離心式二氧化碳壓縮機組喘振原因及對策分析

賈玨

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

離心式二氧化碳壓縮機組在運行時，由汽輪機帶動葉輪旋轉，由吸入室吸入工藝氣體，并隨葉輪旋轉，在獲得動能后，經葉片間通道沿著半徑方向甩出，并進入流通面積逐漸擴大的擴壓器中，將動能轉化為壓力能，從而達到給工藝氣體增壓的目的。離心式二氧化碳壓縮機組正常運轉時，其噪聲持續穩定且相對較低，若機組出現喘振的情況，則噪聲明顯增大，且會出現周期性的喘氣聲或者吼叫聲，機組以及管道會出現較大振動，有時也可能出現爆音。機組喘振問題嚴重威脅生產安全，在生產過程中引起高度重視，積極預防，盡早發現，及時處理，充分保障離心式二氧化碳壓縮機組安全運行。

1 離心式二氧化碳壓縮機組喘振原因

離心式二氧化碳壓縮機的工作原理是利用高速旋轉的葉輪來增加氣體壓力，增壓的過程在葉輪以及擴壓器內部完成。當機組內部氣體流量降低到某個特定值時，葉輪葉道會發生氣流旋轉脫離的情況，脫離的氣流在葉道中會形成漩渦，并占據葉道大部分位置，此時，機組氣流就會出現嚴重阻塞，導致機組出氣口的壓力顯著下降。由于管網本身具有一定容積，管網中氣體壓力不會快速下降，就會出現機組出口的氣體壓力明顯低于管網氣體壓力的情況，使得管網中的氣體出現倒流的情況，這種現象直到機組出口壓力與管網氣體壓力保持一致時才能停止。

隨后，受葉輪旋轉作用，氣體壓力重新升高，當機組出口氣體壓力高于管網氣體壓力時，機組運行正常，氣體正向流動，管網中氣體壓力逐步提升，相應的氣體流量又再次下降，氣體倒流的現象又再次發生，由于機組、管網反復出現倒流、正流的情況，機組會出現周期性氣流振蕩，這種情況就被稱為機組喘振。

2 離心式二氧化碳壓縮機組喘振危害

離心式二氧化碳壓縮機組喘振的危害性極大，若機組在喘振的情況下持續運行會造成嚴重后果，具體表現為以下幾方面：一是機組喘振會嚴重影響生產效率，并且對產品質量也會造成影響，損害工廠經濟效益。二是機組喘振可能會導致機組O 形環、密封等零件損壞；會對止推軸承造成沖擊，導致軸承油膜被破壞，損壞軸承；會破壞油密封系統，使油膜密封的油氣壓差失調，造成油膜密封故障。三是會影響機組整體安裝質量，導致機組各部分已經調整好的間隙值發生變化，嚴重時可能導致軸承變形，進而加劇機組喘振現象。四是機組喘振會導致機組部分儀表靈敏性下降甚至失靈，會嚴重影響機組正常運行。

3 離心式二氧化碳壓縮機組喘振的對策

3.1 壓縮機的氣量控制

這種方式主要是控制機組氣量，使其持續性超過一定轉速下的喘振流量，這是預防機組喘振問題最常用的措施之一，具體的做法是將機組出口的氣體循環返回到機組吸入口，在這種情況下，機組氣量就可以持續保持在較高水平，可以避免出現氣體倒流的情況，進而防止機組喘振。出于這一目的，在工藝流程中設置了防喘振閥，其主要的作用是將四段出口管道與入口管道連接，從而使四段出口的氣體重新返回至入口，確保機組氣量保持在相應的水平。為避免由于壓力驟降出現干冰現象，在該部位還要接一根二段出口管道進行加溫。一般情況下，防喘振閥一般主要是在低負荷生產、處理緊急事故或者是緊急開停機時開啟，以起到防止機組喘振的效果。

3.2 壓力監控

壓力監控主要是針對合成氨裝置而言，對合成氨裝置的的二氧化碳壓力變化情況進行有效監測，可以使技術操作人員及時掌握離心式二氧化碳機組入口壓力變化的情況，從而適時進行調整控制，使其保持在合理的范圍內。具體的做法是，機組操作人員可以將再生塔的壓力信號與尿素DCS 顯示屏進行連接，這樣就可以實時監控機組入口二氧化碳的壓力變化情況，在機組實際運行過程中，一般需要將機組入口二氧化碳壓力控制在88 ～92kPa，這對于預防機組喘振也具有良好效果。

3.3 尿素高壓合成系統的控制

控制尿素高壓合成系統的壓力，其根本目的在于有效控制機組四段出口的壓力，在實際生產過程中，壓縮機四段出口背壓隨尿素高壓合成系壓力而變化，在生產過程中，因操作人員操作不當或者失誤以及設備儀表控制系統故障等問題而導致高壓合成系統氨碳比、水碳比出現失調的情況時，系統壓力將上升，若壓力上升幅度較大時，壓縮機會因四段出口壓力過高而進入喘振區，機組就會出現喘振的現象。為有效預防機組喘振問題，在正常生產中，需要合理控制機組尿素高壓合成系統的壓力，而其中最關鍵的是控制好高壓系統的氨碳比，一般來說，氨碳比比控制在2.9 ～3.1（mol/mol）最佳，水碳比控制在0.38 ～0.46（mol/mol)最佳，而尿素高壓合成系統的壓力控制在13.8 ～14.5MPa 最佳，在此條件下，離心式二氧化碳機組可以保持良好的運行狀態，不會出現喘振現象，影響正常生產。

3.4 CO2 氣體純度變化

因CO2氣體純度變化導致機組出現喘振現象主要有兩種情況，其一是合成氨裝置脫碳工序再生塔的再沸器氣體泄漏，使高壓的氫氮混合氣漏到脫碳溶液中，該溶液在再生塔中再生時，將大量的氫氮氣和CO 氣同時釋放。其二是脫碳工序中吸收塔液位波動，并且氣液分離器發生損壞，導致進入再生塔中的脫碳溶液帶有氫氮氣。出現這兩種情況時，會導致機組分子量顯著降低，進而使機組出現喘振現象。基于此，在機組實際運行過程中，必須要注意控制O2氣體純度變化，避免再生塔中產生過多氫氮氣，影響二氧化碳氣體純度，進而導致機組出現喘振現象。

3.5 透平抽氣量的控制

離心式二氧化碳壓縮機組在運行過程中，尤其是啟停時，由于機組抽氣量出現波動，導致機組的功率不足，由此引發的喘振現象也比較常見。針對此問題，需要使尿素高壓系統以及各蒸汽包保持穩定，同時，合理控制透平抽氣量，這幾方面的因素是導致機組喘振的根本原因。某化肥廠在生產過程中，由于高壓合成塔故障，導致汽提塔斷料，進而致使蒸汽銳減，機組抽氣量在短時間內從41t/h 下降至不足10t/h，機組出現喘振現象，待故障修復后，機組抽氣量恢復正常后，機組振喘現象消失，恢復正常運行。由此可以看出，離心式二氧化碳壓縮機組處于生產狀態下時，有效控制機組透平抽氣量極為關鍵，否則，一旦機組透平抽氣量明顯下降，必然會發生機組喘振現象，導致生產持續性受到影響，降低工廠生產效益。

4 結語

綜上所述，離心式二氧化碳機組在尿素生產過程中具有重要作用，機組喘振作為比較常見的機組故障之一，會嚴重影響機組的安全、穩定運行，機組操作人員在實際操作過程中，要注意有效控制機組氣量、透平抽氣量、CO2氣體純度、尿素高壓合成系統壓力，并對合成氨裝置的壓力進行實時監控，以有效預防喘振現象。