輕烯烴回收裝置離心式壓縮機喘振的原因及其預(yù)防措施

王攀峰(青海大美煤業(yè)股份有限公司，青海 西寧 811699)

0 引言

輕烯烴回收裝置共有兩套壓縮機組，分別為產(chǎn)品氣壓縮機和丙烯制冷壓縮機，其中產(chǎn)品氣壓縮機主要對甲醇制烯烴裝置供應(yīng)的產(chǎn)品氣進(jìn)行逐級分類加壓，供水洗、堿洗、氧化物回收、干燥和高低壓脫丙烷塔等單元使用，丙烯制冷壓縮機為裝置各用冷用戶提供物料冷卻所用冷量，二者均為裝置關(guān)鍵機組，本文主要分析丙烯制冷壓縮機喘振機理、危害及判斷方法，發(fā)生喘振原因，預(yù)防喘振措施。

1 丙烯制冷壓縮機及防喘振控制概況

1.1 丙烯制冷壓縮機概況

輕烯烴回收裝置丙烯制冷壓縮機設(shè)有一個缸體，四個吸入管嘴和一個排出管嘴，由電機驅(qū)動，并設(shè)有一套潤滑油系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子密封系統(tǒng)采用干氣密封。壓縮機組由沈陽透平機械股份有限公司制造，產(chǎn)品代號H2220，產(chǎn)品型號4MCL608，工藝介質(zhì)為丙烯，額定流量34194Nm3/min，進(jìn)口溫度-40.1℃，出口溫度-29.5℃/-25.5℃/-9.2℃/3.4℃，進(jìn)口壓力0.119MPa(A)，出口壓力1.74MPa(A)，額定功率5499kW，額定轉(zhuǎn)速5805r/min，一階臨界速度2682r/min，其電機為臥龍電氣南陽防爆集團(tuán)股份有限公司制造，型號YZYK5210-4MF2，額定功率6100kW，電壓10000V，額定電流401.5A，額定轉(zhuǎn)速1480r/min，兩者中間通過變速器柔性連接，實現(xiàn)丙烯制冷壓縮機的調(diào)速運轉(zhuǎn)。

1.2 丙烯制冷壓縮機防喘振控制概況

(1)利用對一段吸入的流量進(jìn)行檢測，再對從壓縮機四段排出后返回到一段吸入罐的最小返回氣相量進(jìn)行控制，而這股所返回的物流是高溫物流，務(wù)必通過丙烯液體來激冷，從而達(dá)到壓縮機的機械標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行激冷所運用的液體丙烯是源于壓縮機的四段吸入罐的，通過溫度控制裝置，再利用檢測壓縮機一段吸入的溫度來對當(dāng)中的激冷進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(2)將在壓縮機一段與二段所吸入的流量相加，接著對二段吸入罐的防喘振回路進(jìn)行控制，和一段防喘振回路相同的是，二段吸入罐的激冷液也是源于四段吸入罐的操作，通過溫度控制設(shè)備，使用檢測壓縮機二段吸收的溫度來調(diào)節(jié)壓縮機二段的激冷。

(3)壓將縮機一段、二段與三段吸入的流量相加，控制三段吸入罐的防喘振回路，與一段的防喘振回路相似，三段吸入罐的激冷液源于四段吸入罐，再通過溫度控制設(shè)備，使用檢測壓縮機三段吸入的溫度來調(diào)控該段的激冷。

(4)利用壓縮機四段吸入的流量，來調(diào)控該段吸入罐的防喘振回路，與一段防喘振回路相似，四段吸入罐的激冷液源于四段排出的并通過(乙烯產(chǎn)品汽化器NO.3、E-4015、乙烯產(chǎn)品汽化器NO.2)的液相，在溫度控制設(shè)備的使用下，利用檢測壓縮機四段吸入的溫度來調(diào)控壓縮機四段的激冷。

從對上述的四段防喘振操作進(jìn)行調(diào)節(jié)時，要是遇到了壓縮機跳車，激冷液就將自動被切斷，避免罐液位過高。

利用壓縮機組防喘振控制系統(tǒng)，在開工期間、緊急狀態(tài)和某些應(yīng)急狀態(tài)下，可以對丙烯制冷壓縮機進(jìn)行全循環(huán)操作。

2 丙烯制冷壓縮機喘振的過程與損害

2.1 丙烯制冷壓縮機出現(xiàn)喘振的過程

在丙烯制冷壓縮機的具體運行過程中產(chǎn)生變化時，再加上與該機組的原始設(shè)計工況中的工藝氣體流量降低，就會導(dǎo)致進(jìn)入到轉(zhuǎn)子葉輪或者是擴(kuò)壓裝置流道當(dāng)中的氣流朝向就會產(chǎn)生改變，假設(shè)工藝氣體的流量降低到相應(yīng)的程度，就會因為轉(zhuǎn)子葉輪與氣流的持續(xù)性活動，進(jìn)而增大這類邊界層區(qū)別的情況到全部機組流道當(dāng)中，在這個時候的氣流分離就會隨著葉輪轉(zhuǎn)動的相反區(qū)域延展，進(jìn)一步在葉道當(dāng)中出現(xiàn)氣流漩渦，之后又從葉輪的外圈回到內(nèi)圈中，通常把這類現(xiàn)象叫作氣流旋離。在出現(xiàn)這種現(xiàn)象時，不能使葉道當(dāng)中的氣流通過，并且突然會降低級間的壓力，使得排氣管鐘氣壓較高的氣體回到逆流級間，這些氣體會彌補級間流量的缺點，以至于又可以使轉(zhuǎn)子葉輪可以繼續(xù)正常工作，再排出逆流回來的工藝氣體，接著會繼續(xù)降級間流量與級間壓力，隨之級后的高壓工藝氣體又逆流回級間，像這樣不斷重復(fù)，就會在壓縮機組的裝置中出現(xiàn)周期性的氣體振蕩情況，也可以叫做離心壓縮機“喘振”。

2.2 丙烯制冷壓縮機喘振的損害

(1)壓縮機組的工藝過程和機組工作系統(tǒng)均在預(yù)設(shè)定的參數(shù)下進(jìn)行的調(diào)節(jié)，對于工藝氣體參數(shù)要求嚴(yán)格，但機組喘振時，氣流強烈振蕩也會給機組工作系統(tǒng)帶來不穩(wěn)定性。

(2)轉(zhuǎn)子葉片運行時，強烈的震動也會產(chǎn)生很大噪聲。

(3)壓縮機組各部件間的摩擦快速加大，主軸會受到明顯影響，嚴(yán)重時會造成轉(zhuǎn)子主軸彎曲變形，也會對葉輪造成破壞。

(4)壓縮機組軸承和軸頸間的磨損，會造成軸承合金出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重時會損毀。

(5)喘振時，壓縮機組級間密封性會遭到損壞，出現(xiàn)級間互竄，極大降低了機組級間密封性，嚴(yán)重時會導(dǎo)致不可估量的后果。

(6)壓縮機組的非正常運行，會對系統(tǒng)各部件造成一定損壞，精密儀器損壞恢復(fù)測量的準(zhǔn)確性，會給整個機組工作系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來不可預(yù)見性，此外壓縮機組的壓力比、排氣量及工藝氣體密度也會影響機組喘振的程度，幾者之間也呈現(xiàn)正相關(guān)系。

3 丙烯制冷壓縮機喘振的判斷方法

(1)在機組與管網(wǎng)當(dāng)中出現(xiàn)的振蕩具有周期性的特點，同時會形成高低參差不齊的噪音，在更加嚴(yán)重的情況下，機組還會出現(xiàn)更加劇烈的沖擊聲。

(2)在機組的外殼與軸承之間會出現(xiàn)劇烈的振動，并且其中各個零件當(dāng)中的振動頻率還不一致，十分不穩(wěn)定，同時伴隨著的還有規(guī)律性的劇烈氣流音，在機組中出現(xiàn)的喘振頻率通常會較低。

(3)能夠得知工藝氣體中的進(jìn)口的流量與出口的壓力產(chǎn)生了大量的改變，并產(chǎn)生了規(guī)律性的脈動，更有甚者會使得排氣管內(nèi)的高壓氣體還會出現(xiàn)逆流，此種工況非常危險，需要特別注意。

(4)使得壓縮機組中的電機電流儀器與功率儀器中的指示針產(chǎn)生大范圍的不穩(wěn)定，并且伴隨大幅度的喘振，還會導(dǎo)致更嚴(yán)重的惡化。

4 導(dǎo)致丙烯制冷壓縮機出現(xiàn)喘振的因素

(1)流量方面：假設(shè)丙烯制的冷壓縮機在所對應(yīng)的操作環(huán)境中的轉(zhuǎn)速為n，隨之就會形成相應(yīng)的出口流量為q，出口壓力為P的曲線。然后機組隨流量的降低而降低，使得持續(xù)增加出口壓力p，在滿足了該種運行狀態(tài)的轉(zhuǎn)速下最大出口壓力時，整個機組就會步入到喘振區(qū)內(nèi)，使得裝置的出口壓力滿滿降低，并且流量也隨之減小，接著就會在壓縮機中出現(xiàn)喘振。通過P與Q的曲線而言，流量降低是導(dǎo)致壓縮機喘振的主要原因，在具體的制造操作過程中，最好在一定程度上防止丙烯制冷壓縮機位于小流量的運行狀態(tài)下。

(2)氣體相對的分子質(zhì)量方面：丙烯制冷壓縮機在同種的轉(zhuǎn)速與不同的相對分子質(zhì)量狀態(tài)下，能夠在穩(wěn)定壓力的曲線能夠了解到，機組在這種情況下，要是在氣體的相對分子質(zhì)量M=20時出現(xiàn)喘振，就會使氣體在相對分子質(zhì)量為M=25與M=28運行時，依舊能夠遠(yuǎn)離壓縮機組喘振區(qū)。因此，在壓力穩(wěn)定時運行狀態(tài)下，壓縮機會隨著氣體中相對分子質(zhì)量的減小而更容易出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

(3)入口壓力方面：丙烯制冷壓縮機機組的入口壓力數(shù)值會在其壓力值穩(wěn)定的狀態(tài)下表現(xiàn)得越低越容易出現(xiàn)喘振，同時要是導(dǎo)致機組入口過濾器壓差增大，務(wù)必立即更換濾器濾網(wǎng)。

(4)入口溫度方面：丙烯制冷壓縮機在壓力與轉(zhuǎn)速都穩(wěn)定時，按照入口的氣體溫度差異形成的曲線可以見得，其喘振會隨著入口的氣體溫度升高而更頻繁的出現(xiàn)。所以，在同個離心壓縮機組來說，溫度更高的夏季會比溫度角較低的冬季更常產(chǎn)生喘振。

(5)轉(zhuǎn)速方面：這種壓縮機通常會按照技術(shù)水平的不一致而對流量有標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)機組在轉(zhuǎn)速不同時工作，而操作過程中的用氣量固定時，喘振頻率會隨著壓縮機組的轉(zhuǎn)速更加頻繁。

(6)操作不恰當(dāng)：在開啟丙烯制冷壓縮機時，需時刻記得“升壓先升速，降速先降壓”的使用準(zhǔn)則，在壓縮機速度與壓力提升時慢慢進(jìn)行，而在降速時需要提前使用一定的卸壓手段，比如說氣體的回流與放空等等，防止在壓縮機放緩轉(zhuǎn)速后，工藝氣流倒灌。

(7)壓縮機中零件受損：在丙烯制冷壓縮機內(nèi)部放置的轉(zhuǎn)子機械、各環(huán)節(jié)所使用的密封圈與平衡裝置等零件的位置準(zhǔn)確性不足，以至于各級之間相互串氣，更有甚者會造成喘振。

5 丙烯制冷壓縮機喘振的預(yù)防措施

(1)壓力調(diào)節(jié)：丙烯制冷壓縮機的壓力在比所設(shè)置的壓力要高時的狀態(tài)下工作時，能夠利用對進(jìn)口流量的數(shù)據(jù)相應(yīng)的進(jìn)行出口壓力的調(diào)控，或者利用防喘振調(diào)節(jié)裝置來放空部分壓力，還能夠敷設(shè)旁通管線，利用旁通回流的形式，以至于排出的壓力維持在規(guī)定的壓力之下，從而使限制壓縮機組流量在所規(guī)定的最小流量范圍當(dāng)中。

(2)變頻器調(diào)節(jié)：在最開始運行丙烯制冷壓縮機時，其壓力是最大的，現(xiàn)場的傳感裝置會將檢測出來的數(shù)據(jù)傳到PLC中，再通過PLC的計算，得到的運行頻率輸入到控制變頻裝置中；在壓縮機工作時，PLC按照壓縮機組的壓差和流量的減少產(chǎn)生信號，使得變頻器的電源頻率降低，從而放緩了壓縮機的運行轉(zhuǎn)速，防止壓縮機的速度過高產(chǎn)生喘振。

(3)科學(xué)管理防喘振安全裕度：按照丙烯制冷壓縮機的特點曲線，在其線路的右邊敷設(shè)一條防喘振線用來設(shè)定防喘振調(diào)節(jié)器的曲線，和喘振線當(dāng)中的區(qū)域是壓縮機的運行安全區(qū)，也叫做防喘振安全裕度；而安全裕度的意思就是在相應(yīng)的工作轉(zhuǎn)速下，使得其正常流量和該轉(zhuǎn)速喘振流量相比，而在機組的工作點觸及防喘振線時，就能開啟機組防喘振調(diào)節(jié)裝置，從而將工作地點右調(diào)到安全區(qū)中，防止喘振的出現(xiàn)。

(4)安裝報警儀表設(shè)備：在丙烯制冷壓縮機的進(jìn)口處放置流量監(jiān)控儀表，同時在出口處放置壓力監(jiān)控設(shè)備，假設(shè)壓縮機在運行觸及喘振工況區(qū)時，所安裝的報警設(shè)備就可以立即發(fā)出警報，使之能夠預(yù)先利用方式處理不利的工況。

6 結(jié)語

導(dǎo)致丙烯制冷壓縮機產(chǎn)生喘振具有大量的因素，能夠?qū)⑵鋭澐殖蓛?nèi)外兩個部分，對內(nèi)是由于和葉輪構(gòu)造與葉道內(nèi)介質(zhì)息息相關(guān)，外因與管網(wǎng)特性密切相關(guān)，壓縮機發(fā)生喘振時往往是幾種情況綜合所致，分析喘振原因時，需要根據(jù)壓縮機實際工況分析，不可盲目定論。