姜 峰 李海龍

陜西延長(zhǎng)石油天然氣有限責(zé)任公司

離心壓縮機(jī)喘振的影響因素分析

姜 峰 李海龍

陜西延長(zhǎng)石油天然氣有限責(zé)任公司

喘振現(xiàn)象是離心式壓縮機(jī)固有的機(jī)械特性，在壓縮機(jī)的運(yùn)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(guò)程中，要結(jié)合實(shí)踐，弄清喘振機(jī)理和引起喘振的影響因素，根據(jù)問(wèn)題的實(shí)際情況，采取相對(duì)應(yīng)的有效防止和抑止喘振的措施，同時(shí)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)提高離心式壓縮機(jī)的工作效率，確保離心式壓縮機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。鑒于此，本文主要分析離心壓縮機(jī)喘振的影響因素。

離心壓縮機(jī)；喘振；因素

1 喘振機(jī)理

壓縮機(jī)流量減少時(shí)，隨著旋轉(zhuǎn)失速的產(chǎn)生會(huì)出現(xiàn)一種不穩(wěn)定工況現(xiàn)象，壓縮機(jī)的氣體流量和排氣壓力周期性地低頻率、大振幅地波動(dòng)，引起機(jī)器的強(qiáng)烈振動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為壓縮機(jī)的喘振。喘振時(shí)的氣流波動(dòng)和旋轉(zhuǎn)失速時(shí)的氣流脈動(dòng)截然不同：喘振時(shí)，氣流波動(dòng)方向是軸向的，而不像旋轉(zhuǎn)失速時(shí)氣流脈動(dòng)沿周向進(jìn)行；喘振時(shí)通過(guò)壓縮機(jī)的整個(gè)氣體流量(或平均流量值)大幅波動(dòng)，而旋轉(zhuǎn)失速時(shí)，通過(guò)壓縮機(jī)的平均流量不變，流量脈動(dòng)是在平均流量附近的脈動(dòng)；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(yán)重失速和擴(kuò)展，外部條件是壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行工況條件。

因?yàn)閷?duì)離心式壓縮機(jī)喘振問(wèn)題的研究尚不完善，所以對(duì)離心式壓縮機(jī)喘振的機(jī)理還沒(méi)有完全、確切的定論。通常認(rèn)為離心式壓縮機(jī)喘振的發(fā)生主要有2個(gè)原因：(1)離心式壓縮機(jī)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(jī)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(dá)到喘振發(fā)生的特定條件時(shí)，喘振就會(huì)發(fā)生。

2 離心式壓縮機(jī)喘振的危害及判別

喘振現(xiàn)象對(duì)離心式壓縮機(jī)的危害極大，會(huì)縮短壓縮機(jī)的使用壽命，喘振現(xiàn)象的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①喘振會(huì)使氣流強(qiáng)烈的脈動(dòng)以及周期性的震蕩，會(huì)導(dǎo)致供氣參數(shù)(流量、轉(zhuǎn)速等)的大幅度上下波動(dòng)，這會(huì)破壞工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性運(yùn)行。②喘振現(xiàn)象的發(fā)生會(huì)使葉片產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)，葉輪的應(yīng)力也會(huì)大大地增加，使噪聲加劇。③喘振會(huì)加劇軸頸和軸承的磨損，破壞潤(rùn)滑油膜的穩(wěn)定性，導(dǎo)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(huì)致使壓縮機(jī)機(jī)件密封及軸封遭受損壞，導(dǎo)致壓縮機(jī)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(huì)致使動(dòng)靜部件之間的摩擦與碰撞，使壓縮機(jī)的軸彎曲變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，破壞葉輪；⑥喘振會(huì)影響與壓縮機(jī)相連的其他設(shè)備的正常運(yùn)行，干擾操作人員的正常工作，使部分測(cè)量?jī)x器儀表準(zhǔn)確性降低，甚至是失靈。一般情況下，機(jī)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(huì)越嚴(yán)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(shí)判別，壓縮機(jī)的喘振一般可從“兩觀一聽(tīng)”來(lái)判別：(1) 觀測(cè)壓縮機(jī)出口壓力和進(jìn)口流量的變化：壓縮機(jī)喘振時(shí)會(huì)出現(xiàn)周期性的、大幅度的脈動(dòng)，從而引起測(cè)量?jī)x表指針大幅度地?cái)[動(dòng)；(2) 觀測(cè)壓縮機(jī)的機(jī)體和軸承的振動(dòng)情況：喘振時(shí)，機(jī)體、軸承的振動(dòng)振幅顯著增大，機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)；(3) 聽(tīng)測(cè)壓縮機(jī)出口管路氣流的噪聲：當(dāng)壓縮機(jī)接近喘振工況時(shí)，排氣管道中會(huì)發(fā)生周期性的，時(shí)高時(shí)低“呼哧呼哧”的噪聲。當(dāng)進(jìn)入喘振工況時(shí)，噪聲立即大增甚至出現(xiàn)爆音。

3 離心壓縮機(jī)喘振的判斷及預(yù)防措施

3.1 喘振的判斷

(1)監(jiān)聽(tīng)壓縮機(jī)排出管道內(nèi)的聲音：壓縮機(jī)在正常的運(yùn)行狀態(tài)下，其聲音低而且為連續(xù)性的，當(dāng)喘振發(fā)生時(shí)，管道中的氣體流動(dòng)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(dòng)會(huì)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(jī)正常運(yùn)行時(shí)的聲音。(2)通過(guò)壓縮機(jī)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(shí)，壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。只會(huì)在正常調(diào)整范圍內(nèi)較微波動(dòng)。排出壓力和流量發(fā)生強(qiáng)烈脈動(dòng)和周期性振蕩，壓縮機(jī)吸入壓力異常變化，此時(shí)可以確定壓縮機(jī)發(fā)生了喘振。(3)查看機(jī)體和軸承的振動(dòng)情況；當(dāng)接近或進(jìn)入喘振工況時(shí)，壓縮機(jī)缸體的振動(dòng)和軸端位移會(huì)出現(xiàn)較大變化，其振幅要比正常運(yùn)行時(shí)大得多，機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。

3.2 預(yù)防措施

喘振是離心式壓縮機(jī)固有的特性，具有較大的危害，所以在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，為了能有效地防止喘振的發(fā)生，可采取3項(xiàng)措施。

(1)在壓縮機(jī)排出管道設(shè)置手動(dòng)或自動(dòng)控制的防喘振回流閥。目前，大部分的離心式壓縮機(jī)均采用該方法。防喘振閥在設(shè)計(jì)階段要合理選型，其全行程反應(yīng)時(shí)間盡可能短；防喘振閥的型號(hào)、尺寸應(yīng)根據(jù)壓縮機(jī)的性能和操作條件來(lái)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(shí)，為了能安全及時(shí)地卸壓。采用在壓縮機(jī)出口管線上安裝安全閥，排放至火炬系統(tǒng)。(3)定期校驗(yàn)安全閥、防喘振閥、壓力及流量聯(lián)儀表，確保其整定值準(zhǔn)確、動(dòng)作靈敏。應(yīng)重點(diǎn)做好防喘振系統(tǒng)儀表的定期檢查工作，確保該系統(tǒng)開(kāi)啟迅速。另外，應(yīng)定期維護(hù)壓縮機(jī)的出口止逆閥，確保其靈活好用。進(jìn)口帶可調(diào)控葉機(jī)構(gòu)的離心式壓縮機(jī)，它的導(dǎo)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)要反應(yīng)靈敏，反饋信號(hào)一定要準(zhǔn)確無(wú)誤，還應(yīng)每隔一定周期校對(duì)導(dǎo)葉開(kāi)度的精確性。因此，每個(gè)檢修周期都應(yīng)該檢驗(yàn)喘振曲線的準(zhǔn)確性，如果位移量超標(biāo)嚴(yán)重，就應(yīng)該重新修正。

總之，壓縮機(jī)防喘振技術(shù)已經(jīng)比較成熟，防喘振自動(dòng)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(shí)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(shí)際操作能力，就可以有效避免離心式壓縮機(jī)組的喘振。

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