離心壓縮機喘振的影響因素分析

姜 峰 李海龍

陜西延長石油天然氣有限責任公司

離心壓縮機喘振的影響因素分析

姜 峰 李海龍

陜西延長石油天然氣有限責任公司

喘振現(xiàn)象是離心式壓縮機固有的機械特性，在壓縮機的運行生產(chǎn)中，喘振有著較大的危害和隱患，所以在生產(chǎn)的過程中，要結(jié)合實踐，弄清喘振機理和引起喘振的影響因素，根據(jù)問題的實際情況，采取相對應(yīng)的有效防止和抑止喘振的措施，同時準確地判斷喘振現(xiàn)象并加以控制，喘振現(xiàn)象就能夠完全避免，從而實現(xiàn)提高離心式壓縮機的工作效率，確保離心式壓縮機運行穩(wěn)定性和可靠性。鑒于此，本文主要分析離心壓縮機喘振的影響因素。

離心壓縮機；喘振；因素

1 喘振機理

壓縮機流量減少時，隨著旋轉(zhuǎn)失速的產(chǎn)生會出現(xiàn)一種不穩(wěn)定工況現(xiàn)象，壓縮機的氣體流量和排氣壓力周期性地低頻率、大振幅地波動，引起機器的強烈振動，這種現(xiàn)象稱為壓縮機的喘振。喘振時的氣流波動和旋轉(zhuǎn)失速時的氣流脈動截然不同：喘振時，氣流波動方向是軸向的，而不像旋轉(zhuǎn)失速時氣流脈動沿周向進行；喘振時通過壓縮機的整個氣體流量(或平均流量值)大幅波動，而旋轉(zhuǎn)失速時，通過壓縮機的平均流量不變，流量脈動是在平均流量附近的脈動；喘振頻率和振幅是流路的容積大小所支配，與旋轉(zhuǎn)失速的關(guān)系不大；喘振頻率低而旋轉(zhuǎn)失速頻率一般都較高。形成喘振的內(nèi)在原因是氣流的嚴重失速和擴展，外部條件是壓縮機與管網(wǎng)聯(lián)合運行工況條件。

因為對離心式壓縮機喘振問題的研究尚不完善，所以對離心式壓縮機喘振的機理還沒有完全、確切的定論。通常認為離心式壓縮機喘振的發(fā)生主要有2個原因：(1)離心式壓縮機中的氣體介質(zhì)在特定條件下發(fā)生的旋轉(zhuǎn)失速，這是發(fā)生喘振現(xiàn)象的內(nèi)在因素；(2)離心式壓縮機所處的工藝系統(tǒng)的特性是其外界條件。只要外界條件和內(nèi)在因素達到喘振發(fā)生的特定條件時，喘振就會發(fā)生。

2 離心式壓縮機喘振的危害及判別

喘振現(xiàn)象對離心式壓縮機的危害極大，會縮短壓縮機的使用壽命，喘振現(xiàn)象的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①喘振會使氣流強烈的脈動以及周期性的震蕩，會導致供氣參數(shù)(流量、轉(zhuǎn)速等)的大幅度上下波動，這會破壞工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性運行。②喘振現(xiàn)象的發(fā)生會使葉片產(chǎn)生強烈的震動，葉輪的應(yīng)力也會大大地增加，使噪聲加劇。③喘振會加劇軸頸和軸承的磨損，破壞潤滑油膜的穩(wěn)定性，導致軸承合金產(chǎn)生疲勞裂紋，甚至燒毀軸承。④喘振現(xiàn)象會致使壓縮機機件密封及軸封遭受損壞，導致壓縮機的工作效率降低，甚至造成火災(zāi)、爆炸等重大事故。⑤喘振會致使動靜部件之間的摩擦與碰撞，使壓縮機的軸彎曲變形，嚴重時會產(chǎn)生軸向竄動，破壞葉輪；⑥喘振會影響與壓縮機相連的其他設(shè)備的正常運行，干擾操作人員的正常工作，使部分測量儀器儀表準確性降低，甚至是失靈。一般情況下，機組的壓力比、排氣壓力、氣體密度和排氣量越大，喘振現(xiàn)象就會越嚴重，其危害就越大。

喘振的判別，由于喘振的危害較大，操作人員應(yīng)能及時判別，壓縮機的喘振一般可從“兩觀一聽”來判別：(1) 觀測壓縮機出口壓力和進口流量的變化：壓縮機喘振時會出現(xiàn)周期性的、大幅度的脈動，從而引起測量儀表指針大幅度地擺動；(2) 觀測壓縮機的機體和軸承的振動情況：喘振時，機體、軸承的振動振幅顯著增大，機組發(fā)生強烈的振動；(3) 聽測壓縮機出口管路氣流的噪聲：當壓縮機接近喘振工況時，排氣管道中會發(fā)生周期性的，時高時低“呼哧呼哧”的噪聲。當進入喘振工況時，噪聲立即大增甚至出現(xiàn)爆音。

3 離心壓縮機喘振的判斷及預(yù)防措施

3.1 喘振的判斷

(1)監(jiān)聽壓縮機排出管道內(nèi)的聲音：壓縮機在正常的運行狀態(tài)下，其聲音低而且為連續(xù)性的，當喘振發(fā)生時，管道中的氣體流動狀態(tài)發(fā)生周期性的變化，管道內(nèi)的氣體不穩(wěn)定的流動會產(chǎn)生很大的噪音，出現(xiàn)噪音循環(huán)性的變化，像人劇烈喘息的聲音，明顯有別于壓縮機正常運行時的聲音。(2)通過壓縮機排出壓力和吸入流量的變化能夠有效的判斷喘振是否發(fā)生：排出壓力和吸入流量處于穩(wěn)定狀態(tài)時，壓縮機穩(wěn)定運行。只會在正常調(diào)整范圍內(nèi)較微波動。排出壓力和流量發(fā)生強烈脈動和周期性振蕩，壓縮機吸入壓力異常變化，此時可以確定壓縮機發(fā)生了喘振。(3)查看機體和軸承的振動情況；當接近或進入喘振工況時，壓縮機缸體的振動和軸端位移會出現(xiàn)較大變化，其振幅要比正常運行時大得多，機組發(fā)生強烈的振動。

3.2 預(yù)防措施

喘振是離心式壓縮機固有的特性，具有較大的危害，所以在實際的生產(chǎn)運行過程中，為了能有效地防止喘振的發(fā)生，可采取3項措施。

(1)在壓縮機排出管道設(shè)置手動或自動控制的防喘振回流閥。目前，大部分的離心式壓縮機均采用該方法。防喘振閥在設(shè)計階段要合理選型，其全行程反應(yīng)時間盡可能短；防喘振閥的型號、尺寸應(yīng)根據(jù)壓縮機的性能和操作條件來選取，必須有較大的安全余量。(2)如果防喘振閥出現(xiàn)故障時，為了能安全及時地卸壓。采用在壓縮機出口管線上安裝安全閥，排放至火炬系統(tǒng)。(3)定期校驗安全閥、防喘振閥、壓力及流量聯(lián)儀表，確保其整定值準確、動作靈敏。應(yīng)重點做好防喘振系統(tǒng)儀表的定期檢查工作，確保該系統(tǒng)開啟迅速。另外，應(yīng)定期維護壓縮機的出口止逆閥，確保其靈活好用。進口帶可調(diào)控葉機構(gòu)的離心式壓縮機，它的導葉執(zhí)行機構(gòu)要反應(yīng)靈敏，反饋信號一定要準確無誤，還應(yīng)每隔一定周期校對導葉開度的精確性。因此，每個檢修周期都應(yīng)該檢驗喘振曲線的準確性，如果位移量超標嚴重，就應(yīng)該重新修正。

總之，壓縮機防喘振技術(shù)已經(jīng)比較成熟，防喘振自動控制系統(tǒng)也更加完善，只要將防喘振技術(shù)充分理解，結(jié)合實際生產(chǎn)裝置的工藝流程制定出不同情況下的防喘振措施，并轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮鲉T的實際操作能力，就可以有效避免離心式壓縮機組的喘振。

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