離心式壓縮機(jī)喘振原因及其預(yù)防措施分析

李澤洋

（陜西延長(zhǎng)石油延安能源化工有限責(zé)任公司，陜西延安 727500）

0 引言

喘振現(xiàn)象能夠損壞離心式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，是設(shè)備不平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，不僅會(huì)降低離心式壓縮機(jī)綜合性能，還會(huì)阻礙機(jī)組正常工作，縮短離心式壓縮機(jī)的使用壽命。為保障工作效率及綜合效益，應(yīng)注意總結(jié)產(chǎn)生喘振的原因及預(yù)防措施，盡可能降低喘振頻率，避免喘振現(xiàn)象。

1 離心式壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象分析

1.1 喘振現(xiàn)象

分析喘振現(xiàn)象應(yīng)從以下3 個(gè)角度入手，全方位了解離心式壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象：①觀(guān)察離心式壓縮機(jī)進(jìn)出口壓力數(shù)值及入口流量，運(yùn)用CCS 軟件得出數(shù)值波動(dòng)幅度軌跡趨勢(shì)圖，分析CCS趨勢(shì)圖特征，若此時(shí)存在較大波動(dòng)或周期性波動(dòng)，則離心式壓縮機(jī)可能出現(xiàn)喘振現(xiàn)象；②采用“聽(tīng)”的方式判斷喘振，若離心式壓縮機(jī)進(jìn)出氣管出現(xiàn)“呼哧呼哧”的氣流噪聲，則證明離心式壓縮機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，機(jī)組存在喘振問(wèn)題[1]；③根據(jù)離心式壓縮機(jī)實(shí)際情況分析其軸系振動(dòng)圖，若發(fā)現(xiàn)離心式壓縮機(jī)內(nèi)出現(xiàn)軸系急劇振動(dòng)的情況，且振動(dòng)相對(duì)明顯，則說(shuō)明離心式壓縮機(jī)存在喘振現(xiàn)象。在離心式壓縮機(jī)日常應(yīng)用期間，可采取上述3 種手段判斷離心式壓縮機(jī)是否存在喘振現(xiàn)象。

1.2 喘振位置

當(dāng)氣流在離心式壓縮機(jī)葉片擴(kuò)壓器或葉輪的流動(dòng)路徑內(nèi)時(shí)，將引發(fā)喘振現(xiàn)象。離心式壓縮機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象的位置并不具體，可能為某個(gè)部位或某個(gè)階段區(qū)域，還可能是整個(gè)單元發(fā)生喘振，但通常情況下，離心式壓縮機(jī)喘振發(fā)生位置存在一定規(guī)律：①若離心式壓縮機(jī)內(nèi)存在葉片擴(kuò)壓器，在該部位是出現(xiàn)喘振的第一區(qū)域；②若離心式壓縮機(jī)未設(shè)置葉片擴(kuò)壓器，則葉輪為首個(gè)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象的部位，當(dāng)離心式壓縮機(jī)氣體激增時(shí)，該氣體將在葉輪位置紊亂流動(dòng)，并使喘振現(xiàn)象逐步擴(kuò)散，若不加以控制，將直接影響整個(gè)機(jī)組。

1.3 喘振危害

離心式壓縮機(jī)喘振存在較大危害，具體如：①出現(xiàn)喘振現(xiàn)象時(shí)，將使離心式壓縮機(jī)進(jìn)出口相關(guān)參數(shù)產(chǎn)生大幅度波動(dòng)變化，繼而影響整個(gè)工藝流程；②喘振現(xiàn)象將對(duì)離心式壓縮機(jī)的隔板、密封裝置、軸承、轉(zhuǎn)動(dòng)部件產(chǎn)生較大沖擊，使離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)設(shè)備內(nèi)部靜止件產(chǎn)生磨損刮碰；③喘振現(xiàn)象將直接阻礙離心式壓縮機(jī)配套設(shè)施的運(yùn)行，以干氣密封裝置為例，當(dāng)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象時(shí)，將直接損壞干氣密封裝置，繼而產(chǎn)生聯(lián)鎖停車(chē)現(xiàn)象；④喘振現(xiàn)象將對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成巨大沖擊，引發(fā)軸瓦密封型環(huán)燒蝕變形、刮碰磨損等問(wèn)題；⑤在喘振現(xiàn)象作用下，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與內(nèi)部密封元產(chǎn)生異常摩擦，產(chǎn)生間隙超差，并使壓比不達(dá)標(biāo)，若在此期間造成有毒有害、易燃易爆介質(zhì)產(chǎn)生泄漏，將造成較大經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)人員傷亡。

1.4 喘振原因

離心式壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象的原因眾多，但多集中在設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行3 個(gè)方面。①設(shè)計(jì)原因。在離心式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)期間并未嚴(yán)格設(shè)計(jì)防喘振系統(tǒng)，或旁通閥、放空閥等防喘振閥的設(shè)計(jì)循環(huán)氣量無(wú)法滿(mǎn)足要求。若在設(shè)計(jì)期間并未將防喘振系統(tǒng)與氣體分析儀進(jìn)行連接，同樣可引發(fā)喘振現(xiàn)象，此外，在設(shè)計(jì)階段未補(bǔ)償修正溫度壓力同樣是引發(fā)喘振現(xiàn)象的原因；②調(diào)試原因。主要指離心式壓縮機(jī)的防喘振系統(tǒng)存在缺陷但并未在試運(yùn)行期間進(jìn)行調(diào)試，在離心式壓縮機(jī)內(nèi)部埋下了質(zhì)量隱患；③運(yùn)行原因。在正式投入使用前并未全面校核心式壓縮機(jī)性能，并未組織氣體喘振試驗(yàn)，繼而導(dǎo)致部分質(zhì)量隱患未被發(fā)展；在運(yùn)行期間，可能因錯(cuò)誤操作等因素導(dǎo)致防喘振系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)運(yùn)行，繼而出現(xiàn)防喘振系統(tǒng)失靈等問(wèn)題，使喘振預(yù)防措施無(wú)法發(fā)揮效果；若在設(shè)備運(yùn)行期間實(shí)際進(jìn)氣溫度壓力數(shù)值與設(shè)計(jì)數(shù)值相差較大，將引發(fā)喘振現(xiàn)象。

2 離心式壓縮機(jī)喘振的預(yù)防措施

2.1 控制設(shè)計(jì)源頭

2.1.1 部件幾何尺寸

按照離心式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)合理控制各部件幾何尺寸，規(guī)范離心式壓縮機(jī)內(nèi)部通流結(jié)構(gòu)，為離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行留出足夠安全裕度。防喘振是離心式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，其工作原理如圖1 所示。為留出足夠安全裕度，離心式壓縮機(jī)內(nèi)部各部件最小體積流量應(yīng)控制在（1.05～1.10）qv。因此，為保障設(shè)計(jì)效果，應(yīng)在喘振線(xiàn)右側(cè)設(shè)置防喘振保護(hù)線(xiàn)，而防喘振保護(hù)線(xiàn)與喘振線(xiàn)之間的空間為安全裕度。在圖1 中，以最大連續(xù)轉(zhuǎn)速線(xiàn)、最大壓力線(xiàn)作為上方邊界，以最小工作轉(zhuǎn)速線(xiàn)作為下方邊界，以阻塞流量線(xiàn)為右方邊界，以喘振線(xiàn)為左方邊界，但為留出安全裕度，左方邊界區(qū)防喘振保護(hù)線(xiàn)，圖1 中陰影部分是離心式壓縮機(jī)工況點(diǎn)的移動(dòng)范圍，工況點(diǎn)越接近喘振線(xiàn)則越危險(xiǎn)，當(dāng)工況點(diǎn)與喘振線(xiàn)重合時(shí)則會(huì)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，因此當(dāng)工況點(diǎn)接近防喘振保護(hù)線(xiàn)時(shí)，需執(zhí)行防喘振操作。

為進(jìn)一步增強(qiáng)離心式壓縮機(jī)抗喘振能力，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意以下3 點(diǎn)：①若采用多級(jí)壓縮機(jī)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)為級(jí)間氣流營(yíng)造良好通流條件；②多缸離心式壓縮機(jī)的后缸或小流量離心式壓縮機(jī)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將無(wú)葉擴(kuò)壓器作為離心式壓縮機(jī)的通流截面部件；③在可變速離心式壓縮機(jī)內(nèi)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況設(shè)計(jì)好轉(zhuǎn)速參數(shù)[2]。

2.1.2 設(shè)置逆止閥

在離心式壓縮機(jī)出口部位增設(shè)逆止閥結(jié)構(gòu)，若離心式壓縮機(jī)在運(yùn)行期間出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，可通過(guò)逆止閥避免氣體回流，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生保護(hù)效果，此外，離心式壓縮機(jī)出口部位的第一個(gè)閥門(mén)，應(yīng)在確保設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)上盡可能靠近出口法蘭，以此縮減管網(wǎng)容量，控制通流能量。

2.1.3 強(qiáng)化防喘振控制

為良好預(yù)防離心式壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象，需于設(shè)計(jì)期間搭建完整的防喘振系統(tǒng)。①設(shè)置高溫報(bào)警裝置，將其安裝至平衡盤(pán)管線(xiàn)上，喘振現(xiàn)象出現(xiàn)前將引發(fā)氣體溫度上升，高溫報(bào)警裝置內(nèi)的傳感器捕捉到溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)氣體溫度超出限值后將自動(dòng)發(fā)出警報(bào)；②在離心式壓縮機(jī)缸間、段間設(shè)置防喘振調(diào)節(jié)裝置，為避免喘振現(xiàn)象產(chǎn)生，應(yīng)確保離心式壓縮機(jī)工況點(diǎn)處于圖1 中陰影區(qū)域內(nèi)，當(dāng)離心式壓縮機(jī)的喘振曲線(xiàn)移動(dòng)至防喘振保護(hù)線(xiàn)時(shí)，則意味著存在喘振隱患，此時(shí)需盡快打開(kāi)防喘振閥，通過(guò)擴(kuò)大進(jìn)口流量來(lái)減緩管網(wǎng)阻力，使離心式壓縮機(jī)喘振曲線(xiàn)逐漸向右移動(dòng)，遠(yuǎn)離防喘振保護(hù)線(xiàn)。喘振線(xiàn)與防喘振保護(hù)線(xiàn)之間的安全裕度通常為整個(gè)工況區(qū)域的8%～10%，此時(shí)可根據(jù)該比例設(shè)置離心式壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)參數(shù)；③隨著科技的進(jìn)步，自動(dòng)化防喘振控制系統(tǒng)已應(yīng)用在離心式壓縮機(jī)內(nèi)，但為全面規(guī)避喘振現(xiàn)象，應(yīng)在保障自動(dòng)化防喘振控制系統(tǒng)完整高效的同時(shí)，設(shè)計(jì)手動(dòng)控制系統(tǒng)，并將自動(dòng)化、手動(dòng)化控制手段進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，當(dāng)自動(dòng)化防喘振控制系統(tǒng)手失靈或功能滯后時(shí)，可采用手動(dòng)化控制方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖1 離心式壓縮機(jī)防喘振工作原理

2.1.4 可視化控制界面

為使防喘振措施良好落實(shí)，并幫助離心式壓縮機(jī)操作人員能夠準(zhǔn)確把握運(yùn)行工況，應(yīng)設(shè)置可視化防喘振控制界面，當(dāng)離心式壓縮機(jī)工況點(diǎn)出現(xiàn)喘振隱患時(shí)，操作人員可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并采取應(yīng)對(duì)措施，使防喘振效果更為優(yōu)異。

2.2 做好試運(yùn)行調(diào)試

當(dāng)離心式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)并制造完畢后，必須進(jìn)行試運(yùn)行環(huán)節(jié)，并根據(jù)試運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行調(diào)試：①在正式試運(yùn)行前引導(dǎo)操作人員學(xué)習(xí)離心式壓縮機(jī)的應(yīng)用流程，熟悉相關(guān)操作及工藝原理，掌握管網(wǎng)特性、結(jié)構(gòu)性能、進(jìn)口條件、轉(zhuǎn)速參數(shù)等關(guān)鍵點(diǎn)，并要求操作人員理解喘振原理及預(yù)防措施；②以離心式壓縮機(jī)性能曲線(xiàn)為依據(jù)，設(shè)置增速曲線(xiàn)、減速曲線(xiàn)，并按照“降速先減壓、升壓先增速”的原則操作離心式壓縮機(jī)[3]；③離心式壓縮機(jī)試運(yùn)行啟動(dòng)前，需打開(kāi)防喘振閥、回流閥、進(jìn)口閥，檢查出口閥是否處于關(guān)閉狀態(tài)，為后續(xù)空載啟動(dòng)奠定基礎(chǔ)。依據(jù)增速曲線(xiàn)將離心式壓縮機(jī)調(diào)節(jié)至最小轉(zhuǎn)速時(shí)，即可進(jìn)行增壓；④在升壓操作前，需打開(kāi)出口閥門(mén)，緩慢關(guān)閉防喘振閥，以此方可執(zhí)行下一步操作。但在升壓、增速期間應(yīng)注意，應(yīng)確保增速速度快于升壓速度；⑤雙缸離心式壓縮機(jī)內(nèi)部存在2 個(gè)防喘振回路，在設(shè)備啟動(dòng)后需按照“先低后高”的原則依次提升低壓缸、高壓缸的壓比，即先關(guān)低壓缸防喘振閥；⑥在關(guān)閉離心式壓縮機(jī)前，需將回流閥適量打開(kāi)，待出口壓力適宜后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使速度與壓力交替降低，采用此方式消除出口壓力后即可關(guān)閉離心式壓縮機(jī)。而對(duì)于雙缸離心式壓縮機(jī)，需以“先高后低”為順序關(guān)閉回流閥；⑦離心式壓縮機(jī)的喘振點(diǎn)及性能曲線(xiàn)均由設(shè)計(jì)人員參數(shù)計(jì)算得來(lái)，可能存在誤差，且離心式壓縮機(jī)的、安裝裝配期間同樣可能出現(xiàn)誤差，因此離心式壓縮機(jī)喘振線(xiàn)可能存在偏差。

在試運(yùn)行調(diào)試期間，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用條件對(duì)喘振線(xiàn)進(jìn)行實(shí)測(cè)校準(zhǔn)，通常情況下為保障試驗(yàn)效果，僅可在離心式壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定正常后方可組織喘振試驗(yàn)。喘振現(xiàn)象對(duì)設(shè)備具有巨大破壞性，在喘振試驗(yàn)期間應(yīng)有專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員從旁指導(dǎo)，當(dāng)出現(xiàn)喘振隱患時(shí)快速應(yīng)對(duì)。為保障喘振試驗(yàn)效果，需由慢到快設(shè)置5 個(gè)轉(zhuǎn)速條件，了解離心式壓縮機(jī)在各個(gè)轉(zhuǎn)速條件下的喘振現(xiàn)象，當(dāng)離心式壓縮機(jī)啟動(dòng)后，其進(jìn)口壓力溫度數(shù)值持續(xù)不變，離心式壓縮機(jī)進(jìn)口壓力逐漸變大，而進(jìn)口體積流量逐漸變小，若離心式壓縮機(jī)在喘振試驗(yàn)期間出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，則需記錄距離喘振最近的穩(wěn)定點(diǎn)數(shù)據(jù)，將該數(shù)作為離心式壓縮機(jī)在各個(gè)轉(zhuǎn)速條件下的喘振點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上得出喘振線(xiàn)，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)值修正防喘振控制系統(tǒng)內(nèi)的曲線(xiàn)，以此提高控制系統(tǒng)效果。

2.3 落實(shí)運(yùn)行維護(hù)

在離心式壓縮機(jī)運(yùn)行期間，應(yīng)定期維護(hù)保養(yǎng)，使設(shè)備能夠保持優(yōu)良性能：①定期清理進(jìn)口管路，避免其被污垢、雜質(zhì)、灰塵等雜物堵塞；②離心式壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)注意觀(guān)察并記錄溫度、壓力、氣體分子相對(duì)質(zhì)量、進(jìn)氣流量、管網(wǎng)壓力、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，了解各類(lèi)參數(shù)對(duì)管路體系的作用變化，同時(shí)注意管線(xiàn)堵塞問(wèn)題，定期觀(guān)察工況點(diǎn)動(dòng)態(tài)，當(dāng)其趨向防喘振保護(hù)線(xiàn)時(shí)及時(shí)調(diào)節(jié)回流閥、轉(zhuǎn)速、進(jìn)口節(jié)流及導(dǎo)葉角度，用以改變工況點(diǎn)，緩解出口阻力，使離心式壓縮機(jī)工況點(diǎn)處于穩(wěn)定狀態(tài)，遠(yuǎn)離防喘振區(qū)域，在此基礎(chǔ)上調(diào)查出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因，有針對(duì)性地做出優(yōu)化[4]；③在離心式壓縮機(jī)實(shí)際操作期間，要求操作人員嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行操作，并引導(dǎo)操作人員定期回顧喘振的預(yù)防措施，當(dāng)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象時(shí)，確保操作人員能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)。發(fā)生喘振時(shí)不可第一時(shí)間停機(jī)，需使離心式壓縮機(jī)遠(yuǎn)離喘振區(qū)域后查明原因，檢查設(shè)備存在損壞現(xiàn)象，當(dāng)所有事項(xiàng)嚴(yán)格落實(shí)且離心式壓縮機(jī)恢復(fù)正常后，即可正常操作。

3 結(jié)束語(yǔ)

喘振是離心式壓縮機(jī)運(yùn)行期間常見(jiàn)危害性現(xiàn)象，設(shè)計(jì)不當(dāng)、調(diào)試不佳、運(yùn)行失誤等均可引發(fā)喘振，阻礙正常生產(chǎn)工作，因此必須重視離心式壓縮機(jī)的喘振預(yù)防工作。在離心式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)搭建完整的防喘振控制系統(tǒng)，合理設(shè)計(jì)結(jié)合尺寸與逆止閥，并按規(guī)定做好試運(yùn)行與設(shè)備調(diào)試工作，最后于離心式壓縮機(jī)運(yùn)行期間時(shí)作為維護(hù)保養(yǎng)，以此全方位避免喘振現(xiàn)象的產(chǎn)生。