影響氣體輸送機械穩定運行的因素及日常維護

姜明發，蓋延浩，薛蓉

(陜西未來能源化工有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

化學工業中一些化學反應過程需要在高壓下進行，如：費托合成反應、合成氨反應、乙烯的本體聚合等，為了克服管道的阻力，需要提高氣體的壓力。而氣體輸送量較大，對相關氣體的輸送機械出口壓力要求較高。在大型化工生產裝置中，離心式壓縮機是壓縮和輸送各種氣體的關鍵設備，對整個系統穩定運行具有一定決定作用，壓縮機的安全、穩定、良好運行直接影響著整個系統生產穩定性。在實際生產運行中，隨著系統長周期運行，壓縮機因各種因素導致故障而影響其正常運行效果，甚至影響整個系統的安全穩定運行。

文章首先對常見的氣體輸送設備對比，簡述壓縮機的本體結構及基本工作原理。并根據離心壓縮機在實際生產運行中出的故障，分析總結出影響其運行效果的主要因素，并對日常維護檢修要點提出建議。

1 常見氣體輸送設備

氣體輸送設備按其結構和工作原理分為離心式、往復式、旋轉式和流體作用式等類型。因氣體具有可壓縮性，在輸送過程中，當氣體壓力發生變化時，其體積和溫度也將隨之發生變化，對氣體輸送機械的機構、形狀有很大的影響。因而氣體輸送根據產生的出口壓力或壓縮比(即氣體出口壓力與進口壓力之比)進行分類，分為通風機、鼓風機、壓縮機、真空泵。其出口壓力和壓縮比如表1所示。

從表1可以看出：

表1 不同氣體輸送對比

(1)通風機的壓縮比為1.0～1.5之間，結構比較簡單；

(2)鼓風機壓縮比一般小于4，送氣量較大；

(3)壓縮機的壓縮比與鼓風機剛好相反，其壓縮比一般大于4，葉輪數較多，同時壓縮機的出口壓力相對通風機、鼓風機、真空泵來說是最大的，一般>300 kPa；

(4)真空泵的壓縮比一般較大，分為干式真空泵和濕式真空泵。干式真空泵只從容器中抽出干氣體，其真空度最高可以達到99.9%；而濕式真空泵由于在抽吸氣體的同時帶有少量液體，所以濕式真空泵的真空度最高只能達到90%，如水環式真空泵就屬于典型的濕式真空泵，其結構簡單經湊、沒有閥門，且真空泵的出口壓力小于當地大氣壓。

壓縮機又根據其結構和工作原理不同，分為往復式和離心式。因離心式壓縮機具有排氣量大、體小、生產能力大、結構緊湊、質量輕、維護方便、運轉平衡可靠、周期長、機器利用率高、供氣均勻、易損部件少、氣體不與潤滑系統接觸、動力利用好、投資小、操作費用低等諸多優點，在大型石油化工生產中應用越來越廣泛[1-2]。

2 離心壓縮機本體結構及工作原理

離心壓縮機也稱為透平式壓縮機，是一種多級離心壓縮機，機殼為水平剖分式，其外觀圖如圖1所示，其主要構造如圖2所示，其工作原理與離心式鼓風機相同。壓縮機主要由定子、轉子及支撐軸承、推力軸承、軸端密封等組成，其中壓縮機的轉子包括主軸、葉輪、軸套、軸螺母、隔套、平衡盤和推力盤等，轉子與定子之間設有密封元件。

圖1 壓縮機構造圖

圖2 壓縮機外觀圖

離心式壓縮機是通過葉輪旋轉帶動流經葉輪的空氣旋轉，使氣體受到離心力。氣體在離心力的作用下產生一定壓力，獲得速度，空氣被甩到葉輪后面的擴壓器(如圖1中的2和3所示)中去。空氣經擴壓器逐漸降低速度，動能轉變為靜壓能，使氣體壓力進一步提高。就這樣葉輪不斷旋轉，空氣不斷被吸入然后甩出，維持壓縮空氣的連續流動[3]。

3 影響離心壓縮機穩定運行的主要因素

離心式壓縮機運行過程中，若調節操作不當，就會出現一系列故障，影響其正常運行，如：

(1)驅動機不啟動或關閉；(2)油溫油壓降低或過高；(3)壓縮機軸承故障；(4)供油溫度太低或太高；(5)壓縮機油喘振與堵塞；(6)密封系統失效、漏氣；(7)葉輪損壞；(8)異常振動及噪聲等[4]。

主要針對壓縮機出現喘振與堵塞現象以及喘振原因，分析并提出相應防范措施，具體如下。

3.1 離心式壓縮機喘振與堵塞現象

喘振又叫“飛動”，是離心壓縮機的一種特殊現象。當實際流量小于設計流量一定值后，氣流進入葉片的方向與葉片進口角度不同發生嚴重沖擊，產生氣體分離，壓縮機不在排氣管路中的氣體被倒流回來，經過葉輪壓縮后重新壓出去。這樣是流量又減小，壓力突然下降，氣體又倒流回來，這樣往復循環產生“低頻高振幅”的周期性氣流脈動，噪聲嚴重，強烈震動，壓縮機無法正常工作。如若不及時采取措施，壓縮機遭到破壞，這就是喘振。

當實際流量大于某一值時，摩擦和沖擊損失增大，氣體壓力提高受阻，氣流速度也不能再提高，流量達到最大，這就是堵塞。流量過小或過大都不利用壓縮機正常工作，喘振與堵塞之間區域稱之為穩定區，如圖3所示。

圖3 壓縮機性能曲線圖

3.2 壓縮機喘振原因分析及防范措施

引起壓縮機喘振的因素有很多，根據離心壓縮機的性能變化曲線圖分析主要原因有流量因素、壓力、機械部件、轉速幾方面，具體影響分析如下：

(1)氣體流量小，壓縮機出口壓力下降，進入喘振區域，導致壓縮機出現喘振。

實際運行流量小是造成壓縮機喘振的根本原因[5]，在轉速一定的情況下，流量達到最大時，壓比和效率快速下降，將進入阻塞工況區域，所以可以通過增加壓縮機入口氣體流量的方式。即使氣體流量循環使用可以有效控制喘振，避免入口流量過低現象，無論壓縮機的壓縮比是多少，要保證壓縮機的吸入流量比喘振流量大。

(2)氣體入口壓力過低、出口壓力過高，進入喘振區域。

原因可能是壓縮機入口過濾器的壓差大，產生阻力，導致氣體流量減少，進入喘振區。所以平時操作時密切關注壓縮機入口過濾器壓差情況，若發現壓差不在正常范圍內需要及時對過濾器進行清理或者將過濾網徹底更換，防止壓縮機入口壓力過低造成喘振。

(3)機械部件損壞引起喘振。

離心式壓縮機內部零件較多且復雜，若初始安裝操作不按規范標準，那么壓縮機隨系統長時間運行就會出現零部件脫落甚至被破壞，進而引起喘振。所以在安裝前，需仔細檢查基礎尺寸和設備的保管情況，參照安裝和基礎圖。同時檢查機器的水平及找正，安裝聯軸器時用定位環定位，加之要定期對壓縮機檢修和維護。

(4)轉速突然降低，被壓縮介質的溫度、重度等大幅度波動，進氣壓力低引起喘振。

隨系統負荷的提高，壓縮機需及時提轉速來輸送大量的氣量。當氣量一定時不能一味地提高轉速，會引起喘振，但也不能在低速下運行時間過長，不然干氣密封中動、靜環之間無法形成氣膜[6]，導致動、靜環無法分離，密封面產生摩擦損壞。所以，壓縮機正常運行中若入口流量變化需及時調整轉速滿足工藝要求，系統加負荷時應先提速后提壓。

4 離心式壓縮機日常維護保養

設置離心壓縮機在運行過程中的自我保護系統，如：干氣密封壓差調節系統、防喘振控制系統、軸向位移保護系統、油壓低保護系統、軸承溫度保護系統、震動保護系統。

離心壓縮及啟動前先進行盤車。為了保證壓縮機安全運行，在機組啟動前一定要盤車主要為了調整轉子、使軸瓦過油、沖動轉子減小慣性、發現異常可以及時進行處理。

離心壓縮機進行兩級養護[7]。一是專業人員要定期對易出現磨損的關鍵零部件進行加油并保持衛生清潔；二是對長時間停止運行的壓縮機要做好潤滑管理，再次啟用前對油封清洗更換新油。

完善日常維護方案及監管措施。對壓縮機日常運行中易出現的故障問題，進行充分分析并總結，制定有效且操作性強的維護技術方案。同時技術管理人員定期進行監控抽查，操作人員對方案的落實執行情況，確保壓縮機高效穩定運行。

5 結語

煤化工生產最主要的安全穩定運行，離心式壓縮機是大型化工生產中壓縮和輸送各種氣體的關鍵設備，其結構特殊，零部件復雜，影響離心式壓縮機穩定運行的因素較多。因此，本文根據壓縮機結構和機理，針對主要影響因素進行分析，并對日常維護保養提出建議，以期提高壓縮機運行效率、維護系統穩定、延長使用周期為盼。