防喘振在實際應(yīng)用中一系列問題及解決辦法

朱洪力　李建珍

【摘 要】離心壓縮機在輸出壓力一定，而流量減小到某一數(shù)值時，就將發(fā)生喘振，防喘振閥就是防止離心氣體壓縮機在工作中出現(xiàn)喘振現(xiàn)象發(fā)生的裝置，可以有效地防止渦輪增壓器部件產(chǎn)生加速磨損和疲勞，減少事故的產(chǎn)生。本文主要介紹了在生產(chǎn)工作中遇到的有關(guān)防喘振閥的問題及解決方案。

【關(guān)鍵詞】離心壓縮機；喘振；實際應(yīng)用

1 喘振現(xiàn)象的產(chǎn)生

合成Ⅳ合成氣壓縮機一段防喘振調(diào)節(jié)閥FV7101（閥門位號），使用的是FISHER套筒調(diào)節(jié)閥，在運行初期使用情況較好，但是在近期多次出現(xiàn)因為一段流量突然升高，造成機組甩負(fù)荷的現(xiàn)象發(fā)生。

現(xiàn)象記錄：

（1）8月27日2：40，Ⅰ段防喘振閥突然全開，合成氣壓縮機聯(lián)鎖切氣空轉(zhuǎn)。

（2）8月29日2：45，Ⅰ段防喘振閥突然全開，合成氣壓縮機聯(lián)鎖切氣空轉(zhuǎn)。

（3）8月29日4：20，Ⅰ段防喘振閥突然全開，合成氣壓縮機聯(lián)鎖切氣空轉(zhuǎn)。

這三次都是一個現(xiàn)象：一段入口流量在幾秒鐘突然增加接近20000，二段入口流量下降，造成轉(zhuǎn)速下降近1000轉(zhuǎn)，蒸汽流量跟不上致使壓縮機進(jìn)入喘振區(qū)，機組一段、二段防喘振閥全開，機組甩負(fù)荷，系統(tǒng)切氣。

2 發(fā)生喘振的原因

當(dāng)進(jìn)口壓力或流量突然（瞬間）降低，低過最低允許工況點時，壓縮機內(nèi)的氣體由于流量發(fā)生變化，會出現(xiàn)嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離，形成突變失速（指氣體在葉道進(jìn)口的流動方向和葉片進(jìn)口角出現(xiàn)很大偏差），這時葉輪不能有效提高氣體的壓力，導(dǎo)致機出口壓力降低。但是系統(tǒng)的壓力沒有瞬間相應(yīng)地降下來，從而發(fā)生氣體從系統(tǒng)向壓縮機倒流，當(dāng)系統(tǒng)壓力降至低于機出口壓力時，氣體又向系統(tǒng)流動。如此反復(fù)，使機組與管網(wǎng)發(fā)生周期性的軸向低頻大振幅的氣流振蕩現(xiàn)象。

2.1 影響因素

（1）溫度：在壓縮機恒壓的運行工況下，氣體入口溫度越高，越容易發(fā)生喘振，因此，夏季比冬季更容易發(fā)生喘振。

（2）壓力：在壓縮機恒壓的運行工況下，入口壓力越低，壓縮機越容易發(fā)生喘振，這也是入口過濾器壓差增大時，要及時更換濾網(wǎng)的原因。

（3）流量：隨著流量的減少，壓縮機的出口壓力逐漸增大，當(dāng)達(dá)到該轉(zhuǎn)速下最大出口壓力時，機組進(jìn)入喘振區(qū)，壓縮機出口壓力開始減小，流量也隨之減小，壓縮機發(fā)生喘振。

（4）轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速越高，越容易發(fā)生喘振。

（5）氣體相對分子質(zhì)量：在壓縮機恒壓的運行工況下，相對分子質(zhì)量越小，越容易發(fā)生喘振。

2.2 原因分析

經(jīng)工作人員多次對工藝進(jìn)行排查，排除工藝對氣量的影響，氮氣流量和壓力并沒有明顯的波動，故懷疑喘振閥存在問題。特別是，當(dāng)工藝人員兩次進(jìn)行減量操作時，操作閥門有0.3%的開度時，閥門進(jìn)入喘振區(qū)。懷疑三個方面的原因：一是閥門定位器有問題，二是閥門執(zhí)行機構(gòu)問題，三是閥門內(nèi)件有問題。臨時采取的措施：增加氣源壓力，在8月29日將閥門的氣源壓力由0.28MPa增加到0.30MPa，10月12日由0.30MPa調(diào)整到0.32MPa。但是沒有解決問題。

3 初步閥門拆檢情況

11月5日，利用停車機會對閥門進(jìn)行拆檢，主要進(jìn)行了以下工作：

對所有接頭進(jìn)行試漏，沒有發(fā)現(xiàn)漏點。

更換信號電纜。

更換閥門定位器。

拆檢執(zhí)行機構(gòu)，沒有問題。

拆檢閥門內(nèi)件，沒有發(fā)現(xiàn)問題，確認(rèn)閥門內(nèi)件的流量特性為直線，與數(shù)據(jù)表一致。

更換了閥座下口、及上閥蓋墊片，特別是閥座下口的墊片厚度由1mm改為3mm。

解決原來閥桿連接的十字連頭缺少一個固定螺栓的問題及執(zhí)行機構(gòu)壓圈松動的問題。

閥門定位器重新進(jìn)行標(biāo)定，閥門全關(guān)時定位器輸出壓力為0.18MPa。

4 檢修后運行情況

（1）11月8日系統(tǒng)開車加量后，對現(xiàn)場閥門進(jìn)行觀察，閥門從全開慢慢全關(guān)的過程，閥門在關(guān)到95%以前，動作正常，在閥門關(guān)到98%-100%之間時，閥門出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，間隔大約12s左右一次，閥門波動閥位大約在2%-3%左右，從閥門定位器輸出看，輸出壓力由0.1MPa慢慢下降，閥門突然動作，輸出壓力增加到0.16MPa，閥門基本全關(guān)?？刂剖宜托盘柸P(guān)時，閥門全關(guān)，不再喘振，輸出壓力為0.18MPa。在閥門喘振時檢查一段流量，沒有大的波動。

（2）11月19日18點30分左右，D#爐燒嘴一對跳車，合成氣壓縮機減量。一段喘振閥門打開，操作者先給1%的閥位，閥門開啟，接著又連續(xù)給1%～5%的閥位每次，直到喘振閥門全開。本次減量過程中沒有出現(xiàn)閥門自動全開的現(xiàn)象。但是在減量過程中壓力是緩慢下降的，從正常開始減量到開始動作防喘振閥們，大約20分鐘的時間，一入壓力由2.72MPa降至1.94MPa，一出壓力由6.27MPa降至4.81MPa。

5 閥門定位器試驗情況

11月22、23日，在檢修人員利用和現(xiàn)場同類型的閥門（正作用氣閉）對上次檢修更換下的定位器進(jìn)行試驗，試驗情況如下：

確認(rèn)定位器上部的壓力表為定位器輸出壓力指示。

氣源壓力設(shè)定為0.25MPa，閥門自檢、送信號調(diào)試，閥門全關(guān)時，輸出壓力為0.12MPa。

送信號至75%，閥門實際動作50%時，定位器輸出壓力慢慢升高至自檢時閥門全關(guān)時的壓力0.12MPa，而不是氣源壓力，13s后回到75%時的正常輸出壓力0.8MPa。

當(dāng)信號超出20mA時，定位器輸出壓力增加到氣源壓力并保持。當(dāng)?shù)陀?0mA，如19.99mA時，定位器定位器輸出壓力回到正常值0.1MPa。

彈簧預(yù)緊力松時，閥門自檢不能通過，閥門喘振非常厲害，當(dāng)把彈簧預(yù)緊力調(diào)大時，閥門不在喘振，自檢通過，而且閥門全關(guān)時的壓力由0.12MPa升高到0.15MPa。

6 再次分析原因及下一步措施

原因分析：從前期處理的情況看，個人認(rèn)為造成機組甩負(fù)荷的原因是FV7101調(diào)節(jié)閥在原始安裝時，沒有進(jìn)行調(diào)整，通過連接頭缺螺絲可以看出，閥門出廠時沒有進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)試，特別是彈簧的預(yù)緊力沒有調(diào)整，在下次拆檢時，對閥門進(jìn)行全面調(diào)整確認(rèn)，基本能夠解決問題。

下一步措施：針對前期處理的情況和閥門拆檢情況看：現(xiàn)場FV7102、FV7103及拆檢前FV7101定位器的輸出壓力，都為氣源壓力，停車時，需對三臺閥全關(guān)時的電流信號再現(xiàn)場串入電流表進(jìn)行測試，是否已經(jīng)超過20mA，并進(jìn)行小信號測試。

在系統(tǒng)停車前，聯(lián)系工藝在進(jìn)行測試，直接在正常工況下用FV7101進(jìn)行減量，觀察現(xiàn)場閥門動作情況及流量變化情況。

測試閥門執(zhí)行機構(gòu)動作開始的壓力，現(xiàn)場利用定值器、標(biāo)準(zhǔn)壓力表、千分尺，測試準(zhǔn)確值。

松開十字連頭，執(zhí)行機構(gòu)通氣，判斷閥門是否完全關(guān)到位。

調(diào)整彈簧預(yù)緊力，在原來的基礎(chǔ)上增加0.02-0.04MPa，安裝好閥門，對定位器進(jìn)行自動校驗，檢查閥門全關(guān)時的定位器輸出壓力，是否比原來增加。

對現(xiàn)場閥門進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，最終通過往下旋絲，閥門可以正常工作。

7 防止喘振的措施

（1）部分氣流通過防喘振閥放空或者流經(jīng)防喘振閥后回吸氣管，這樣可以不論外面需氣量是多少，壓縮機中流過的氣量，總是大于喘振氣量而使壓縮機能正常工作。

（2）定極限流量法：就是使壓縮機的流量始終保持大于某一定值流量，從而避免進(jìn)入喘振區(qū)運行。此法通常用于恒速運行的離心機且一般流量調(diào)節(jié)器的給定值應(yīng)大于額定喘振點流量的7%～10%，此法優(yōu)點是控制簡單，缺點是當(dāng)機組變速運行且處于低負(fù)荷情況時，防喘振控制投用過早，造成能耗加大。

（3）變極限流量法：在變速運行的壓縮機中，隨著不同工況（壓縮比、出口壓力或轉(zhuǎn)速），極限喘振流量是個變數(shù)。變極限流量法是采用隨動防喘振流量控制系統(tǒng)在壓縮機的不同工況下沿喘振曲線（實際上是沿防喘振操作曲線）自動改變防喘振流量調(diào)節(jié)器的給定值，使防喘振調(diào)節(jié)器沿喘振曲線右側(cè)安全控制線（防喘振操作線）工作，這樣既安全又節(jié)能。

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