離心式空氣壓縮機喘振故障分析與控制預(yù)防

宋瑞冬++常岳松

摘要：主要介紹離心式壓縮機喘振的形成及表現(xiàn)形式，分析指出喘振故障產(chǎn)生的主要原因有葉輪磨損或粘附物太多、擴壓器腐蝕磨損、葉輪與擴壓器之間的間隙變化、空氣冷卻器和水汽分離器（過濾器）變臟、壓縮機進氣口空氣溫度變化、壓縮機進氣口箱式進氣過濾器變臟等，并針對以上原因提出了相應(yīng)的控制和預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：離心式壓縮機；喘振；故障診斷；設(shè)備維護

【分類號】：TH452

目前，凡口鉛鋅礦主要使用的高壓風(fēng)生產(chǎn)設(shè)備是由美國英格索蘭公司生產(chǎn)的三級壓縮離心式空氣壓縮機。其工作過程中，在一定的工況條件下，有一個設(shè)備危害現(xiàn)象——喘振，如何防止和控制喘振的產(chǎn)生，對于日常使用和維護是非常重要的。

1 喘振的形成和表現(xiàn)形式

喘振是離心式壓縮機運行在某一工況下產(chǎn)生的特有現(xiàn)象。當(dāng)進入壓縮機的空氣流量不能使壓縮機產(chǎn)生足夠的壓力，以至于外部系統(tǒng)（外部管路）的壓力大于壓縮機內(nèi)部的壓力，導(dǎo)致逆止閥關(guān)閉。這時，壓縮機沒有輸出，工藝氣體在壓縮機內(nèi)部積累，壓力不斷增加，直到積蓄的壓力大于外部系統(tǒng)的壓力時，壓縮機內(nèi)部壓力沖開逆止閥排出。氣體排出后由于沒有足夠的空氣使壓縮機維持連續(xù)的輸出，壓縮機內(nèi)部壓力下降，逆止閥關(guān)閉，工藝氣體重新在壓縮機內(nèi)部積累，直到積累的壓力足夠時，再次排出，如此反復(fù)，導(dǎo)致輸出的壓力劇烈波動、逆止閥頻繁動作，機器發(fā)出砰砰的聲音，這種現(xiàn)象就叫喘振。

2 喘振故障分析

壓縮機喘振本質(zhì)上是因為進入壓縮機的流量不足以使壓縮機產(chǎn)生足夠的壓力，以至于外部系統(tǒng)（外部管路）的壓力大于壓縮機內(nèi)部的壓力，因此，產(chǎn)生喘振故障主要可以通過以下幾個方面來分析。

（1）壓縮機葉輪磨損或者粘附物太多。

壓縮機葉輪通過自身的曲線槽結(jié)構(gòu)和高速旋轉(zhuǎn)來增加工藝氣體的壓力和速度，壓縮機大概有2/3的壓力增加都是通過葉輪產(chǎn)生的。當(dāng)葉輪磨損或粘附物太多時，都會改變?nèi)~輪自身的曲線槽結(jié)構(gòu)，降低葉輪增加工藝氣體壓力和速度的能力。葉輪磨損越嚴重或粘附物越多，越容易導(dǎo)致壓縮機產(chǎn)生喘振故障。

（2）壓縮機擴壓器腐蝕磨損。

工藝氣體經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生高速高壓后，經(jīng)過靜態(tài)的擴壓器時，擴壓器內(nèi)特殊設(shè)計的曲線腔壁能把工藝氣體的流速降低，壓力再一次增加，一般約有1/3的壓力是在擴壓器內(nèi)提高的。當(dāng)擴壓器內(nèi)特殊設(shè)計的曲線腔壁腐蝕磨損比較嚴重時，高速的工藝氣體經(jīng)過擴壓器時就容易形成渦旋，進氣量就會減少，無法提高空氣壓力，導(dǎo)致壓縮機的輸出壓力降低，從而容易形成喘振。

（3）葉輪與擴壓器之間的間隙變化。

離心式壓縮機對葉輪與擴壓器之間的間隙有著非常嚴格的要求。間隙過大會發(fā)生泄漏串氣，導(dǎo)致空氣流量減少；間隙過小，通過的工藝氣體流量變小，同時在后端推力軸承磨損的情況下，容易發(fā)生葉輪與擴壓器碰撞的設(shè)備事故。因此葉輪與擴壓器之間的間隙過大和過小都會造成空氣流量變小，使壓縮機無法提高輸出壓力，從而形成喘振故障。

（4）壓縮機進氣口溫度變化。

離心壓縮機設(shè)計上的壓縮量是指在25℃ ，一個標(biāo)準大氣壓的條件下的壓縮量，而實際上的工藝氣體溫度是時常變化，不以人的意志而改變的。同樣道理，根據(jù)氣體狀態(tài)方程P。V，/T。=P： / 可知，恒壓的條件下，在溫度升高時，工藝氣體密度降低，壓縮機實際壓縮的工藝氣體流量

作者簡介：宋瑞冬，男，機械工程師，2009年畢業(yè)于東北石油化工大學(xué)，現(xiàn)工作于大慶石化公司化工二廠丁辛醇車間。

減少，導(dǎo)致壓縮機輸出壓力不足，形成喘振現(xiàn)象。實際使用過程中，夏季比冬季更容易發(fā)生喘振現(xiàn)象就可以說明這個原因。

（5）壓縮機進氣口過濾器變臟。

離心壓縮機一般在入口均設(shè)有過濾網(wǎng)采，允許通過的雜質(zhì)在2 m以內(nèi)。因此，工藝氣體中的灰塵雜質(zhì)很容易吸附到過濾器里，造成過濾器部分堵塞，導(dǎo)致壓縮機進氣量減少，引起壓縮機輸出壓力不足，形成喘振故障。

3 喘振故障的控制和預(yù)防

3.1 喘振的控制

為了控制和預(yù)防喘振的發(fā)生，離心式壓縮機均設(shè)有防喘振系統(tǒng)。即當(dāng)進氣流量變小時，調(diào)節(jié)閥自動打開，將壓縮機出口氣體引致入口，防止壓縮機入口流量降低。這個過程是由機器的控制系統(tǒng)——DCS處理器來完成的。由于各種原因，DCS不可能萬無一失。當(dāng)操作者聽到壓縮機發(fā)出砰砰的響聲時，可以判斷壓縮機正在發(fā)生喘振。這時應(yīng)立即手動打開防喘振調(diào)節(jié)閥，否則機器將被損壞。

3.2 喘振的預(yù)防

喘振的控制方式降低了壓縮機的設(shè)定壓力，會使壓縮機產(chǎn)生的壓力達不到用戶所需系統(tǒng)壓力，而且 值受工藝氣體溫度、設(shè)定壓力、系統(tǒng)負荷變化等因素的影響較大。當(dāng)這些因素變化時，先前設(shè)定的值就有可能失效，喘振仍有可能會發(fā)生。同時當(dāng)以上喘振故障分析的原因影響很大時，也會引發(fā)喘振的發(fā)生。因此，在實際使用過程中，必須對以上喘振故障的原因有針對性的加以預(yù)防。

（1）壓縮機葉輪磨損或粘附物太多。

離心壓縮機的葉輪是一般是用高質(zhì)量15—5PH不銹鋼加工而成，除非后端推力軸承磨損導(dǎo)致葉輪與擴壓器碰撞而產(chǎn)生磨損，通常葉輪很少發(fā)生磨損或腐蝕現(xiàn)象。一旦發(fā)生這種情況，因為葉輪是高速旋轉(zhuǎn)的，必須通過專業(yè)部門修復(fù)，并做動平衡實驗決定是否可再用。而粘附物跟使用環(huán)境有密切的關(guān)系，所以必須根據(jù)使用環(huán)境定期對葉輪上的粘附物進行清理。

（2）壓縮機擴壓器腐蝕磨損。

擴壓器因為接觸的是高溫的壓縮工藝氣體，而且擴壓器材質(zhì)也一般，所以很容易發(fā)生被腐蝕和磨損。因此，必須定期檢查擴壓器，發(fā)現(xiàn)有腐蝕磨損現(xiàn)象時，及時進行修復(fù)和防腐蝕處理。當(dāng)擴壓器腐蝕磨損嚴重時，必須及時更換新的擴壓器。

（3）葉輪與擴壓器之間的間隙變化。

葉輪與擴壓器之間的間隙是一項要求非常嚴格的技術(shù)參數(shù)，對壓縮機的性能起著非常重要的作用。一般情況下，葉輪與擴壓器之間的間隙不會發(fā)生變化，只有當(dāng)后端推力軸承磨損或擴壓器腐蝕磨損時才會發(fā)生。因此，要求每年都對間隙進行檢查，發(fā)現(xiàn)因后端推力軸承磨損而導(dǎo)致變化的，可以通過后端的墊片進行調(diào)整，使間隙達到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)。如果是因擴壓器腐蝕磨損，可以對擴壓器進行修復(fù)，但如果擴壓器腐蝕磨損嚴重，則必須更換擴壓器來達到保持間隙要求。

（4）壓縮機入口空氣溫度變化。

工藝氣體溫度隨著季節(jié)變化而變化，只有采取適當(dāng)措施減少溫度變化幅度，如將壓縮機安裝在室內(nèi)、加高房頂和增加室內(nèi)空間等。如采取以上措施還會發(fā)現(xiàn)喘振，只有適當(dāng)降低排氣壓力來控制喘振的發(fā)生。endprint