離心壓縮機(jī)的防喘振控制研究

郝飛飛 張星星

摘要：離心壓縮機(jī)是通過(guò)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下將葉輪中心的氣體甩向葉輪的邊緣，氣體的動(dòng)能增加，被甩出后的氣體，進(jìn)入擴(kuò)壓器之中，通過(guò)這一過(guò)程降低氣體速度，使得動(dòng)能與靜壓能之間轉(zhuǎn)化，壓力得到提升。而在葉輪的中心區(qū)域就會(huì)成為低壓真空地帶，此時(shí)外界新鮮氣體被吸入，之后又會(huì)隨著葉輪旋轉(zhuǎn)，在不斷吸入和甩出氣體的過(guò)程中，使得氣體得以持續(xù)流動(dòng)。喘振的發(fā)生使壓縮機(jī)不能正常工作，壓縮機(jī)性能惡化，效率降低，對(duì)壓縮機(jī)組造成嚴(yán)重?fù)p傷，離心式壓縮機(jī)不可以在喘振時(shí)運(yùn)行，所以做好喘振預(yù)防，能夠進(jìn)一步提升離心壓縮機(jī)的安全運(yùn)行效果?；诖?，本文重點(diǎn)研究了離心式壓縮機(jī)的喘振危害和原因，提出了防喘振控制策略，有利于提高離心壓縮機(jī)的運(yùn)行可靠性。

關(guān)鍵詞：離心壓縮機(jī);喘振問(wèn)題;控制策略

1 離心壓縮機(jī)喘振的基本概述

結(jié)合離心壓縮機(jī)的運(yùn)行特性，當(dāng)氣流流向了葉輪背部出口附近后，會(huì)同步產(chǎn)生一定的能量損失，有關(guān)人員在開(kāi)展能量損失的分析時(shí)，一般可直接利用氣流流向特性的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)。在離心壓縮機(jī)的氣流流量偏小時(shí)，流量速度持續(xù)減小，且氣體徑向流速也呈不斷減小的趨勢(shì)，在這一趨勢(shì)下，進(jìn)入擴(kuò)壓器氣體的方向也大小也就發(fā)生了明顯的變化。在壓縮機(jī)出口壓力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)時(shí)，也會(huì)同步引發(fā)出口管路系統(tǒng)壓力的調(diào)整，一旦在此過(guò)程中出現(xiàn)了氣體倒流，氣體流道的流量會(huì)快速得到補(bǔ)充，也就保持了離心壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但在倒流情況下，氣體壓力顯著降低，系統(tǒng)內(nèi)會(huì)同步出現(xiàn)氣體流向問(wèn)題，且此問(wèn)題呈現(xiàn)周期性特征，加劇了壓縮機(jī)的振動(dòng)異常，這一現(xiàn)象也就是壓縮機(jī)的喘振。

2 離心壓縮機(jī)喘振的原因

2.1 核心部位的磨損

離心壓縮機(jī)的喘振是一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，引起這一現(xiàn)象的原因有多種，其中，核心部位的磨損是一個(gè)關(guān)鍵原因，根據(jù)離心壓縮機(jī)的運(yùn)行原理，核心部位主要負(fù)責(zé)的是氣體的壓縮，如果離心壓縮機(jī)處于長(zhǎng)時(shí)間使用的狀態(tài)，核心部位磨損嚴(yán)重，當(dāng)出現(xiàn)這一情況后，葉輪轉(zhuǎn)換壓縮氣體的能力將顯著降低，如果在這一情況下依然維持壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，葉輪的磨損將越發(fā)嚴(yán)重，也就會(huì)同步產(chǎn)生更大的喘振。磨損是誘發(fā)喘振的直接原因，但磨損又無(wú)法避免，需采取有效的措施進(jìn)行磨損控制。

2.2 擴(kuò)壓機(jī)器造成的腐蝕磨損

一些離心壓縮機(jī)的喘振問(wèn)題是由擴(kuò)壓機(jī)器腐蝕磨損所導(dǎo)致，因?yàn)殡x心壓縮機(jī)處于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的條件下時(shí)，存在強(qiáng)大的氣體壓縮，而此過(guò)程會(huì)對(duì)機(jī)器造成一定的腐蝕，加劇喘振。擴(kuò)壓機(jī)同樣是氣體壓縮中的關(guān)鍵構(gòu)成，因?yàn)樵跀U(kuò)壓機(jī)運(yùn)行時(shí)，氣體容重大大增大，可給氣體壓縮提供便捷，與此同時(shí)，擴(kuò)壓機(jī)同樣可對(duì)已壓縮氣體實(shí)施再壓縮，在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中，擴(kuò)壓機(jī)磨損嚴(yán)重，喘振效應(yīng)嚴(yán)重。

2.3 葉輪與擴(kuò)壓機(jī)之間的間隙變化

對(duì)于離心壓縮機(jī)而言，對(duì)葉輪越擴(kuò)壓機(jī)的間隙有著明確的規(guī)定，只有保障了間隙的科學(xué)性，才可以保持離心壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但一些離心壓縮機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，如果葉輪與擴(kuò)壓機(jī)的間隙沒(méi)有嚴(yán)格遵循相應(yīng)的規(guī)定，存在對(duì)間隙的隨意調(diào)整，也會(huì)增大喘振的發(fā)生概率。根據(jù)離心壓縮機(jī)的運(yùn)行情況，當(dāng)葉輪與擴(kuò)壓機(jī)的間隙過(guò)大時(shí)，存在氣體泄漏，而在間隙過(guò)小的情況下，葉輪與擴(kuò)壓機(jī)之間的磨損嚴(yán)重，引發(fā)的喘振危害巨大。

2.4入口溫度

由于壓縮機(jī)在不同入口氣體溫度下的運(yùn)行曲線有所不同，入口氣體的溫度越高，壓縮機(jī)則越容易出現(xiàn)喘振。在丙烷脫氫制丙烯裝置中產(chǎn)品氣壓縮機(jī)入口溫度的控制就很重要，既是為了避免壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振，同時(shí)在入口溫度低、出口溫度也會(huì)降低導(dǎo)致烯烴出現(xiàn)聚合現(xiàn)象，后期在壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)焦，影響壓縮機(jī)的運(yùn)行，在實(shí)際操作中控制壓縮機(jī)的入口溫度對(duì)離心壓縮機(jī)的操作極其關(guān)鍵。

3 離心壓縮機(jī)的喘振控制策略

3.1 隨時(shí)調(diào)整設(shè)施的壓力

為有效減小喘振對(duì)離心壓縮機(jī)的危害，相關(guān)人員在離心壓縮機(jī)的使用中，應(yīng)結(jié)合運(yùn)行需求，對(duì)設(shè)施的壓力參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)整，相關(guān)人員要在壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，開(kāi)展全方位的壓力監(jiān)測(cè)，一旦壓力超出了標(biāo)準(zhǔn)值，就要立即開(kāi)展對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)，在出口壓力的調(diào)節(jié)上，可通過(guò)對(duì)進(jìn)口流量的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，必要情況下進(jìn)行防喘振調(diào)節(jié)閥的配置，利用這一調(diào)節(jié)閥將內(nèi)部壓力釋放出來(lái)。

3.2 應(yīng)用固定極限流量法

為在離心壓縮機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中有效實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)壓力、流量等各個(gè)參數(shù)的科學(xué)調(diào)節(jié)和控制，如果為傳統(tǒng)壓縮機(jī)，一般可通過(guò)閥門(mén)回流、節(jié)流和放空的方式進(jìn)行基礎(chǔ)性的調(diào)節(jié)，雖然這些簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)方式對(duì)離心壓縮機(jī)的參數(shù)和防喘振控制有著一定的作用，但在調(diào)節(jié)工作結(jié)束后，伴隨著離心壓縮機(jī)的運(yùn)行，可能會(huì)加劇管網(wǎng)損耗，導(dǎo)致出現(xiàn)一定的能源浪費(fèi)，甚至在一些特殊的情況下難以保障離心壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致喘振情況過(guò)早出現(xiàn)。就當(dāng)下離心壓縮機(jī)的運(yùn)行和使用情況來(lái)看，很多企業(yè)中所采用的控制系統(tǒng)均為模擬形式的儀表，當(dāng)在壓縮機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)了喘振情況時(shí)，相應(yīng)模塊無(wú)法進(jìn)行錯(cuò)誤的修正。因?yàn)榇窬€呈現(xiàn)出非線性特征，控制效果很難保障，固定極限流量法在防喘振控制方面非常有效，總體上采用的是部分循環(huán)法，在這一方式下，離心壓縮機(jī)的流量始終超過(guò)某流量，也就可抑制壓縮機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)。

3.3 合理調(diào)整離心式壓縮機(jī)的參數(shù)

離心式壓縮機(jī)的防喘振控制上，也可通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)各個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槊總€(gè)企業(yè)的生產(chǎn)情況、離心壓縮機(jī)配置、各個(gè)參數(shù)都存在一定的區(qū)別，就需要在防喘振控制上，要嚴(yán)格根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行各個(gè)參數(shù)的科學(xué)調(diào)節(jié)，以保持離心壓縮機(jī)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。在離心壓縮機(jī)處理上，也可適當(dāng)對(duì)葉輪進(jìn)口側(cè)開(kāi)展加厚處理，并對(duì)壓縮機(jī)設(shè)置可調(diào)導(dǎo)葉。

3.4 安裝離心式壓縮機(jī)喘振報(bào)警設(shè)備

隨著生產(chǎn)現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)，當(dāng)下越來(lái)越多的企業(yè)都引入了現(xiàn)代化的生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)離心壓縮機(jī)的防喘振控制上，同樣可采用現(xiàn)代化的控制技術(shù)，比如，可在離心壓縮機(jī)中進(jìn)行喘振報(bào)警設(shè)備的安裝，因?yàn)樵撛O(shè)備本身具有極高的智能化特征，可在壓縮機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，由智能化模塊開(kāi)展相應(yīng)的監(jiān)控，一旦識(shí)別出了潛在的喘振問(wèn)題，該裝置會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，提醒有關(guān)人員來(lái)及時(shí)采取有效的措施進(jìn)行防喘振控制。

3.5 設(shè)置防喘裕度

離心壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，如果可以將不同轉(zhuǎn)速的喘振流在特定的方式下連接起來(lái)，也就可獲得完整的喘振線，將此作為基礎(chǔ)以5%余量依次向右平移兩次，在這一條件下，也就可得到3個(gè)喘振線，這些防喘振線中，如果機(jī)組工作點(diǎn)與該線無(wú)限接近，在壓縮機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，防喘振控制系統(tǒng)就會(huì)立即開(kāi)啟防喘振線，開(kāi)啟時(shí)間要保持到工作點(diǎn)離開(kāi)喘振線的情況。防喘振快開(kāi)線在處于機(jī)組流量持續(xù)降低的條件下，工作點(diǎn)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)與第二防喘振線相互接近，在這一情況下，防喘振控制系統(tǒng)會(huì)立即進(jìn)行提示信號(hào)的反饋，進(jìn)而使得防喘振閥的安全開(kāi)度設(shè)置符合要求。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著當(dāng)前離心壓縮機(jī)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，各個(gè)企業(yè)都要意識(shí)到喘振現(xiàn)象對(duì)壓縮機(jī)所造成的巨大危害，根據(jù)喘振發(fā)生機(jī)理和原因，采取有效的防喘振控制措施，以保障離心壓縮機(jī)的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。一旦離心壓縮機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的喘振現(xiàn)象，就會(huì)對(duì)其運(yùn)行效果造成非常直接的影響，壓縮機(jī)的故障率也相對(duì)比較高。為了有效避免這種情況的發(fā)生，應(yīng)該對(duì)離心壓縮機(jī)發(fā)生喘振的原因進(jìn)行認(rèn)真的分析，提出針對(duì)性的措施，使離心壓縮機(jī)正常運(yùn)行。

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