蒸汽壓縮機防喘振控制方式探究

陳丹丹 周詩泰

格力電器（石家莊）有限公司

蒸汽壓縮機是在熱回收中對產生蒸汽進行壓縮，以提高蒸汽溫度、壓力的重要設備。而蒸汽壓縮機喘振現(xiàn)象是一種極其常見的運行故障，會引起動靜部件之間的摩擦、碰撞，使得壓縮機軸出現(xiàn)彎曲、變形，嚴重時葉輪會損壞。所以，為了提升蒸汽壓縮機運行效率，保障生產的順利進行，應結合蒸汽壓縮機結構組成原理、運行環(huán)境等因素，制定有效的防喘振控制方式。

一、蒸汽壓縮機喘振原理

蒸汽壓縮機結構復雜，主要包括潤滑系統(tǒng)、蒸汽降溫器、壓縮系統(tǒng)三個部分。依據(jù)壓縮類型還可將蒸汽壓縮機分為離心式壓縮機、羅茨式壓縮機等。

當離心式壓縮機操作工況出現(xiàn)變動且偏離設計工況時，如果氣體流量減少，進入到葉輪、擴壓器流道的氣流方向就會發(fā)生變化。一旦氣體流量減少到一定值時，整個流道的邊界層分離現(xiàn)象就會逐漸加重。同時，在氣流分離沿著葉輪旋轉反向擴展的作用下，葉道中會出現(xiàn)氣流旋離，葉道中氣流無法順暢流通，出現(xiàn)級下降，進而導致排氣管內高壓力氣體倒流，再次使葉輪正常運行。但此時新倒流氣體又會被壓出，導致級中流量減少、壓力下降。之后級后的壓力氣體又倒流回到級中。這樣來回反復，壓縮機就會出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

從中也能夠總結出蒸氣壓縮機出現(xiàn)喘振現(xiàn)象的條件包括：①流量會變小，小到一定程度時壓縮機就無法穩(wěn)定運行。②管網(wǎng)系統(tǒng)氣體壓力比較大，超出一定轉速對應的最高壓力時就會出現(xiàn)向管網(wǎng)氣體倒流，壓縮機喘振現(xiàn)象。③機械部件損壞。機械密封良好時，各級之間不會發(fā)生串氣。但是機械密封不良，或損壞、脫落時就會出現(xiàn)串氣，引起蒸汽壓縮機喘振。④若是操作過程中升速、升壓過快，就會引發(fā)氣流倒灌現(xiàn)象，導致蒸汽壓縮機喘振。⑤轉速、流量、壓力等發(fā)生轉變時，壓縮機運行點有可能落入到喘振區(qū)，以致于蒸氣壓縮機出現(xiàn)喘振。

二、蒸汽壓縮機防喘振的判斷

蒸汽壓縮機防喘振的判斷方式包括：①采用聽測的方法判斷壓縮機出口管路氣流是否存在噪音。若其中出現(xiàn)了周期性的呼哧呼哧聲響，尤其是進入喘振工況，噪聲聲音會更大，甚至有可能出現(xiàn)爆炸聲音。②采用觀測的方法，觀察壓縮機進口流量、出口壓力是否正常。如果發(fā)現(xiàn)其中出現(xiàn)了周期性的脈動、測量儀表的大幅度擺動現(xiàn)象，就證明其中出現(xiàn)了喘振故障。③觀測壓縮機機體、軸承的振動情況是否存在異常。因為當其出現(xiàn)嚴重喘振現(xiàn)象時，機體、軸承都會出現(xiàn)劇烈振動。④運用故障診斷、狀態(tài)監(jiān)測技術評估蒸汽壓縮機是否出現(xiàn)喘振。蒸汽壓縮機喘振可分為深度喘振、弱度喘振，但兩者之間并無明顯的判斷界限，只依靠觀測、聽測手段是無法準確判別喘振程度的。所以，要借助先進的故障診斷、狀態(tài)監(jiān)測技術進行故障分析、判斷。

三、實例分析蒸汽壓縮機防喘振控制方式

（一）實例分析。文章選取了某硫酸銨二期項目中不同類型的蒸汽壓縮機為例具體分析了壓縮機控制方法。這些不同類型的蒸汽壓縮機入口流量分別為90、112、4t/h。其主要組成部分包括蒸汽系統(tǒng)組成的回路控制、壓縮機機械保護系統(tǒng)、潤滑油油溫檢測系統(tǒng)、防喘振控制回路等。在防喘振控制回路之上有防喘振閥門、排空閥等，可以用于蒸汽壓縮機的防喘振控制。

（二）控制方式。結合蒸汽壓縮機出現(xiàn)喘振的原因，可采取以下控制方式。一是打開排空閥門，降低出口管道壓力，緩解喘振現(xiàn)象。但這種方式只能緩解喘振，而不能真正消除喘振。二是可以打開回流管線上的防喘振閥門，讓出口管道蒸汽回流，降低管道壓力，增加蒸汽壓縮機入口流量。但在開啟、關閉防喘振閥門時要緩慢、交替，平緩操作，以免軸位移過大，振動加劇。如果壓縮機組上的防喘振閥門超過兩個，更要交替進行，保持各缸壓力均勻變化。

針對該蒸汽壓縮機，其具體防喘振控制方法為：先手動打開排空閥門，放空蒸汽，降低出口壓力。接下來，再在回流管道上增設防喘振閥門，在蒸汽壓縮機入口流量比較小時開啟防喘振閥門，以增加入口流量，避免蒸氣壓縮機出現(xiàn)防喘振現(xiàn)象。

（三）自動控制方式。在蒸汽壓縮機防喘振控制中還可采取自動控制方式，使其在自動出口顯示值、出口壓力設計值出現(xiàn)偏差時，自動調節(jié)其運行頻率。當自動出口顯示值比較小時，會自動將其頻率調大，控制壓縮機運行狀況。針對本文提出的壓縮機實例，可采用依據(jù)防喘振計算公式組態(tài)防喘振判定程序、依據(jù)蒸氣壓縮特性曲線推到防喘振判定程序，實現(xiàn)防喘振閥門自動控制。一旦蒸汽壓縮機出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，就可及時進行預警。就其中第一種控制方法來說，可通過設定喘振判斷系數(shù)的方法判斷蒸汽壓縮機是否出現(xiàn)了喘振現(xiàn)象。就第二種控制方式來說，在充分考慮特性曲線的基礎上，根據(jù)不同額定轉速進行分段計算，確定邊界斜率，并將其與工況斜率進行對比，確定是否出現(xiàn)了喘振現(xiàn)象。若邊界斜率較大，則證明蒸汽壓縮機出現(xiàn)了喘振現(xiàn)象，反之，則正常。另外，還可設置預警機制，實現(xiàn)蒸汽壓縮機喘振的自動預警，以便工作人員能及時處理喘振事故，保證蒸汽壓縮機的正常運行。

綜上所述，消除蒸汽壓縮機喘振現(xiàn)象的前提是要充分、詳細地了解蒸氣壓縮機結構、運行原理；關鍵是掌握蒸汽壓縮機喘振現(xiàn)象判斷方法，以便根據(jù)實際情況制定更加合理的控制方式；重點是結合蒸氣壓縮機類型、結構特點選擇合適的控制方式，并創(chuàng)建自動化的控制方式，真正意義上地做好蒸汽壓縮機防喘振控制工作。