離心式壓縮機喘振原因及其預防措施分析

李澤洋

（陜西延長石油延安能源化工有限責任公司，陜西延安 727500）

0 引言

喘振現象能夠損壞離心式壓縮機結構，是設備不平穩的運行狀態，不僅會降低離心式壓縮機綜合性能，還會阻礙機組正常工作，縮短離心式壓縮機的使用壽命。為保障工作效率及綜合效益，應注意總結產生喘振的原因及預防措施，盡可能降低喘振頻率，避免喘振現象。

1 離心式壓縮機喘振現象分析

1.1 喘振現象

分析喘振現象應從以下3 個角度入手，全方位了解離心式壓縮機喘振現象：①觀察離心式壓縮機進出口壓力數值及入口流量，運用CCS 軟件得出數值波動幅度軌跡趨勢圖，分析CCS趨勢圖特征，若此時存在較大波動或周期性波動，則離心式壓縮機可能出現喘振現象；②采用“聽”的方式判斷喘振，若離心式壓縮機進出氣管出現“呼哧呼哧”的氣流噪聲，則證明離心式壓縮機運行不穩定，機組存在喘振問題[1]；③根據離心式壓縮機實際情況分析其軸系振動圖，若發現離心式壓縮機內出現軸系急劇振動的情況，且振動相對明顯，則說明離心式壓縮機存在喘振現象。在離心式壓縮機日常應用期間，可采取上述3 種手段判斷離心式壓縮機是否存在喘振現象。

1.2 喘振位置

當氣流在離心式壓縮機葉片擴壓器或葉輪的流動路徑內時，將引發喘振現象。離心式壓縮機發生喘振現象的位置并不具體，可能為某個部位或某個階段區域，還可能是整個單元發生喘振，但通常情況下，離心式壓縮機喘振發生位置存在一定規律：①若離心式壓縮機內存在葉片擴壓器，在該部位是出現喘振的第一區域；②若離心式壓縮機未設置葉片擴壓器，則葉輪為首個出現喘振現象的部位，當離心式壓縮機氣體激增時，該氣體將在葉輪位置紊亂流動，并使喘振現象逐步擴散，若不加以控制，將直接影響整個機組。

1.3 喘振危害

離心式壓縮機喘振存在較大危害，具體如：①出現喘振現象時，將使離心式壓縮機進出口相關參數產生大幅度波動變化，繼而影響整個工藝流程；②喘振現象將對離心式壓縮機的隔板、密封裝置、軸承、轉動部件產生較大沖擊，使離心式壓縮機的轉子出現不平衡轉動，對設備內部靜止件產生磨損刮碰；③喘振現象將直接阻礙離心式壓縮機配套設施的運行，以干氣密封裝置為例，當產生喘振現象時，將直接損壞干氣密封裝置，繼而產生聯鎖停車現象；④喘振現象將對內部結構造成巨大沖擊，引發軸瓦密封型環燒蝕變形、刮碰磨損等問題；⑤在喘振現象作用下，導致轉子與內部密封元產生異常摩擦，產生間隙超差，并使壓比不達標，若在此期間造成有毒有害、易燃易爆介質產生泄漏，將造成較大經濟損失，嚴重時甚至出現人員傷亡。

1.4 喘振原因

離心式壓縮機出現喘振現象的原因眾多，但多集中在設計、調試、運行3 個方面。①設計原因。在離心式壓縮機設計期間并未嚴格設計防喘振系統，或旁通閥、放空閥等防喘振閥的設計循環氣量無法滿足要求。若在設計期間并未將防喘振系統與氣體分析儀進行連接，同樣可引發喘振現象，此外，在設計階段未補償修正溫度壓力同樣是引發喘振現象的原因；②調試原因。主要指離心式壓縮機的防喘振系統存在缺陷但并未在試運行期間進行調試，在離心式壓縮機內部埋下了質量隱患；③運行原因。在正式投入使用前并未全面校核心式壓縮機性能，并未組織氣體喘振試驗，繼而導致部分質量隱患未被發展；在運行期間，可能因錯誤操作等因素導致防喘振系統無法自動運行，繼而出現防喘振系統失靈等問題，使喘振預防措施無法發揮效果；若在設備運行期間實際進氣溫度壓力數值與設計數值相差較大，將引發喘振現象。

2 離心式壓縮機喘振的預防措施

2.1 控制設計源頭

2.1.1 部件幾何尺寸

按照離心式壓縮機設計標準合理控制各部件幾何尺寸，規范離心式壓縮機內部通流結構，為離心式壓縮機的穩定運行留出足夠安全裕度。防喘振是離心式壓縮機的設計重點，其工作原理如圖1 所示。為留出足夠安全裕度，離心式壓縮機內部各部件最小體積流量應控制在（1.05～1.10）qv。因此，為保障設計效果，應在喘振線右側設置防喘振保護線，而防喘振保護線與喘振線之間的空間為安全裕度。在圖1 中，以最大連續轉速線、最大壓力線作為上方邊界，以最小工作轉速線作為下方邊界，以阻塞流量線為右方邊界，以喘振線為左方邊界，但為留出安全裕度，左方邊界區防喘振保護線，圖1 中陰影部分是離心式壓縮機工況點的移動范圍，工況點越接近喘振線則越危險，當工況點與喘振線重合時則會出現喘振現象，因此當工況點接近防喘振保護線時，需執行防喘振操作。

為進一步增強離心式壓縮機抗喘振能力，在設計階段應注意以下3 點：①若采用多級壓縮機，在設計時應為級間氣流營造良好通流條件；②多缸離心式壓縮機的后缸或小流量離心式壓縮機，在設計時應將無葉擴壓器作為離心式壓縮機的通流截面部件；③在可變速離心式壓縮機內，應結合實際情況設計好轉速參數[2]。

2.1.2 設置逆止閥

在離心式壓縮機出口部位增設逆止閥結構，若離心式壓縮機在運行期間出現喘振現象，可通過逆止閥避免氣體回流，對設備產生保護效果，此外，離心式壓縮機出口部位的第一個閥門，應在確保設計合理的基礎上盡可能靠近出口法蘭，以此縮減管網容量，控制通流能量。

2.1.3 強化防喘振控制

為良好預防離心式壓縮機喘振現象，需于設計期間搭建完整的防喘振系統。①設置高溫報警裝置，將其安裝至平衡盤管線上，喘振現象出現前將引發氣體溫度上升，高溫報警裝置內的傳感器捕捉到溫度數據，當氣體溫度超出限值后將自動發出警報；②在離心式壓縮機缸間、段間設置防喘振調節裝置，為避免喘振現象產生，應確保離心式壓縮機工況點處于圖1 中陰影區域內，當離心式壓縮機的喘振曲線移動至防喘振保護線時，則意味著存在喘振隱患，此時需盡快打開防喘振閥，通過擴大進口流量來減緩管網阻力，使離心式壓縮機喘振曲線逐漸向右移動，遠離防喘振保護線。喘振線與防喘振保護線之間的安全裕度通常為整個工況區域的8%～10%，此時可根據該比例設置離心式壓縮機防喘振控制系統參數；③隨著科技的進步，自動化防喘振控制系統已應用在離心式壓縮機內，但為全面規避喘振現象，應在保障自動化防喘振控制系統完整高效的同時，設計手動控制系統，并將自動化、手動化控制手段進行單獨設置，當自動化防喘振控制系統手失靈或功能滯后時，可采用手動化控制方式進行調節。

圖1 離心式壓縮機防喘振工作原理

2.1.4 可視化控制界面

為使防喘振措施良好落實，并幫助離心式壓縮機操作人員能夠準確把握運行工況，應設置可視化防喘振控制界面，當離心式壓縮機工況點出現喘振隱患時，操作人員可第一時間發現并采取應對措施，使防喘振效果更為優異。

2.2 做好試運行調試

當離心式壓縮機設計并制造完畢后，必須進行試運行環節，并根據試運行結果進行調試：①在正式試運行前引導操作人員學習離心式壓縮機的應用流程，熟悉相關操作及工藝原理，掌握管網特性、結構性能、進口條件、轉速參數等關鍵點，并要求操作人員理解喘振原理及預防措施；②以離心式壓縮機性能曲線為依據，設置增速曲線、減速曲線，并按照“降速先減壓、升壓先增速”的原則操作離心式壓縮機[3]；③離心式壓縮機試運行啟動前，需打開防喘振閥、回流閥、進口閥，檢查出口閥是否處于關閉狀態，為后續空載啟動奠定基礎。依據增速曲線將離心式壓縮機調節至最小轉速時，即可進行增壓；④在升壓操作前，需打開出口閥門，緩慢關閉防喘振閥，以此方可執行下一步操作。但在升壓、增速期間應注意，應確保增速速度快于升壓速度；⑤雙缸離心式壓縮機內部存在2 個防喘振回路，在設備啟動后需按照“先低后高”的原則依次提升低壓缸、高壓缸的壓比，即先關低壓缸防喘振閥；⑥在關閉離心式壓縮機前，需將回流閥適量打開，待出口壓力適宜后調節轉速，使速度與壓力交替降低，采用此方式消除出口壓力后即可關閉離心式壓縮機。而對于雙缸離心式壓縮機，需以“先高后低”為順序關閉回流閥；⑦離心式壓縮機的喘振點及性能曲線均由設計人員參數計算得來，可能存在誤差，且離心式壓縮機的、安裝裝配期間同樣可能出現誤差，因此離心式壓縮機喘振線可能存在偏差。

在試運行調試期間，應根據實際使用條件對喘振線進行實測校準，通常情況下為保障試驗效果，僅可在離心式壓縮機運轉穩定正常后方可組織喘振試驗。喘振現象對設備具有巨大破壞性，在喘振試驗期間應有專業技術人員從旁指導，當出現喘振隱患時快速應對。為保障喘振試驗效果，需由慢到快設置5 個轉速條件，了解離心式壓縮機在各個轉速條件下的喘振現象，當離心式壓縮機啟動后，其進口壓力溫度數值持續不變，離心式壓縮機進口壓力逐漸變大，而進口體積流量逐漸變小，若離心式壓縮機在喘振試驗期間出現喘振現象，則需記錄距離喘振最近的穩定點數據，將該數作為離心式壓縮機在各個轉速條件下的喘振點，在此基礎上得出喘振線，根據實測數值修正防喘振控制系統內的曲線，以此提高控制系統效果。

2.3 落實運行維護

在離心式壓縮機運行期間，應定期維護保養，使設備能夠保持優良性能：①定期清理進口管路，避免其被污垢、雜質、灰塵等雜物堵塞；②離心式壓縮機運行時注意觀察并記錄溫度、壓力、氣體分子相對質量、進氣流量、管網壓力、轉速等數據，了解各類參數對管路體系的作用變化，同時注意管線堵塞問題，定期觀察工況點動態，當其趨向防喘振保護線時及時調節回流閥、轉速、進口節流及導葉角度，用以改變工況點，緩解出口阻力，使離心式壓縮機工況點處于穩定狀態，遠離防喘振區域，在此基礎上調查出現該現象的原因，有針對性地做出優化[4]；③在離心式壓縮機實際操作期間，要求操作人員嚴格按照標準規定執行操作，并引導操作人員定期回顧喘振的預防措施，當出現喘振現象時，確保操作人員能夠及時應對。發生喘振時不可第一時間停機，需使離心式壓縮機遠離喘振區域后查明原因，檢查設備存在損壞現象，當所有事項嚴格落實且離心式壓縮機恢復正常后，即可正常操作。

3 結束語

喘振是離心式壓縮機運行期間常見危害性現象，設計不當、調試不佳、運行失誤等均可引發喘振，阻礙正常生產工作，因此必須重視離心式壓縮機的喘振預防工作。在離心式壓縮機設計階段，應搭建完整的防喘振控制系統，合理設計結合尺寸與逆止閥，并按規定做好試運行與設備調試工作，最后于離心式壓縮機運行期間時作為維護保養，以此全方位避免喘振現象的產生。