率通常會(huì)較低。

(3)能夠得知工藝氣體中的進(jìn)口的流量與出口的壓力產(chǎn)生了大量的改變，并產(chǎn)生了規(guī)律性的脈動(dòng)，更有甚者會(huì)使得排氣管內(nèi)的高壓氣體還會(huì)出現(xiàn)逆流，此種工況非常危險(xiǎn)，需要特別注意。

(4)使得壓縮機(jī)組中的電機(jī)電流儀器與功率儀器中的指示針產(chǎn)生大范圍的不穩(wěn)定，并且伴隨大幅度的喘振，還會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的惡化。

4 導(dǎo)致丙烯制冷壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振的因素

(1)流量方面：假設(shè)丙烯制的冷壓縮機(jī)在所對(duì)應(yīng)的操作環(huán)境中的轉(zhuǎn)速為n，隨之就會(huì)形成相應(yīng)的出口流量為q，出口壓力為P的曲線(xiàn)。然后機(jī)組隨流量的降低而降低，使得持續(xù)增加出口壓力p，在滿(mǎn)足了該種運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)速下最大出口壓力時(shí)，整個(gè)機(jī)組就會(huì)步入到喘振區(qū)內(nèi)，使得裝置的出口壓力滿(mǎn)滿(mǎn)降低，并且流量也隨之減小，接著就會(huì)在壓縮機(jī)中出現(xiàn)喘振。通過(guò)P與Q的曲線(xiàn)而言，流量降低是導(dǎo)致壓縮機(jī)喘振的主要原因，在具體的制造操作過(guò)程中，最好在一定程度上防止丙烯制冷壓縮機(jī)位于小流量的運(yùn)行狀態(tài)下。

(2)氣體相對(duì)的分子質(zhì)量方面：丙烯制冷壓縮機(jī)在同種的轉(zhuǎn)速與不同的相對(duì)分子質(zhì)量狀態(tài)下，能夠在穩(wěn)定壓力的曲線(xiàn)能夠了解到，機(jī)組在這種情況下，要是在氣體的相對(duì)分子質(zhì)量M=20時(shí)出現(xiàn)喘振，就會(huì)使氣體在相對(duì)分子質(zhì)量為M=25與M=28運(yùn)行時(shí)，依舊能夠遠(yuǎn)離壓縮機(jī)組喘振區(qū)。因此，在壓力穩(wěn)定時(shí)運(yùn)行狀態(tài)下，壓縮機(jī)會(huì)隨著氣體中相對(duì)分子質(zhì)量的減小而更容易出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

(3)入口壓力方面：丙烯制冷壓縮機(jī)機(jī)組的入口壓力數(shù)值會(huì)在其壓力值穩(wěn)定的狀態(tài)下表現(xiàn)得越低越容易出現(xiàn)喘振，同時(shí)要是導(dǎo)致機(jī)組入口過(guò)濾器壓差增大，務(wù)必立即更換濾器濾網(wǎng)。

(4)入口溫度方面：丙烯制冷壓縮機(jī)在壓力與轉(zhuǎn)速都穩(wěn)定時(shí)，按照入口的氣體溫度差異形成的曲線(xiàn)可以見(jiàn)得，其喘振會(huì)隨著入口的氣體溫度升高而更頻繁的出現(xiàn)。所以，在同個(gè)離心壓縮機(jī)組來(lái)說(shuō)，溫度更高的夏季會(huì)比溫度角較低的冬季更常產(chǎn)生喘振。

(5)轉(zhuǎn)速方面：這種壓縮機(jī)通常會(huì)按照技術(shù)水平的不一致而對(duì)流量有標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)機(jī)組在轉(zhuǎn)速不同時(shí)工作，而操作過(guò)程中的用氣量固定時(shí)，喘振頻率會(huì)隨著壓縮機(jī)組的轉(zhuǎn)速更加頻繁。

(6)操作不恰當(dāng)：在開(kāi)啟丙烯制冷壓縮機(jī)時(shí)，需時(shí)刻記得“升壓先升速，降速先降壓”的使用準(zhǔn)則，在壓縮機(jī)速度與壓力提升時(shí)慢慢進(jìn)行，而在降速時(shí)需要提前使用一定的卸壓手段，比如說(shuō)氣體的回流與放空等等，防止在壓縮機(jī)放緩轉(zhuǎn)速后，工藝氣流倒灌。

(7)壓縮機(jī)中零件受損：在丙烯制冷壓縮機(jī)內(nèi)部放置的轉(zhuǎn)子機(jī)械、各環(huán)節(jié)所使用的密封圈與平衡裝置等零件的位置準(zhǔn)確性不足，以至于各級(jí)之間相互串氣，更有甚者會(huì)造成喘振。

5 丙烯制冷壓縮機(jī)喘振的預(yù)防措施

(1)壓力調(diào)節(jié)：丙烯制冷壓縮機(jī)的壓力在比所設(shè)置的壓力要高時(shí)的狀態(tài)下工作時(shí)，能夠利用對(duì)進(jìn)口流量的數(shù)據(jù)相應(yīng)的進(jìn)行出口壓力的調(diào)控，或者利用防喘振調(diào)節(jié)裝置來(lái)放空部分壓力，還能夠敷設(shè)旁通管線(xiàn)，利用旁通回流的形式，以至于排出的壓力維持在規(guī)定的壓力之下，從而使限制壓縮機(jī)組流量在所規(guī)定的最小流量范圍當(dāng)中。

(2)變頻器調(diào)節(jié)：在最開(kāi)始運(yùn)行丙烯制冷壓縮機(jī)時(shí)，其壓力是最大的，現(xiàn)場(chǎng)的傳感裝置會(huì)將檢測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)傳到PLC中，再通過(guò)PLC的計(jì)算，得到的運(yùn)行頻率輸入到控制變頻裝置中；在壓縮機(jī)工作時(shí)，PLC按照壓縮機(jī)組的壓差和流量的減少產(chǎn)生信號(hào)，使得變頻器的電源頻率降低，從而放緩了壓縮機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，防止壓縮機(jī)的速度過(guò)高產(chǎn)生喘振。

(3)科學(xué)管理防喘振安全裕度：按照丙烯制冷壓縮機(jī)的特點(diǎn)曲線(xiàn)，在其線(xiàn)路的右邊敷設(shè)一條防喘振線(xiàn)用來(lái)設(shè)定防喘振調(diào)節(jié)器的曲線(xiàn)，和喘振線(xiàn)當(dāng)中的區(qū)域是壓縮機(jī)的運(yùn)行安全區(qū)，也叫做防喘振安全裕度；而安全裕度的意思就是在相應(yīng)的工作轉(zhuǎn)速下，使得其正常流量和該轉(zhuǎn)速喘振流量相比，而在機(jī)組的工作點(diǎn)觸及防喘振線(xiàn)時(shí)，就能開(kāi)啟機(jī)組防喘振調(diào)節(jié)裝置，從而將工作地點(diǎn)右調(diào)到安全區(qū)中，防止喘振的出現(xiàn)。

(4)安裝報(bào)警儀表設(shè)備：在丙烯制冷壓縮機(jī)的進(jìn)口處放置流量監(jiān)控儀表，同時(shí)在出口處放置壓力監(jiān)控設(shè)備，假設(shè)壓縮機(jī)在運(yùn)行觸及喘振工況區(qū)時(shí)，所安裝的報(bào)警設(shè)備就可以立即發(fā)出警報(bào)，使之能夠預(yù)先利用方式處理不利的工況。

6 結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)致丙烯制冷壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振具有大量的因素，能夠?qū)⑵鋭澐殖蓛?nèi)外兩個(gè)部分，對(duì)內(nèi)是由于和葉輪構(gòu)造與葉道內(nèi)介質(zhì)息息相關(guān)，外因與管網(wǎng)特性密切相關(guān)，壓縮機(jī)發(fā)生喘振時(shí)往往是幾種情況綜合所致，分析喘振原因時(shí)，需要根據(jù)壓縮機(jī)實(shí)際工況分析，不可盲目定論。