李澤洋

（陜西延長石油延安能源化工有限責(zé)任公司，陜西延安 727500）

0 引言

喘振現(xiàn)象能夠損壞離心式壓縮機結(jié)構(gòu)，是設(shè)備不平穩(wěn)的運行狀態(tài)，不僅會降低離心式壓縮機綜合性能，還會阻礙機組正常工作，縮短離心式壓縮機的使用壽命。為保障工作效率及綜合效益，應(yīng)注意總結(jié)產(chǎn)生喘振的原因及預(yù)防措施，盡可能降低喘振頻率，避免喘振現(xiàn)象。

1 離心式壓縮機喘振現(xiàn)象分析

1.1 喘振現(xiàn)象

分析喘振現(xiàn)象應(yīng)從以下3 個角度入手，全方位了解離心式壓縮機喘振現(xiàn)象：①觀察離心式壓縮機進出口壓力數(shù)值及入口流量，運用CCS 軟件得出數(shù)值波動幅度軌跡趨勢圖，分析CCS趨勢圖特征，若此時存在較大波動或周期性波動，則離心式壓縮機可能出現(xiàn)喘振現(xiàn)象；②采用“聽”的方式判斷喘振，若離心式壓縮機進出氣管出現(xiàn)“呼哧呼哧”的氣流噪聲，則證明離心式壓縮機運行不穩(wěn)定，機組存在喘振問題[1]；③根據(jù)離心式壓縮機實際情況分析其軸系振動圖，若發(fā)現(xiàn)離心式壓縮機內(nèi)出現(xiàn)軸系急劇振動的情況，且振動相對明顯，則說明離心式壓縮機存在喘振現(xiàn)象。在離心式壓縮機日常應(yīng)用期間，可采取上述3 種手段判斷離心式壓縮機是否存在喘振現(xiàn)象。

1.2 喘振位置

當(dāng)氣流在離心式壓縮機葉片擴壓器或葉輪的流動路徑內(nèi)時，將引發(fā)喘振現(xiàn)象。離心式壓縮機發(fā)生喘振現(xiàn)象的位置并不具體，可能為某個部位或某個階段區(qū)域，還可能是整個單元發(fā)生喘振，但通常情況下，離心式壓縮機喘振發(fā)生位置存在一定規(guī)律：①若離心式壓縮機內(nèi)存在葉片擴壓器，在該部位是出現(xiàn)喘振的第一區(qū)域；②若離心式壓縮機未設(shè)置葉片擴壓器，則葉輪為首個出現(xiàn)喘振現(xiàn)象的部位，當(dāng)離心式壓縮機氣體激增時，該氣體將在葉輪位置紊亂流動，并使喘振現(xiàn)象逐步擴散，若不加以控制，將直接影響整個機組。

1.3 喘振危害

離心式壓縮機喘振存在較大危害，具體如：①出現(xiàn)喘振現(xiàn)象時，將使離心式壓縮機進出口相關(guān)參數(shù)產(chǎn)生大幅度波動變化，繼而影響整個工藝流程；②喘振現(xiàn)象將對離心式壓縮機的隔板、密封裝置、軸承、轉(zhuǎn)動部件產(chǎn)生較大沖擊，使離心式壓縮機的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡轉(zhuǎn)動，對設(shè)備內(nèi)部靜止件產(chǎn)生磨損刮碰；③喘振現(xiàn)象將直接阻礙離心式壓縮機配套設(shè)施的運行，以干氣密封裝置為例，當(dāng)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象時，將直接損壞干氣密封裝置，繼而產(chǎn)生聯(lián)鎖停車現(xiàn)象；④喘振現(xiàn)象將對內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成巨大沖擊，引發(fā)軸瓦密封型環(huán)燒蝕變形、刮碰磨損等問題；⑤在喘振現(xiàn)象作用下，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與內(nèi)部密封元產(chǎn)生異常摩擦，產(chǎn)生間隙超差，并使壓比不達標(biāo)，若在此期間造成有毒有害、易燃易爆介質(zhì)產(chǎn)生泄漏，將造成較大經(jīng)濟損失，嚴重時甚至出現(xiàn)人員傷亡。

1.4 喘振原因

離心式壓縮機出現(xiàn)喘振現(xiàn)象的原因眾多，但多集中在設(shè)計、調(diào)試、運行3 個方面。①設(shè)計原因。在離心式壓縮機設(shè)計期間并未嚴格設(shè)計防喘振系統(tǒng)，或旁通閥、放空閥等防喘振閥的設(shè)計循環(huán)氣量無法滿足要求。若在設(shè)計期間并未將防喘振系統(tǒng)與氣體分析儀進行連接，同樣可引發(fā)喘振現(xiàn)象，此外，在設(shè)計階段未補償修正溫度壓力同樣是引發(fā)喘振現(xiàn)象的原因；②調(diào)試原因。主要指離心式壓縮機的防喘振系統(tǒng)存在缺陷但并未在試運行期間進行調(diào)試，在離心式壓縮機內(nèi)部埋下了質(zhì)量隱患；③運行原因。在正式投入使用前并未全面校核心式壓縮機性能，并未組織氣體喘振試驗，繼而導(dǎo)致部分質(zhì)量隱患未被發(fā)展；在運行期間，可能因錯誤操作等因素導(dǎo)致防喘振系統(tǒng)無法自動運行，繼而出現(xiàn)防喘振系統(tǒng)失靈等問題，使喘振預(yù)防措施無法發(fā)揮效果；若在設(shè)備運行期間實際進氣溫度壓力數(shù)值與設(shè)計數(shù)值相差較大，將引發(fā)喘振現(xiàn)象。

2 離心式壓縮機喘振的預(yù)防措施

2.1 控制設(shè)計源頭

2.1.1 部件幾何尺寸

按照離心式壓縮機設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)合理控制各部件幾何尺寸，規(guī)范離心式壓縮機內(nèi)部通流結(jié)構(gòu)，為離心式壓縮機的穩(wěn)定運行留出足夠安全裕度。防喘振是離心式壓縮機的設(shè)計重點，其工作原理如圖1 所示。為留出足夠安全裕度，離心式壓縮機內(nèi)部各部件最小體積流量應(yīng)控制在（1.05～1.10）qv。因此，為保障設(shè)計效果，應(yīng)在喘振線右側(cè)設(shè)置防喘振保護線，而防喘振保護線與喘振線之間的空間為安全裕度。在圖1 中，以最大連續(xù)轉(zhuǎn)速線、最大壓力線作為上方邊界，以最小工作轉(zhuǎn)速線作為下方邊界，以阻塞流量線為右方邊界，以喘振線為左方邊界，但為留出安全裕度，左方邊界區(qū)防喘振保護線，圖1 中陰影部分是離心式壓縮機工況點的移動范圍，工況點越接近喘振線則越危險，當(dāng)工況點與喘振線重合時則會出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，因此當(dāng)工況點接近防喘振保護線時，需執(zhí)行防喘振操作。

為進一步增強離心式壓縮機抗喘振能力，在設(shè)計階段應(yīng)注意以下3 點：①若采用多級壓縮機，在設(shè)計時應(yīng)為級間氣流營造良好通流條件；②多缸離心式壓縮機的后缸或小流量離心式壓縮機，在設(shè)計時應(yīng)將無葉擴壓器作為離心式壓縮機的通流截面部件；③在可變速離心式壓縮機內(nèi)，應(yīng)結(jié)合實際情況設(shè)計好轉(zhuǎn)速參數(shù)[2]。

2.1.2 設(shè)置逆止閥

在離心式壓縮機出口部位增設(shè)逆止閥結(jié)構(gòu)，若離心式壓縮機在運行期間出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，可通過逆止閥避免氣體回流，對設(shè)備產(chǎn)生保護效果，此外，離心式壓縮機出口部位的第一個閥門，應(yīng)在確保設(shè)計合理的基礎(chǔ)上盡可能靠近出口法蘭，以此縮減管網(wǎng)容量，控制通流能量。

2.1.3 強化防喘振控制

為良好預(yù)防離心式壓縮機喘振現(xiàn)象，需于設(shè)計期間搭建完整的防喘振系統(tǒng)。①設(shè)置高溫報警裝置，將其安裝至平衡盤管線上，喘振現(xiàn)象出現(xiàn)前將引發(fā)氣體溫度上升，高溫報警裝置內(nèi)的傳感器捕捉到溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)氣體溫度超出限值后將自動發(fā)出警報；②在離心式壓縮機缸間、段間設(shè)置防喘振調(diào)節(jié)裝置，為避免喘振現(xiàn)象產(chǎn)生，應(yīng)確保離心式壓縮機工況點處于圖1 中陰影區(qū)域內(nèi)，當(dāng)離心式壓縮機的喘振曲線移動至防喘振保護線時，則意味著存在喘振隱患，此時需盡快打開防喘振閥，通過擴大進口流量來減緩管網(wǎng)阻力，使離心式壓縮機喘振曲線逐漸向右移動，遠離防喘振保護線。喘振線與防喘振保護線之間的安全裕度通常為整個工況區(qū)域的8%～10%，此時可根據(jù)該比例設(shè)置離心式壓縮機防喘振控制系統(tǒng)參數(shù)；③隨著科技的進步，自動化防喘振控制系統(tǒng)已應(yīng)用在離心式壓縮機內(nèi)，但為全面規(guī)避喘振現(xiàn)象，應(yīng)在保障自動化防喘振控制系統(tǒng)完整高效的同時，設(shè)計手動控制系統(tǒng)，并將自動化、手動化控制手段進行單獨設(shè)置，當(dāng)自動化防喘振控制系統(tǒng)手失靈或功能滯后時，可采用手動化控制方式進行調(diào)節(jié)。

圖1 離心式壓縮機防喘振工作原理

2.1.4 可視化控制界面

為使防喘振措施良好落實，并幫助離心式壓縮機操作人員能夠準(zhǔn)確把握運行工況，應(yīng)設(shè)置可視化防喘振控制界面，當(dāng)離心式壓縮機工況點出現(xiàn)喘振隱患時，操作人員可第一時間發(fā)現(xiàn)并采取應(yīng)對措施，使防喘振效果更為優(yōu)異。

2.2 做好試運行調(diào)試

當(dāng)離心式壓縮機設(shè)計并制造完畢后，必須進行試運行環(huán)節(jié)，并根據(jù)試運行結(jié)果進行調(diào)試：①在正式試運行前引導(dǎo)操作人員學(xué)習(xí)離心式壓縮機的應(yīng)用流程，熟悉相關(guān)操作及工藝原理，掌握管網(wǎng)特性、結(jié)構(gòu)性能、進口條件、轉(zhuǎn)速參數(shù)等關(guān)鍵點，并要求操作人員理解喘振原理及預(yù)防措施；②以離心式壓縮機性能曲線為依據(jù)，設(shè)置增速曲線、減速曲線，并按照“降速先減壓、升壓先增速”的原則操作離心式壓縮機[3]；③離心式壓縮機試運行啟動前，需打開防喘振閥、回流閥、進口閥，檢查出口閥是否處于關(guān)閉狀態(tài)，為后續(xù)空載啟動奠定基礎(chǔ)。依據(jù)增速曲線將離心式壓縮機調(diào)節(jié)至最小轉(zhuǎn)速時，即可進行增壓；④在升壓操作前，需打開出口閥門，緩慢關(guān)閉防喘振閥，以此方可執(zhí)行下一步操作。但在升壓、增速期間應(yīng)注意，應(yīng)確保增速速度快于升壓速度；⑤雙缸離心式壓縮機內(nèi)部存在2 個防喘振回路，在設(shè)備啟動后需按照“先低后高”的原則依次提升低壓缸、高壓缸的壓比，即先關(guān)低壓缸防喘振閥；⑥在關(guān)閉離心式壓縮機前，需將回流閥適量打開，待出口壓力適宜后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使速度與壓力交替降低，采用此方式消除出口壓力后即可關(guān)閉離心式壓縮機。而對于雙缸離心式壓縮機，需以“先高后低”為順序關(guān)閉回流閥；⑦離心式壓縮機的喘振點及性能曲線均由設(shè)計人員參數(shù)計算得來，可能存在誤差，且離心式壓縮機的、安裝裝配期間同樣可能出現(xiàn)誤差，因此離心式壓縮機喘振線可能存在偏差。

在試運行調(diào)試期間，應(yīng)根據(jù)實際使用條件對喘振線進行實測校準(zhǔn)，通常情況下為保障試驗效果，僅可在離心式壓縮機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定正常后方可組織喘振試驗。喘振現(xiàn)象對設(shè)備具有巨大破壞性，在喘振試驗期間應(yīng)有專業(yè)技術(shù)人員從旁指導(dǎo)，當(dāng)出現(xiàn)喘振隱患時快速應(yīng)對。為保障喘振試驗效果，需由慢到快設(shè)置5 個轉(zhuǎn)速條件，了解離心式壓縮機在各個轉(zhuǎn)速條件下的喘振現(xiàn)象，當(dāng)離心式壓縮機啟動后，其進口壓力溫度數(shù)值持續(xù)不變，離心式壓縮機進口壓力逐漸變大，而進口體積流量逐漸變小，若離心式壓縮機在喘振試驗期間出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，則需記錄距離喘振最近的穩(wěn)定點數(shù)據(jù)，將該數(shù)作為離心式壓縮機在各個轉(zhuǎn)速條件下的喘振點，在此基礎(chǔ)上得出喘振線，根據(jù)實測數(shù)值修正防喘振控制系統(tǒng)內(nèi)的曲線，以此提高控制系統(tǒng)效果。

2.3 落實運行維護

在離心式壓縮機運行期間，應(yīng)定期維護保養(yǎng)，使設(shè)備能夠保持優(yōu)良性能：①定期清理進口管路，避免其被污垢、雜質(zhì)、灰塵等雜物堵塞；②離心式壓縮機運行時注意觀察并記錄溫度、壓力、氣體分子相對質(zhì)量、進氣流量、管網(wǎng)壓力、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，了解各類參數(shù)對管路體系的作用變化，同時注意管線堵塞問題，定期觀察工況點動態(tài)，當(dāng)其趨向防喘振保護線時及時調(diào)節(jié)回流閥、轉(zhuǎn)速、進口節(jié)流及導(dǎo)葉角度，用以改變工況點，緩解出口阻力，使離心式壓縮機工況點處于穩(wěn)定狀態(tài)，遠離防喘振區(qū)域，在此基礎(chǔ)上調(diào)查出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因，有針對性地做出優(yōu)化[4]；③在離心式壓縮機實際操作期間，要求操作人員嚴格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行操作，并引導(dǎo)操作人員定期回顧喘振的預(yù)防措施，當(dāng)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象時，確保操作人員能夠及時應(yīng)對。發(fā)生喘振時不可第一時間停機，需使離心式壓縮機遠離喘振區(qū)域后查明原因，檢查設(shè)備存在損壞現(xiàn)象，當(dāng)所有事項嚴格落實且離心式壓縮機恢復(fù)正常后，即可正常操作。

3 結(jié)束語

喘振是離心式壓縮機運行期間常見危害性現(xiàn)象，設(shè)計不當(dāng)、調(diào)試不佳、運行失誤等均可引發(fā)喘振，阻礙正常生產(chǎn)工作，因此必須重視離心式壓縮機的喘振預(yù)防工作。在離心式壓縮機設(shè)計階段，應(yīng)搭建完整的防喘振控制系統(tǒng)，合理設(shè)計結(jié)合尺寸與逆止閥，并按規(guī)定做好試運行與設(shè)備調(diào)試工作，最后于離心式壓縮機運行期間時作為維護保養(yǎng)，以此全方位避免喘振現(xiàn)象的產(chǎn)生。