離心式CO2壓縮機(jī)喘振原因分析及預(yù)防

羅書(shū)磊,韓　芬（.淄博金柯工程設(shè)計(jì)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(jī)喘振原因分析及預(yù)防

羅書(shū)磊1,韓芬2
（1.淄博金柯工程設(shè)計(jì)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(duì)某公司尿素車(chē)間離心式CO2壓縮機(jī)試車(chē)和運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合資料和實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)離心式CO2壓縮機(jī)喘振的原因和如何預(yù)防壓縮機(jī)喘振進(jìn)行了分析。文中根據(jù)需要對(duì)該公司離心式CO2壓縮機(jī)情況、離心式CO2壓縮機(jī)的工作原理和離心式CO2壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象和危害進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

離心式CO2壓縮機(jī)；喘振；原因；預(yù)防

CO2壓縮機(jī)在采用離心式CO2壓縮機(jī)的尿素生產(chǎn)單位具有十分重要的地位，它的運(yùn)行是否穩(wěn)定直接關(guān)系到尿素生產(chǎn)的穩(wěn)定，關(guān)系到尿素生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量和能源消耗的高低。在生產(chǎn)運(yùn)行情況下,由于操作和系統(tǒng)本身原因，離心式CO2壓縮機(jī)容易發(fā)生喘振。并且在發(fā)生喘振時(shí),可能引起壓縮機(jī)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?cè)谡ｉ_(kāi)車(chē)和生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，必須十分重視壓縮機(jī)喘振問(wèn)題，提前預(yù)防、提前發(fā)現(xiàn)、盡早處理。本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中離心式CO2壓縮機(jī)的操作和運(yùn)行情況對(duì)離心式CO2壓縮機(jī)發(fā)生喘振的原因和預(yù)防方法進(jìn)行了研究，以期能夠達(dá)到預(yù)防喘振，減少喘振現(xiàn)象發(fā)生的目的。

1　離心式CO2壓縮機(jī)簡(jiǎn)介

某公司尿素車(chē)間的離心式CO2壓縮機(jī)采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，汽輪機(jī)為杭州汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為NK40/45/20的單缸冷凝式汽輪機(jī)，壓縮機(jī)采用沈陽(yáng)透平機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)的機(jī)型為2MCL607+2BCL356/A的壓縮機(jī)。2MCL607+2BCL356/A離心壓縮機(jī)按二缸四段設(shè)計(jì)，設(shè)有段間冷卻器冷卻，缸間冷卻器冷卻。壓縮機(jī)一、二段為低壓缸，三、四段為高壓缸，并設(shè)有兩級(jí)防喘振閥。

2　離心式CO2壓縮機(jī)工作原理

壓縮機(jī)由汽輪機(jī)拖動(dòng)，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，工藝氣體由吸入室吸入，隨葉輪一起高速旋轉(zhuǎn)，獲得動(dòng)能后，經(jīng)葉片間通道沿半徑方向甩出，并進(jìn)入流通面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器中，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化成壓力能，從而達(dá)到使工藝氣體提壓的目的。

3　離心式CO2壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象描述

離心式CO2壓縮機(jī)在正常工況下，噪聲較低且是連續(xù)穩(wěn)定的。而當(dāng)接近喘振工況時(shí)，氣流發(fā)出的噪聲時(shí)高時(shí)低，并做周期性變化。但一旦進(jìn)入喘振工況后，噪聲會(huì)明顯增大，并發(fā)出異常的周期性吼叫或喘氣聲，管道和機(jī)體有時(shí)會(huì)有較大的震動(dòng)，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)爆音。

4　離心式CO2壓縮機(jī)喘振危害

喘振的發(fā)生會(huì)使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子經(jīng)受交變應(yīng)力作用而斷裂，使級(jí)間壓力失常而引起強(qiáng)烈振動(dòng)，導(dǎo)致密封及推力軸承損壞，使運(yùn)動(dòng)元件和靜止元件相碰，造成嚴(yán)重事故。

5　離心式CO2壓縮機(jī)喘振原因分析

5.1入口流量、壓力低于規(guī)定值

在離心式CO2壓縮機(jī)開(kāi)車(chē)和正常運(yùn)行中，如果發(fā)生入口流量和壓力低于正常規(guī)定值，就有可能發(fā)生壓縮機(jī)喘振。原因通常有：（1）前系統(tǒng)氣體減量或不穩(wěn)造成壓力和流量波動(dòng)；（2）當(dāng)壓縮機(jī)入口管線氣流阻力增大也會(huì)造成進(jìn)氣壓力下降，主要為壓縮機(jī)進(jìn)口過(guò)濾器逐漸堵塞造成過(guò)濾器壓差過(guò)大造成；（3）壓縮機(jī)加負(fù)荷過(guò)快也會(huì)造成壓縮機(jī)進(jìn)口壓力和流量降低造成喘振。

5.2壓縮機(jī)動(dòng)力來(lái)源不穩(wěn)

當(dāng)壓縮機(jī)動(dòng)力來(lái)源不穩(wěn)時(shí)，亦會(huì)造成壓縮機(jī)喘振，原因如下：

（1）汽輪機(jī)動(dòng)力蒸汽波動(dòng)較大會(huì)造成壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大并造成壓縮機(jī)喘振；

（2）汽輪機(jī)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥動(dòng)作過(guò)于靈敏，波動(dòng)較大，亦會(huì)造成壓縮機(jī)喘振。

5.3壓縮機(jī)進(jìn)氣密度變化

壓縮的進(jìn)氣密度突然發(fā)生變化，在一定轉(zhuǎn)數(shù)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(jī)，造成機(jī)內(nèi)氣體低流量造成喘振，原因如下：

（1）進(jìn)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(tǒng)原因造成壓縮機(jī)進(jìn)氣純度下降，造成進(jìn)氣分子量降低造成喘振；

（3）壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器冷卻能力下降也會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣密度下降造成喘振。

5.4壓縮機(jī)出口壓力過(guò)高

在運(yùn)行中由于多種情況會(huì)出現(xiàn)壓縮機(jī)出口壓力過(guò)高、運(yùn)行工作點(diǎn)向小流量區(qū)域移動(dòng)，從而進(jìn)入喘振工況。

（1）兩段四級(jí)壓縮中壓縮比偏離正常值，會(huì)造成壓縮機(jī)徑向力偏高造成喘振；

（2）升速升壓過(guò)程過(guò)快造成壓縮機(jī)出口壓力過(guò)高。壓縮機(jī)的升壓過(guò)程是一個(gè)分子累計(jì)的過(guò)程，出口的氣體逐漸充滿機(jī)體，并在升速過(guò)程中累計(jì)造成壓力慢慢升高，如升速升壓過(guò)快就會(huì)造成喘振；

（3）壓縮機(jī)出口放空未打開(kāi)造成出口壓力過(guò)高，造成機(jī)體四級(jí)壓縮中氣體流通不暢從而造成喘振。

6　處理和預(yù)防喘振的措施

（1）開(kāi)車(chē)前校核壓縮機(jī)儀表。在壓縮機(jī)開(kāi)車(chē)前，必須校核壓縮機(jī)進(jìn)口流量計(jì)、進(jìn)口壓力、壓縮機(jī)防喘振閥門(mén)、汽輪機(jī)調(diào)速閥和出口放空閥門(mén)等儀表是否靈活好用。同時(shí)在開(kāi)車(chē)過(guò)程中對(duì)調(diào)速閥的PID值和防喘振閥全行程反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行校正，以期達(dá)到較好的操作反饋。

（2）合理調(diào)節(jié)兩級(jí)防喘振閥門(mén)開(kāi)度。在壓縮機(jī)開(kāi)車(chē)和運(yùn)行中，要合理操作兩級(jí)防喘振閥門(mén)。機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)靠轉(zhuǎn)速和防喘振閥控制，防喘振閥的開(kāi)度和機(jī)組流量配合調(diào)節(jié)，防喘振閥的控制要沿喘振線精心控制，防止機(jī)組運(yùn)行曲線落入喘振區(qū)。

（3）合理調(diào)節(jié)升壓和升速。在壓縮機(jī)開(kāi)車(chē)過(guò)程中，升壓和升速應(yīng)交相呼應(yīng)，逐漸緩慢提高壓縮機(jī)的速度和壓力。在升速和升壓中總結(jié)升速和升壓趨勢(shì)，找出本臺(tái)機(jī)組的最佳升速升壓方式。

7　結(jié)論

喘振作為離心式壓縮機(jī)固有的機(jī)械特性，其在實(shí)際的運(yùn)行生產(chǎn)中存在著較大的危害和隱患，而在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，更應(yīng)該結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，逐步了解喘振機(jī)理，掌握喘振的主要影響因素，以采取行之有效的預(yù)防控制措施，進(jìn)而提高壓縮機(jī)的抗喘振性能和運(yùn)行可靠性，從而實(shí)現(xiàn)離心壓縮機(jī)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、高效的運(yùn)行。

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

[2]花嚴(yán)紅,袁衛(wèi)星,王海.離心壓縮機(jī)研究現(xiàn)狀及展望[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2007,2(03):45-48.

[3]西安交通大學(xué)透平壓縮機(jī)教研室.離心式壓縮機(jī)原理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990.

羅書(shū)磊（1987—），男，河南許昌人，本科，助理工程師，研究方向：化工工程設(shè)計(jì)。