壓縮機防喘振研究

王毅(中國石油工程建設公司 北京100000)

壓縮機一般是一種由電機帶動的，可壓縮輸送各種氣體的設備。常見的有離心式壓縮機、活塞式壓縮機等。壓縮機具有排量大、效率高、安裝使用簡便等優點，是天然氣輸送、空氣鉆井、化工制藥等行業生產中對氣體實現輸送的有效設備。因此確保壓縮機的正常運轉是保障生產正常進行的重要內容。但是，壓縮機在工作中會由于種種原因經常出現“喘振”現象，這種現象被認為是壓縮機的一種固有特性，如預防和防護不當，會嚴重影響并降低壓縮機的工作能力，甚至會造成壓縮機的結構損壞，影響生產工作的正常進行。因此開展壓縮機的防喘振研究，提出相應的防喘振有效措施，對于提高壓縮機應用和生產安全有著重要的意義。

一、壓縮機和喘振現象

常用壓縮機主要類型有軸流式、離心式、活塞式、回轉式等。這四種壓縮機的工作原理可總結為兩類：其中軸流式和離心式壓縮機屬于第一類，該類壓縮機將動能轉化為勢能，利用動力裝置將氣體加速，再進行降速，并改變氣體流向，使氣體勢能增加的原理實現輸送。如離心式壓縮機，利用在壓縮腔中的旋轉葉輪產生的離心力將氣體介質甩向特定方向，并給予氣體介質壓動能，同時使壓縮腔形成負壓區，抽吸氣體持續進入壓縮腔，實現了對氣體的持續輸送。而第二類壓縮機如活塞式和回旋式壓縮機則通過減少壓縮腔容積，使壓縮腔內氣體增壓并排出的壓縮氣體方式實現氣體輸送的。壓縮機在選擇壓縮機的類型時，應將所輸送氣體介質的類型、流量、壓力等參數和壓縮機的特性進行對比考慮。

壓縮機工作時，工作負荷下降到某一值后，其出口流量會發生強烈波動不穩，位于出口的氣體止逆閥由于劇烈波動的影響會發生開關不穩現象，這會導致壓縮機的氣體流量、壓力隨著止逆閥的開關產生頻率變化，當振幅達到一定程度后，壓縮機機身將產生振動或晃動，產生“吼叫聲”，這個過程就是壓縮機的“喘振”現象。喘振現象是氣體可壓縮性的特性造成的，是壓縮機的常見現象。上世紀40年代中期，英國學者就提出應對離心壓縮機的喘振現象給予關注和研究。壓縮機產生喘振現象的原因和常見實例有：

(1)轉速下降但背壓未下降。壓縮機若出現轉速下降的故障時，會使壓縮機出口壓力急劇降低，導致管網中高壓氣體回流至壓縮機，引發喘振現象。導致壓縮機轉速下降的原因有很多，如調速系統故障、氣體質量較差導致的壓縮機堵塞、氣體供給不足導致的管網壓力下降等。

(2)管網阻力或后系統壓力增大。管網阻力和后系統壓力的增大都會導致管網特性曲線急劇上升，產生喘振。例如：出口閥門故障導致的管網阻力升高、排氣通道不暢導致管網阻力升高、工藝改造導致的后系統壓力升高等現象。

(3)壓縮機的入口壓力降低或入口管線阻力增大。入口的壓力降低或阻力增大會導致喘振現象的發生，具體實例如：入口過濾器堵塞、壓縮機入口吸入雜質、入口前設備多導致的阻力增大等。

(4)溫度變化影響產生喘振。主要有冷卻系統失效、環境溫度變化等。

(5)氣體介質成分變化引發喘振。如催化劑中毒、環境影響改變了氣體組分等原因。

因此，影響壓縮機喘振現象的因素主要有壓縮機性能、流量、背壓、轉速、氣體相對分子量、入口壓力、入口溫度、管網容積、管網阻力等。當開展壓縮機的防喘振研究時，必須充分考慮以上因素，建立有效的檢測監測系統，準確測量各參數變化，對壓縮機的工作狀態做出評價。

二、壓縮機防喘振措施

喘振現象發生的原因有很多，但其根本原因和主要原因是由于入口氣體流量小于壓縮機所要求的最低流量。因此，壓縮機防喘振基本措施主要是使入口流量和入口壓力滿足壓縮機的最低限度，保證壓縮機的流量穩定并處于正常工作要求范圍內。具體的防壓縮機喘振措施有：

(1)管道優化

主要可通過增加并接防喘振設備、增加壓縮機旁路、建立壓縮機自動防護系統來進行管道優化。將防喘振閥、流量計、防喘振放空閥等裝載在防喘振管線上，當管道出現供氣不足時，流量計監測氣量不足信號并指示防喘振閥啟動并開啟防喘振放空閥，確保壓縮機內流量總大于管道流量；利用冷卻機將出口處的大流量氣體分離從旁路吸入入口處，減少喘振發生的可能；建立包含防喘振控制閥門、控制器、流量監測系統、溫度壓力傳感器等設備的自動保護系統，確保入口流量達到壓縮機的正常工作需求。

(2)建立防喘振模糊控制模擬方法

設計模糊控制器，利用Matlab軟件編程控制建立模型，可有效分析壓縮機喘振現象，并得出合理的防喘振控制要求。

(3)生產優化管理

壓縮機生產使用過程中須優化管理，具體有設備維護優化、環境保護、設備操作優化等方面。其中設備維護優化要求：濾網及時更換以確保入口過濾器壓差較小、避免氣體摻入雜質、檢測設備功能保障等；環境保護要求保障環境溫度的變化對壓縮機的影響降至最低，防止出現管路堵塞；設備操作優化要求防止系統壓力超壓、穩定系統流量、根據要求調節壓縮機轉速等要求。同時，壓縮機操作維護相關人員應加強學習和培訓，要不斷提高專業素質。

結束語

壓縮機應用廣泛，但壓縮機的喘振現象嚴重影響壓縮機的正常運轉，甚至威脅生產安全。本文通過分析壓縮機原理以及產生喘振現象的原因和實例，總結影響壓縮機產生喘振現象的各種因素，并提出預防和減輕壓縮機產生喘振的有效措施，可有效提高壓縮機的使用壽命和行業生產安全性。對于提高壓縮機應用和生產安全有著重要的意義，為壓縮機工作安全和生產提供了保障。

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