離心式CO2壓縮機喘振原因分析及預防

羅書磊,韓　芬（.淄博金柯工程設計有限公司,山東　淄博　55000；.兗礦新疆煤化工有限公司,烏魯木齊　830000）

離心式CO2壓縮機喘振原因分析及預防

羅書磊1,韓芬2
（1.淄博金柯工程設計有限公司,山東淄博255000；2.兗礦新疆煤化工有限公司,烏魯木齊830000）

本文針對某公司尿素車間離心式CO2壓縮機試車和運行中出現的問題，結合資料和實際工作中的經驗，對離心式CO2壓縮機喘振的原因和如何預防壓縮機喘振進行了分析。文中根據需要對該公司離心式CO2壓縮機情況、離心式CO2壓縮機的工作原理和離心式CO2壓縮機喘振現象和危害進行簡要說明。

離心式CO2壓縮機；喘振；原因；預防

CO2壓縮機在采用離心式CO2壓縮機的尿素生產單位具有十分重要的地位，它的運行是否穩定直接關系到尿素生產的穩定，關系到尿素生產的產品產量、產品質量和能源消耗的高低。在生產運行情況下,由于操作和系統本身原因，離心式CO2壓縮機容易發生喘振。并且在發生喘振時,可能引起壓縮機的密封及軸承損壞,甚至形成氣體外泄、爆炸等惡性事故。因此,我們在正常開車和生產運行時，必須十分重視壓縮機喘振問題，提前預防、提前發現、盡早處理。本文結合實際生產中離心式CO2壓縮機的操作和運行情況對離心式CO2壓縮機發生喘振的原因和預防方法進行了研究，以期能夠達到預防喘振，減少喘振現象發生的目的。

1　離心式CO2壓縮機簡介

某公司尿素車間的離心式CO2壓縮機采用汽輪機驅動壓縮機，汽輪機為杭州汽輪機股份有限公司生產的型號為NK40/45/20的單缸冷凝式汽輪機，壓縮機采用沈陽透平機械股份有限公司生產的機型為2MCL607+2BCL356/A的壓縮機。2MCL607+2BCL356/A離心壓縮機按二缸四段設計，設有段間冷卻器冷卻，缸間冷卻器冷卻。壓縮機一、二段為低壓缸，三、四段為高壓缸，并設有兩級防喘振閥。

2　離心式CO2壓縮機工作原理

壓縮機由汽輪機拖動，葉輪高速旋轉，工藝氣體由吸入室吸入，隨葉輪一起高速旋轉，獲得動能后，經葉片間通道沿半徑方向甩出，并進入流通面積逐漸擴大的擴壓器中，將動能轉化成壓力能，從而達到使工藝氣體提壓的目的。

3　離心式CO2壓縮機喘振現象描述

離心式CO2壓縮機在正常工況下，噪聲較低且是連續穩定的。而當接近喘振工況時，氣流發出的噪聲時高時低，并做周期性變化。但一旦進入喘振工況后，噪聲會明顯增大，并發出異常的周期性吼叫或喘氣聲，管道和機體有時會有較大的震動，有時甚至會出現爆音。

4　離心式CO2壓縮機喘振危害

喘振的發生會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。

5　離心式CO2壓縮機喘振原因分析

5.1入口流量、壓力低于規定值

在離心式CO2壓縮機開車和正常運行中，如果發生入口流量和壓力低于正常規定值，就有可能發生壓縮機喘振。原因通常有：（1）前系統氣體減量或不穩造成壓力和流量波動；（2）當壓縮機入口管線氣流阻力增大也會造成進氣壓力下降，主要為壓縮機進口過濾器逐漸堵塞造成過濾器壓差過大造成；（3）壓縮機加負荷過快也會造成壓縮機進口壓力和流量降低造成喘振。

5.2壓縮機動力來源不穩

當壓縮機動力來源不穩時，亦會造成壓縮機喘振，原因如下：

（1）汽輪機動力蒸汽波動較大會造成壓縮機轉速波動較大并造成壓縮機喘振；

（2）汽輪機進氣調節閥動作過于靈敏，波動較大，亦會造成壓縮機喘振。

5.3壓縮機進氣密度變化

壓縮的進氣密度突然發生變化，在一定轉數下，離心力下降，引起出口壓力及排量下降，氣體倒流入壓縮機，造成機內氣體低流量造成喘振，原因如下：

（1）進氣溫度升高造成氣體密度降低造成喘振，特別是在夏季；（2）前系統原因造成壓縮機進氣純度下降，造成進氣分子量降低造成喘振；

（3）壓縮機級間冷卻器冷卻能力下降也會導致進氣密度下降造成喘振。

5.4壓縮機出口壓力過高

在運行中由于多種情況會出現壓縮機出口壓力過高、運行工作點向小流量區域移動，從而進入喘振工況。

（1）兩段四級壓縮中壓縮比偏離正常值，會造成壓縮機徑向力偏高造成喘振；

（2）升速升壓過程過快造成壓縮機出口壓力過高。壓縮機的升壓過程是一個分子累計的過程，出口的氣體逐漸充滿機體，并在升速過程中累計造成壓力慢慢升高，如升速升壓過快就會造成喘振；

（3）壓縮機出口放空未打開造成出口壓力過高，造成機體四級壓縮中氣體流通不暢從而造成喘振。

6　處理和預防喘振的措施

（1）開車前校核壓縮機儀表。在壓縮機開車前，必須校核壓縮機進口流量計、進口壓力、壓縮機防喘振閥門、汽輪機調速閥和出口放空閥門等儀表是否靈活好用。同時在開車過程中對調速閥的PID值和防喘振閥全行程反應時間進行校正，以期達到較好的操作反饋。

（2）合理調節兩級防喘振閥門開度。在壓縮機開車和運行中，要合理操作兩級防喘振閥門。機組的負荷調節靠轉速和防喘振閥控制，防喘振閥的開度和機組流量配合調節，防喘振閥的控制要沿喘振線精心控制，防止機組運行曲線落入喘振區。

（3）合理調節升壓和升速。在壓縮機開車過程中，升壓和升速應交相呼應，逐漸緩慢提高壓縮機的速度和壓力。在升速和升壓中總結升速和升壓趨勢，找出本臺機組的最佳升速升壓方式。

7　結論

喘振作為離心式壓縮機固有的機械特性，其在實際的運行生產中存在著較大的危害和隱患，而在長期的生產實踐中，更應該結合生產實際，逐步了解喘振機理，掌握喘振的主要影響因素，以采取行之有效的預防控制措施，進而提高壓縮機的抗喘振性能和運行可靠性，從而實現離心壓縮機安全、穩定、長周期、高效的運行。

[1]張成寶,離心式壓縮機的喘振分析與控制[J].壓縮機技術，2003(06):4-8.

[2]花嚴紅,袁衛星,王海.離心壓縮機研究現狀及展望[J].風機技術,2007,2(03):45-48.

[3]西安交通大學透平壓縮機教研室.離心式壓縮機原理[M].北京:機械工業出版社,1990.

羅書磊（1987—），男，河南許昌人，本科，助理工程師，研究方向：化工工程設計。