離心壓縮機防喘振工況研究

摘 要：由于操作工況的變化，壓縮機系統中經常發生喘振現象。嚴重的喘振會引起止推軸承燒瓦，甚至損壞壓縮機內件等嚴重事故。為了保證壓縮機正常工作，并延長其使用壽命，應避免其在喘振條件下運行，以保持工藝系統穩定。

關鍵詞：壓縮機；離心式 ；喘振；

中圖分類號：TE83 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-04-00264-01

一、前言

離心式壓縮機以其諸多有點被廣泛應于長輸管道的增壓系統中。然而離心壓縮機對氣體的壓力、流量、溫度變化敏感，易發生喘振，使壓縮機轉子和靜子經受交變應力作用而斷裂，使級間壓力失常而引起強烈振動，導致密封及推力軸承損壞，使運動元件和靜止元件相碰，造成嚴重事故，所以應盡力防止其喘振。

二、離心式壓縮機喘振機理

離心式壓縮機壓縮過程主要是在葉輪和擴壓器內完成，喘振產生的內部原因與葉道內氣體的脫離密切相關。氣體流量減少到一定程度時，內部氣流流動方向與葉片的安裝方向嚴重偏離，進口氣流角與葉片進口安裝角產生較大正沖角，造成葉道內葉片凸面氣流嚴重脫離。嚴重時葉道中氣體滯流，壓力下降，葉道后的高壓氣流倒灌，彌補流量不足和緩解氣流脫離現象，使之短暫恢復正常。但將倒灌氣體壓出時，由于流量缺少補給，上述現象再次重復。這樣氣流脫離和氣流倒灌現象反復進行，壓縮機產生一種低頻高振幅的壓力脈動，機器強烈振動，發出很大噪聲，這種現象稱為“喘振”。[1]

三、離心式壓縮機產生喘振的原因和危害

（一）喘振的原因。1、內在原因：氣流嚴重失速和擴展。壓縮機實際運行流量小于壓縮機喘振流量。壓縮機運行工況遠離設計點，流量小于最小值，在葉輪和擴壓器內出現氣流嚴重旋轉脫離。2、外在原因：壓縮機與管網的聯合運行工況條件。當管網流量、阻力變化與壓縮機工作不協調時出現喘振。當壓縮機出口工作壓力值設定在喘振區邊緣；或壓縮機內部積攢各種粉質材料，各部件間粘結，從而導致喘振[2]。當壓縮機與管網相連時，喘振的發生與管網容量密切相關，管網容量越大，喘振頻率越低，振幅越大；反之頻率越高，振幅越小。

（二）喘振的危害。喘振是離心式壓縮機工作在小流量時的不穩定流動狀態，喘振輕則使壓縮機停機，重則造成壓縮機葉片損壞，引起設備報廢甚至造成人員傷害。喘振還能破壞工藝系統穩定性以及損壞軸承造成惡性事故。

四、防止喘振產生的主要措施

（一）控制進氣流量。正常情況下離心式壓縮機喘振是由于吸入流量減少，被輸送氣體流量小于該工況下特性曲線喘振點引起的。保證壓縮機入口流量大于喘振點的流量，系統就會工作在穩定區，不發生喘振。

B為喘振點，C為控制點，A和D為100%出口壓力對應的運行點。當工藝需求的體積流量小于80%流量時，控制系統至少應保持壓縮機通過80%的流量。例如： 當工藝需求量為60%流量時，控制系統應保持回流管線通過20%的回流量，從而保證通過壓縮機的流量為80%，避免發生喘振。傳統離心式壓縮機防喘振控制方法主要有固定極限流量法和可變極限流量法。

1、固定極限流量法。固定極限流量法使壓縮機流量始終保持大于某一定值流量，避免進入喘振區。通常用于恒速運行的離心機且一般流量調節器的給定值應大于額定喘振點流量的7%～10%[4]；為達到控制流量或壓力的目的，可采取旁通回流、閥門節流、放空等手段，方法簡單易行，但卻是以增加管網損耗，浪費能源為代價，不能充分使壓縮機工作在其工況區，會過早啟動防喘振系統，浪費能源。2、可變極限流量法。變極限流量法是采用隨動防喘振流量控制系統在壓縮機的不同工況下沿喘振曲線自動改變防喘振流量調節器的給定值，使防喘振調節器沿喘振曲線右側安全控制線工作，安全節能[3]。采用可變極限流量法防喘振旁通閥打開點的設定很重要。設定過高壓縮機低負荷消耗更大能量。設定過低壓縮機被允許穿過喘振線而發生喘振。

（二）定期檢修維護設備

1、定期校驗安全閥、防喘振閥、壓力及流量聯鎖儀表，確保其整定值準確、動作靈敏。另外應定期維護壓縮機出口單向閥，確保其靈活。進口帶可調導葉機構的離心式壓縮機，其導葉執行機構要反應靈敏，反饋信號一定要準確無誤[4]。2、對壓縮機定期檢修，及時發現并更換轉子中磨損的組件，采用不銹鋼材質組件；調整葉輪側滑動軸承徑向等間隙，保護層施工時用力均勻拉緊，用粘結膠帶將縱縫和橫縫粘結牢固，及時清理壓縮機內部殘留物，保持網管與進氣箱整潔通暢。

（三）變頻器調速防喘振。防喘振也可用變頻器調速來實現。變頻器調速防喘振減少了壓縮機能耗。壓縮機開始運行時，負荷最大，儀表檢測設備把測量參數傳至PLC，PLC經過運算控制變頻器，變頻器輸出頻率上升，壓縮機高負荷運行。隨著壓縮機運行，PLC掃描到壓縮機前后差壓降低、壓縮機流量減少，PLC發出控制信號，控制變頻器降低電源頻率，從而降低壓縮機轉速。讓壓縮機在低負荷下運行，避免壓縮機喘振，節省運行電能。變頻器控制的壓縮機不但能防止喘振，但壓縮機轉速不能無限下降，到一定程度壓縮機性能下降，功耗開始上升。所以變頻器控制壓縮機在防喘振上還需配備回流閥和用可變極限流量法來配合調節而達到最佳[5]。

五、結論與建議

喘振作為離心式壓縮機固有的機械特性，在實際運行生產中存在著較大危害，在工業生產中應避免其發生。為保證壓縮機安全、平穩、高效地運轉，需要根據實際情況采取有效的措施，防范于未然。

參考文獻

[1]薦保志.離心式壓縮機喘振分析及解決措施[J].中小企業管理與科技.2009（04）：258。

[2]陳春蘭.離心式壓縮機的喘振診斷研究[J].化學工程與裝備.2013（01）：119-120。

[3]石長旭，徐楓，趙春雷等.離心式壓縮機防喘振技術探討[J].煉油與化工.2009（03）：32-33。

[4]陳成敦.離心式壓縮機喘振工況的危害與控制[J].機電信息.2011（18）：48-49。

[5]何龍，張瑞妍.離心式壓縮機防喘振研究[J].壓縮機技術.2009（05）：14-16。