離心式壓縮機(jī)發(fā)生喘振時(shí)

1、摘 要 離心式壓縮機(jī)發(fā)生喘振時(shí)，轉(zhuǎn)子及定子元件經(jīng)受交變的動(dòng)應(yīng)力，級(jí)間壓力失調(diào)引起強(qiáng)烈的振動(dòng)，使密封及軸承損壞，甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子與定子元件相碰、壓送的氣體外泄、引起爆炸等惡性事故。因此，離心式壓縮機(jī)嚴(yán)禁在喘振區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。本文針對(duì)喘振的原因和預(yù)防措施做了詳細(xì)論述。 關(guān)鍵詞 離心式壓縮機(jī) 喘振 喘振點(diǎn) 性能曲線 旋轉(zhuǎn)脫離 一、喘振機(jī)理 喘振的產(chǎn)生包含兩方面因素：內(nèi)在因素是離心式壓縮機(jī)中的氣流在一定條件下出現(xiàn)“旋轉(zhuǎn)脫離”；外界條件是壓縮機(jī)管網(wǎng)系統(tǒng)的特性。當(dāng)外界條件適合內(nèi)在因素時(shí)，便發(fā)生喘振。 2喘振與管網(wǎng)的關(guān)系 離心壓縮機(jī)的喘振是其本身的固有特性。壓縮機(jī)是否在喘振工況點(diǎn)附近運(yùn)行，這主要取決于管網(wǎng)的特性曲線

2、P=Pa+AQ2。圖2為離心壓縮機(jī)和管網(wǎng)聯(lián)合工作性能曲線。交點(diǎn)M為穩(wěn)定工況點(diǎn)，當(dāng)出氣管路中的閘閥關(guān)小到一定程度時(shí)，管道中的阻力系數(shù)A增大，管*性曲線左移到圖2中曲線4的位置時(shí)，與壓縮機(jī)性能曲線2交于N點(diǎn)，壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振工況，N點(diǎn)即為喘振點(diǎn)。相反閘閥開大時(shí)，管道中的阻力系數(shù)A減小，管*性曲線1右移，壓縮機(jī)流量達(dá)到Qmax時(shí)，出現(xiàn)滯止工況。最小流量與滯止流量之間的流量為離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況范圍。 3喘振的產(chǎn)生 從圖2可以看出：由于管網(wǎng)阻力的增加，管*性曲線左移，致使壓縮機(jī)工況點(diǎn)向小流量偏移。壓縮機(jī)的流量Qj 減少，氣體進(jìn)入葉輪和葉片擴(kuò)壓器的正沖角i增加，附面層分離區(qū)擴(kuò)大，產(chǎn)生相對(duì)于葉輪旋轉(zhuǎn)方向的“

3、旋轉(zhuǎn)脫離”，使葉輪前后壓力產(chǎn)生強(qiáng)烈的脈動(dòng)。發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫離時(shí)在葉輪的凹面形成渦流區(qū)，當(dāng)流量減小到Qmin時(shí)，上述的正沖角i 增加得更大，渦流區(qū)擴(kuò)大到整個(gè)葉片流道，氣流受到阻塞，壓縮機(jī)出口壓力突然下降，而管網(wǎng)中氣體壓力并不同時(shí)下降，這時(shí)，管網(wǎng)中壓力P1大于壓縮機(jī)出口壓力P2，因而管網(wǎng)中氣體倒流向壓縮機(jī)，直至管網(wǎng)中壓力下降到低于壓縮機(jī)出口壓力時(shí)才停止倒流。這時(shí)壓縮機(jī)又開始向管網(wǎng)壓送氣體，使管網(wǎng)中的氣體壓力再次升高至P1時(shí)，壓縮機(jī)的流量Qj減少到Qmin，出口壓力突然降到P2，P1>P2后，管網(wǎng)中氣體又倒流向壓縮機(jī)。如此周而復(fù)始地進(jìn)行，壓縮機(jī)時(shí)而有氣流輸出，時(shí)而有氣體由管路倒灌入機(jī)器，產(chǎn)生周期性氣

4、流脈動(dòng)，出現(xiàn)喘振。喘振過程中參數(shù)變化的頻率和幅度的大小與管網(wǎng)容量有很大的關(guān)系。管網(wǎng)的容量相當(dāng)于整個(gè)系統(tǒng)的基本諧振器。管網(wǎng)的容量愈大，喘振的頻率愈低，振幅愈大；管網(wǎng)的容量愈小，喘振的頻率則愈高，振幅愈小。由此可知，發(fā)生喘振的根本原因就是低流量，在操作中造成低流量的因素很多，歸納為以下幾個(gè)方面： （1）壓縮機(jī)出口壓力升高，系統(tǒng)壓力大于出口壓力，使氣體流量降到喘振流量。穩(wěn)定系統(tǒng)壓力高，造成壓縮機(jī)出口憋壓，氣體倒流入壓縮機(jī)，造成機(jī)內(nèi)氣體低流量。 （2）入口流量低于規(guī)定值，反飛動(dòng)調(diào)節(jié)閥失靈。在一定轉(zhuǎn)數(shù)和一定氣體密度下，能維持一定壓力，當(dāng)開、停機(jī)時(shí)氣體流量少，或者放火炬閥開得過大，最容易引起壓縮機(jī)入口流量

5、低。 （3）氣體密度變化，在一定轉(zhuǎn)數(shù)下，離心力下降，引起出口壓力及排量下降，通常誤認(rèn)為是抽空現(xiàn)象。 （4）分餾系統(tǒng)操作不穩(wěn)致使壓縮機(jī)入口氣體帶油（例如瓦斯罐液位、界位失靈），液體組分進(jìn)入機(jī)體。 （5）汽輪機(jī)的蒸汽壓力低或質(zhì)量差（溫度低），機(jī)組出現(xiàn)滿負(fù)荷，轉(zhuǎn)速下降。 （6）調(diào)速系統(tǒng)失靈，輔助系統(tǒng)故障，真空效率下降，機(jī)組不能額定做功。 二、離心壓縮機(jī)性能曲線的分析 Pc 3 =（Qj） N 1 P=Pa+AQ2 Pcm 4 M N 2 Pc=f (Qj) Pa Qmin Qjm Qmax Qj 圖2離心壓縮機(jī)和管網(wǎng)聯(lián)合工作性能曲線 1.管*性曲線 2. 壓縮機(jī)性能曲線 3.效率曲線 1、P=Pa+

6、AQ2 管*性曲線的特點(diǎn)（見圖2線1）。 A關(guān)小管網(wǎng)中的閘閥開度，阻力系數(shù)A增大，曲線向左移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)至4的位置，與壓縮機(jī)性能曲線2交于N點(diǎn)，壓縮機(jī)出現(xiàn)“喘振”的不穩(wěn)定現(xiàn)象。 B開大閘閥開度，阻力系數(shù)A減小，曲線向右移動(dòng)與壓縮機(jī)性能曲線2交于N點(diǎn),壓縮機(jī)在N點(diǎn)穩(wěn)定工作。 2、Pc（或）=f (Qj) 壓力-流量曲線的特點(diǎn)（見圖2線2） APc（或）隨Qj的增加而降低。Qj=Qjm時(shí)，沖擊、分離損失最小，此時(shí)壓縮機(jī)工作最穩(wěn)定，效率最高，是設(shè)計(jì)工況點(diǎn)M。 BQjQmin時(shí)，當(dāng)流量達(dá)到Qmin時(shí)離心壓縮機(jī)發(fā)生喘振現(xiàn)象，壓縮機(jī)嚴(yán)禁在喘振點(diǎn)N運(yùn)行。Qmin為喘振流量，也叫最小流量。不同轉(zhuǎn)速下的Pc=f

7、(Qj)曲線都有一喘振工況點(diǎn)，各喘振點(diǎn)的連接曲線就是該壓縮機(jī)喘振邊界線，離心壓縮機(jī)不允許在喘振邊界線的左側(cè)工作。 CQjQmax時(shí)，離心壓縮機(jī)發(fā)生滯止現(xiàn)象。Qmax為滯止流量，也叫最大流量。滯止工況就是當(dāng)壓縮機(jī)流量達(dá)到Qmax時(shí)，葉輪或葉片擴(kuò)壓器最小截面處的氣流速度達(dá)到音速，此時(shí)流量再也不能增加；或者氣流速度雖未達(dá)到音速，但葉輪對(duì)氣體做的功全部用來克服流動(dòng)損失，氣體壓力并不升高。 D喘振流量Qmin與滯止流量Qmax之間即為離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況范圍。用比值KQ=Qmax/Qmin表示；或者以比值KQ=（Qmax-Qmin）/ Qjm表示。比值KQ 、KQ越大，壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況范圍越寬。衡量離心

8、壓縮機(jī)的性能好壞，不僅要求在設(shè)計(jì)流量下應(yīng)有最高的效率，而且要求穩(wěn)定工況范圍要寬。 3、=（Qj）效率-流量曲線的特點(diǎn)（見圖2線3） AQj=Qjm（設(shè)計(jì)流量）時(shí)，沖擊、分離損失最小，故效率最高。該工況點(diǎn)為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)。又稱最佳工況點(diǎn)。 BQjQjm時(shí)，隨著Qj的增加，沖擊、分離損失與摩擦損失增加的很快，使效率下降的很快，故這段=（Qj）曲線較陡。 CQjQjm時(shí)，隨著Qj的減少，沖擊損失增加，同時(shí)相對(duì)漏氣和輪阻損失增加，使效率下降。 故效率曲線一般為中間（設(shè)計(jì)工況點(diǎn)附近）高，偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)（即QjQjm或QjQjm 效率低，形成如圖1中所示的=（Qj）曲線的形狀。所以離心壓縮機(jī)應(yīng)在最高效率點(diǎn)（即

9、設(shè)計(jì)工況點(diǎn)）附近進(jìn)行工作。 三、典型的喘振事例 例：前郭煉油廠一催化裝置的MB-CH型氣壓機(jī)是七級(jí)串聯(lián)水平中分離心式氣體壓縮機(jī)。 1由轉(zhuǎn)速變化引起的喘振 正常情況下，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的改變是由系統(tǒng)反應(yīng)的壓力信號(hào)控制，但在機(jī)器發(fā)生故障時(shí)，壓力信號(hào)不能使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速自由調(diào)節(jié)。某年冬季，由于蒸汽量不足，蒸汽管網(wǎng)壓力低，汽輪機(jī)用蒸汽經(jīng)常出現(xiàn)0.70.8MPa，機(jī)組出現(xiàn)滿負(fù)荷時(shí)非常多，轉(zhuǎn)速上不去，有時(shí)只達(dá)到給定信號(hào)的8090%，常出現(xiàn)喘振。 2氣體分子量減小引起喘振 催化裝置試驗(yàn)采用摻煉渣油，20天后由于渣油中重金屬含量高，引起催化劑中毒，使裂化氣體組分發(fā)生變化，富氣中H2組分高達(dá)40%（體積百分比），富氣分子

10、量降低到將近35(原設(shè)計(jì)分子量50)。分子量降低后，壓縮機(jī)發(fā)生喘振。 3壓縮機(jī)出口管線節(jié)流引起喘振 1990年5-6月份，在壓縮機(jī)出口管路上入容器前打洗滌水，管內(nèi)徑是150mm，結(jié)垢后內(nèi)徑變成30mm，出口管路阻塞，管路性能曲線上移，工作點(diǎn)進(jìn)入喘振區(qū)域，發(fā)生喘振。 4入口節(jié)流（進(jìn)口壓力低）導(dǎo)致壓縮機(jī)喘振。 一次，由于壓縮機(jī)前油氣分離罐破沫網(wǎng)脫落，被吸入壓縮機(jī)入口管，形成節(jié)流，進(jìn)口壓力低，導(dǎo)致喘振。 四、防止喘振的措施 防止喘振的基本原理是使流量和壓力遠(yuǎn)離喘振點(diǎn)，即保證流量在穩(wěn)定工況范圍內(nèi)QminQQmax 。壓縮機(jī)入口的進(jìn)氣量低于機(jī)器的喘振流量即Qmin，必將導(dǎo)致喘振的發(fā)生，故一般在管路中考慮

11、防喘振的措施，常用方法有幾種： 1部分氣流通過防喘振閥放空 這種防喘振措施的作用原理如圖3a所示。當(dāng)機(jī)器排氣量降低到接近喘振點(diǎn)時(shí)，經(jīng)常感受著氣量變化的文氏管流量傳感器1便傳出信號(hào)給伺服馬達(dá)2，使之開始動(dòng)作而將防喘振放空閥3打開，使部分氣流經(jīng)放空閥放空。因此不論外面需氣量是多少，壓縮機(jī)中流過的氣量，總是大于喘振氣量而使壓縮機(jī)能正常工作。該方法的缺點(diǎn)是，被放空的氣體是經(jīng)過壓縮的，浪費(fèi)了部分壓縮功。 2部分氣流經(jīng)防喘振閥后回吸氣管 如圖3b所示，其防喘振作用原理與上述放空法是一樣的，區(qū)別是將放空的氣體接至吸氣管循環(huán)使用。主要用于有毒，或易燃、易爆的氣體管路，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高不宜放空的情況。 3使機(jī)器

12、與供氣系統(tǒng)脫開 見圖3c，這種防喘振措施適用于供氣系統(tǒng)中有幾臺(tái)機(jī)器并聯(lián)工作，或供氣系統(tǒng)的容量很大，因而在一段時(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)停止供氣時(shí)用戶仍能得到所需氣量。當(dāng)壓縮機(jī)的排氣量小到接近喘振點(diǎn)時(shí)，流量傳感器1發(fā)生訊號(hào)而使伺服馬達(dá)2工作，它將反喘振閥3打開。這時(shí)壓縮機(jī)排壓便下降到接近于放空的壓力，而管路端壓Pe大于Pc，因此止逆閥4關(guān)閉，機(jī)器與供氣系統(tǒng)脫開。在此同時(shí)，由流量傳感器1送出的訊號(hào)也使伺服馬達(dá)5工作，進(jìn)氣節(jié)流閥6關(guān)小到只允許有少量的氣流經(jīng)過機(jī)器自反喘振閥3排出，它使機(jī)器中的溫度不致升高到不允許的數(shù)值。采用這種措施時(shí)，由于機(jī)器與供氣系統(tǒng)脫開，同時(shí)機(jī)器的進(jìn)氣還采取節(jié)流措施，故這時(shí)機(jī)器的功耗大為減小。

13、過一段時(shí)間后，因用戶不斷用氣而使供氣管路中儲(chǔ)氣量減小及壓力下降，當(dāng)端壓Pe下降到某個(gè)規(guī)定的最低允許值emin時(shí)，壓力傳感器7便起作用。它發(fā)出訊號(hào)使伺服馬達(dá)2及5動(dòng)作，將反喘振閥3關(guān)閉而使進(jìn)氣節(jié)流閥6打開。這時(shí)機(jī)器的排壓便逐步升高，當(dāng)排壓Pc升高到稍大于Pemin時(shí)，止逆閥4自動(dòng)被打開，機(jī)器又重新接入供氣系統(tǒng)中工作。 為了有效地防止喘振，必須控制放空閥，使其流量維持在不小于整定壓力所限制的流量，另外在操作中還要有具體辦法： （1）增加反飛動(dòng)量，開、停工時(shí)不放火炬，壓縮機(jī)入口的氣體流量小，這樣就要增加反飛動(dòng)量，開工時(shí)還要從穩(wěn)定系統(tǒng)向分餾系統(tǒng)倒氣體補(bǔ)充氣體流量，來維持壓縮機(jī)入口的流量，保證其在規(guī)定值

14、內(nèi)。 （2）加強(qiáng)穩(wěn)定系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)，不能超壓。 （3）加強(qiáng)對(duì)分餾系統(tǒng)油氣分離器液位、界位的控制，加強(qiáng)脫水。 （4）加強(qiáng)壓縮機(jī)出、入口的排凝，決不能讓氣體帶油。 （5）保證汽輪機(jī)的蒸汽壓力平穩(wěn)，不低于設(shè)計(jì)值。 （6）反應(yīng)壓力高時(shí)，可打開入口放火炬閥，壓縮機(jī)出口壓力高時(shí)，可打開出口放火炬閥，但注意出、入口放火炬閥不能同時(shí)打開。 五、小結(jié) 由于在生產(chǎn)實(shí)踐中，我們積累了大量有關(guān)喘振的數(shù)據(jù)和條件，掌握了喘振發(fā)生的根本原因，摸索出喘振發(fā)生的規(guī)律，并因地制宜采取了一系列行之有效的預(yù)防措施，另外對(duì)機(jī)組實(shí)行了特護(hù)管理辦法，杜絕了壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象的發(fā)生，為機(jī)組長周期安全運(yùn)行提供了可靠的保障，從而大大降低了檢維修費(fèi)用

15、，提高了經(jīng)濟(jì)效益?？傊x心式壓縮機(jī)組是催化裂化裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，該設(shè)備的良好運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)的保證，因此，在生產(chǎn)過程中一定要加強(qiáng)機(jī)組的維護(hù)和保養(yǎng)，避免喘振等現(xiàn)象的發(fā)生。實(shí)踐證明，喘振現(xiàn)象是完全可以避免的。 參考文獻(xiàn)：離心壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)與保護(hù)作者王志清 離心式壓縮機(jī) 西安交通大學(xué)透平壓縮機(jī)教研室編 Reason and prevention of centrifugal compressor surging tianlihua （China Petroleum QianGuo petrochemical company,Jinlin,138008） Abstract: As the permanent fault of centrifugal compressor, the major equipment of FCCU, surging often break the normal running of compressor, make it vibrate violently and even damage the parts of compressor. Surging is a kind of inherent property of co