王毅(中國石油工程建設(shè)公司 北京100000)

壓縮機(jī)一般是一種由電機(jī)帶動(dòng)的，可壓縮輸送各種氣體的設(shè)備。常見的有離心式壓縮機(jī)、活塞式壓縮機(jī)等。壓縮機(jī)具有排量大、效率高、安裝使用簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，是天然氣輸送、空氣鉆井、化工制藥等行業(yè)生產(chǎn)中對(duì)氣體實(shí)現(xiàn)輸送的有效設(shè)備。因此確保壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是保障生產(chǎn)正常進(jìn)行的重要內(nèi)容。但是，壓縮機(jī)在工作中會(huì)由于種種原因經(jīng)常出現(xiàn)“喘振”現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被認(rèn)為是壓縮機(jī)的一種固有特性，如預(yù)防和防護(hù)不當(dāng)，會(huì)嚴(yán)重影響并降低壓縮機(jī)的工作能力，甚至?xí)斐蓧嚎s機(jī)的結(jié)構(gòu)損壞，影響生產(chǎn)工作的正常進(jìn)行。因此開展壓縮機(jī)的防喘振研究，提出相應(yīng)的防喘振有效措施，對(duì)于提高壓縮機(jī)應(yīng)用和生產(chǎn)安全有著重要的意義。

一、壓縮機(jī)和喘振現(xiàn)象

常用壓縮機(jī)主要類型有軸流式、離心式、活塞式、回轉(zhuǎn)式等。這四種壓縮機(jī)的工作原理可總結(jié)為兩類：其中軸流式和離心式壓縮機(jī)屬于第一類，該類壓縮機(jī)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，利用動(dòng)力裝置將氣體加速，再進(jìn)行降速，并改變氣體流向，使氣體勢(shì)能增加的原理實(shí)現(xiàn)輸送。如離心式壓縮機(jī)，利用在壓縮腔中的旋轉(zhuǎn)葉輪產(chǎn)生的離心力將氣體介質(zhì)甩向特定方向，并給予氣體介質(zhì)壓動(dòng)能，同時(shí)使壓縮腔形成負(fù)壓區(qū)，抽吸氣體持續(xù)進(jìn)入壓縮腔，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣體的持續(xù)輸送。而第二類壓縮機(jī)如活塞式和回旋式壓縮機(jī)則通過減少壓縮腔容積，使壓縮腔內(nèi)氣體增壓并排出的壓縮氣體方式實(shí)現(xiàn)氣體輸送的。壓縮機(jī)在選擇壓縮機(jī)的類型時(shí)，應(yīng)將所輸送氣體介質(zhì)的類型、流量、壓力等參數(shù)和壓縮機(jī)的特性進(jìn)行對(duì)比考慮。

壓縮機(jī)工作時(shí)，工作負(fù)荷下降到某一值后，其出口流量會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈波動(dòng)不穩(wěn)，位于出口的氣體止逆閥由于劇烈波動(dòng)的影響會(huì)發(fā)生開關(guān)不穩(wěn)現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的氣體流量、壓力隨著止逆閥的開關(guān)產(chǎn)生頻率變化，當(dāng)振幅達(dá)到一定程度后，壓縮機(jī)機(jī)身將產(chǎn)生振動(dòng)或晃動(dòng)，產(chǎn)生“吼叫聲”，這個(gè)過程就是壓縮機(jī)的“喘振”現(xiàn)象。喘振現(xiàn)象是氣體可壓縮性的特性造成的，是壓縮機(jī)的常見現(xiàn)象。上世紀(jì)40年代中期，英國學(xué)者就提出應(yīng)對(duì)離心壓縮機(jī)的喘振現(xiàn)象給予關(guān)注和研究。壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的原因和常見實(shí)例有：

(1)轉(zhuǎn)速下降但背壓未下降。壓縮機(jī)若出現(xiàn)轉(zhuǎn)速下降的故障時(shí)，會(huì)使壓縮機(jī)出口壓力急劇降低，導(dǎo)致管網(wǎng)中高壓氣體回流至壓縮機(jī)，引發(fā)喘振現(xiàn)象。導(dǎo)致壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下降的原因有很多，如調(diào)速系統(tǒng)故障、氣體質(zhì)量較差導(dǎo)致的壓縮機(jī)堵塞、氣體供給不足導(dǎo)致的管網(wǎng)壓力下降等。

(2)管網(wǎng)阻力或后系統(tǒng)壓力增大。管網(wǎng)阻力和后系統(tǒng)壓力的增大都會(huì)導(dǎo)致管網(wǎng)特性曲線急劇上升，產(chǎn)生喘振。例如：出口閥門故障導(dǎo)致的管網(wǎng)阻力升高、排氣通道不暢導(dǎo)致管網(wǎng)阻力升高、工藝改造導(dǎo)致的后系統(tǒng)壓力升高等現(xiàn)象。

(3)壓縮機(jī)的入口壓力降低或入口管線阻力增大。入口的壓力降低或阻力增大會(huì)導(dǎo)致喘振現(xiàn)象的發(fā)生，具體實(shí)例如：入口過濾器堵塞、壓縮機(jī)入口吸入雜質(zhì)、入口前設(shè)備多導(dǎo)致的阻力增大等。

(4)溫度變化影響產(chǎn)生喘振。主要有冷卻系統(tǒng)失效、環(huán)境溫度變化等。

(5)氣體介質(zhì)成分變化引發(fā)喘振。如催化劑中毒、環(huán)境影響改變了氣體組分等原因。

因此，影響壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象的因素主要有壓縮機(jī)性能、流量、背壓、轉(zhuǎn)速、氣體相對(duì)分子量、入口壓力、入口溫度、管網(wǎng)容積、管網(wǎng)阻力等。當(dāng)開展壓縮機(jī)的防喘振研究時(shí)，必須充分考慮以上因素，建立有效的檢測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，準(zhǔn)確測(cè)量各參數(shù)變化，對(duì)壓縮機(jī)的工作狀態(tài)做出評(píng)價(jià)。

二、壓縮機(jī)防喘振措施

喘振現(xiàn)象發(fā)生的原因有很多，但其根本原因和主要原因是由于入口氣體流量小于壓縮機(jī)所要求的最低流量。因此，壓縮機(jī)防喘振基本措施主要是使入口流量和入口壓力滿足壓縮機(jī)的最低限度，保證壓縮機(jī)的流量穩(wěn)定并處于正常工作要求范圍內(nèi)。具體的防壓縮機(jī)喘振措施有：

(1)管道優(yōu)化

主要可通過增加并接防喘振設(shè)備、增加壓縮機(jī)旁路、建立壓縮機(jī)自動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)來進(jìn)行管道優(yōu)化。將防喘振閥、流量計(jì)、防喘振放空閥等裝載在防喘振管線上，當(dāng)管道出現(xiàn)供氣不足時(shí)，流量計(jì)監(jiān)測(cè)氣量不足信號(hào)并指示防喘振閥啟動(dòng)并開啟防喘振放空閥，確保壓縮機(jī)內(nèi)流量總大于管道流量；利用冷卻機(jī)將出口處的大流量氣體分離從旁路吸入入口處，減少喘振發(fā)生的可能；建立包含防喘振控制閥門、控制器、流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、溫度壓力傳感器等設(shè)備的自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，確保入口流量達(dá)到壓縮機(jī)的正常工作需求。

(2)建立防喘振模糊控制模擬方法

設(shè)計(jì)模糊控制器，利用Matlab軟件編程控制建立模型，可有效分析壓縮機(jī)喘振現(xiàn)象，并得出合理的防喘振控制要求。

(3)生產(chǎn)優(yōu)化管理

壓縮機(jī)生產(chǎn)使用過程中須優(yōu)化管理，具體有設(shè)備維護(hù)優(yōu)化、環(huán)境保護(hù)、設(shè)備操作優(yōu)化等方面。其中設(shè)備維護(hù)優(yōu)化要求：濾網(wǎng)及時(shí)更換以確保入口過濾器壓差較小、避免氣體摻入雜質(zhì)、檢測(cè)設(shè)備功能保障等；環(huán)境保護(hù)要求保障環(huán)境溫度的變化對(duì)壓縮機(jī)的影響降至最低，防止出現(xiàn)管路堵塞；設(shè)備操作優(yōu)化要求防止系統(tǒng)壓力超壓、穩(wěn)定系統(tǒng)流量、根據(jù)要求調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速等要求。同時(shí)，壓縮機(jī)操作維護(hù)相關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，要不斷提高專業(yè)素質(zhì)。

結(jié)束語

壓縮機(jī)應(yīng)用廣泛，但壓縮機(jī)的喘振現(xiàn)象嚴(yán)重影響壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至威脅生產(chǎn)安全。本文通過分析壓縮機(jī)原理以及產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的原因和實(shí)例，總結(jié)影響壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象的各種因素，并提出預(yù)防和減輕壓縮機(jī)產(chǎn)生喘振的有效措施，可有效提高壓縮機(jī)的使用壽命和行業(yè)生產(chǎn)安全性。對(duì)于提高壓縮機(jī)應(yīng)用和生產(chǎn)安全有著重要的意義，為壓縮機(jī)工作安全和生產(chǎn)提供了保障。

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