离心式压缩机喘振分析和处理

１８６　应用方法论　２科０　张１霾　ｌ２年第６期艚　离心式压缩机喘振分析和处理　周兴荣　（中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司，内蒙古包头０１４０１０）　摘要喘振一直都是困扰离心式压缩机实现安全平稳运行的难题，喘振会造成机组部件损坏，影响设备使用寿命，带来严　重的直接和间接经济损失，压缩机防喘振工作显得极为重要。本文分析了喘振发生的原因，阐述了喘振的现象和判断方法，　并结合实例介绍了防喘振技术在生产中的应用，总结了处理离心式压缩机喘振的多种方法，为不同工艺流程中改变操作思　路、处理和避免压缩机喘振提供参考。　关键词离心式压缩机；喘振；现象；处理　中图分类号ＴＨ４５２　文献标识码Ａ　文章编号１６７３—９６７１一（２０１２）０８２—０１８６—０２　离心式压缩机是在气体压缩装置中的关键设备，该设备的运　行状态良好与否直接影响压缩装置能否稳定运行，而压缩机的喘　振是不利于压缩机安全稳定运行的一个重要问题。本文就离心式　压缩机喘振的现象、原因、判断和处理进行了分析和总结。　１嗤振的现象和发生嗤振的原因　１．１喘振的现象　的总能量，叶轮排出的气体无法抵消出口管网压力而正常向后　每一台压缩机都有其特定的性能曲线，转速与流量、排出压　力须匹配在一定范围内，压缩机才能稳定运行，如图１中虚线１右　侧部分就是压缩机稳定运行区域。当因为某种原因导致压缩机的　吸人流量、排出压力与转速的匹配关系脱离了这一区域时，气体　在压缩机叶轮上将出现“旋转脱离”的现象，流体流动状态趋于　恶化，吸入排出流量、出口压力出现明显的脉冲式起伏变化，同　时伴随着压缩机体和管道系统的周期性振动和噪音，如同人在剧　烈地喘息，这一现象称为压缩机的“喘振”。图１中虚线１所表示　的１　况点是压缩机发生喘振的临界点，虚线１左侧部分的工况点代　表压缩机的喘振区。　流动，气体流通的平衡被打破，如同逆水行舟，不进则退。由于　系统出口管网压力大于压缩机叶轮排出气体的压力，系统管网内　储存的气体将发生倒流，压缩机出口管网系统的压力逐渐降低，　当降到一定程度时，压缩机的叶轮排出的单位质量气体的总能量　（主要表现在压力能）超过了出口管网单位质量气体所具有的能　量，速度能转化为压力能，气体开始正向流动，而　口管网的压　力也逐步上升，如果不对吸人流量和转速进行调整，出口管网压　力恢复到波动之前的数值时，下一个周期的气体倒流又开始了，　如此循环往复使压缩机发生周期性振动。　对于～台已经定型的离心式压缩机来说，其影响性能曲线中　喘振区域大小的自身结构特性已经确定，日常操作中出现的喘振现　喘振是压缩机的固有特性，是对于压缩机的使用寿命和生产　装置的长周期运行十分不利的因素，因此防喘振是所有压缩机组　实现长期稳定运行必须要解决的一个关键问题，是日常操作需重　点关注的问题之一。　ｐｌＩＰ２　象是外部因素的变化达到了与压缩机自身结构相结合的一个点才出　现的，因此，通常外部因素的变化是导致压缩机发生喘振的主要原　因。外部因素的变化直观地表现在压缩机的转速、吸人流量和排出　压力的变化上，根据主变因素的不同，有以下几种情况。　１）吸入流量偏低。如图ｌ所示，当压缩机转速为ｎ１时，当其　吸人流量为Ｑｐ时达到其喘振临界点，在转速、压缩比不变的情况　下，如果吸人流量进一步降低，则压缩机运行］　况点左移，进入　了喘振区，压缩机将发生喘振。　２）压缩机转速过高。如图１所示，当压缩机吸人流量为Ｑｐ　时，当其转速为ｎ１时达到其喘振临界点，在吸人流量、压缩比不　变的情况下，如果压缩机转速提高，则压缩机运行工况点上移，　进入了喘振区，压缩机将发生喘振。　３）压缩机排　口管网压力太高。如图ｌ所示，当压缩机转速　为当压缩机转速为ｎ１时，当其吸人流量为ＱｐＨ，ｊ＂达到其喘振临界　点，如果转速、吸人流量不变，压缩机排出压力逐渐提高，即气　体压缩比提高，压缩机运行的１Ｉ况点将　移进入喘振区，压缩机　将发生喘振。　压缩机的喘振更多地发生在机组开＿１：、停　１：以及生产负倚调　整时，这期间是转速、吸人流量和排　压力频繁变动的时间，操　Ｏ　Ｑｐ　Ｑ２　Ｑ　作不当极易发生喘振。开停Ｊ一和负荷调整期间，上游系统供膻的　原料量变化较大，需要及时调整返回线开度和转速，以保证　缩　机在稳定　况下运行。　纵轴Ｐｌ／ｐ２：压缩比；横轴Ｑ：吸人流量；ｎｌ、ｎ２：转速，ｎ２＞ｎｌ；ａ】：　临界点；ａ２：最佳丁况点；曲线１：喘振临界线；曲线２：最佳Ｔ况　线　３离心式压缩机防啮振技术　因为喘振是压缩机的同有特性，‘在设计时就考虑到防喘振这　一罔１离心式压缩机特眭曲线图　１．２喘振的原因　问题，除了在结构上使压缩机具有较大适应范围之外，还从工　喘振是压缩机的固有特性，压缩机运行时，叶轮将气体吸　入、升压、提速并排出缸体，流体的各项参数均发生变化，但是　处于一个动态的平衡中，当压缩机的工况点处于喘振区时，气体　艺上设计了最小流量返回线，并为用户提供了防喘振自动控制系　统。另外在压缩机各段不同位置设计有自动压力控制阀，通过放　空的方式处理极限情况，避免压缩机发生喘振。如图２中所示，此　在叶轮上发生旋转脱离，叶轮向单位质量流体提供的总能量减少　（压缩气体的动能和压力能），低于压缩机出口管网气体具有　压缩工艺流程中原料气体分四级进行压缩，设计了二返一、三返　三、四返四最小流量返回线，在三段排出、四段排出都设计有自　动控制压力放火炬阀门。此种设计方式将压缩机的流通路径分成　蒜霸　应用方法论　ｌ８７　了三部分，每一部分相对于整个流程来说都比较小，各部分可以　实现独立的防喘振控制，操作灵活简单，操作动作影响区域小，　使喘振发生时的对其它段的影响也减弱，处理起来也容易很多。　此套装置的控制系统带有防喘振自动控制系统，并且各段都有独　立的防喘振性能曲线实时显示本段的运行＿Ｔ况，既能实现自动防　喘振控制，也为手动防喘振控制提供直观参考图形。　４嗤振的判断和处理　我厂生产装置采用的正是网２中所示的工艺流程，在原始开＿丁　初期，因对此套工艺流程的控制还不够熟练、原始开工期间突发　新问题较多、上下游协调不够顺畅等多种因素，压缩机发生几次　喘振，在总结经验之后，两年多以来几次开车都比较稳定，未出　现喘振情况，同时做到了上游负荷突降２５％的情况下，手动调节　保持压缩机稳定运行。根据以往生产经验，总结了一些防喘振技　游供料负荷提高时再逐渐关闭。调整防喘振返回线阀门的开度一　方面可以参考控制系统中的防喘振曲线图，使Ｔ况点远离喘振区　（如图１中ａ　点，处于转速ｌｑ．时的最佳＿Ｔ况线上），也可以按照经　验观察吸人口压力和流量，一般情况下，如果吸人口压力高于正　常值时，表示防喘振返回线阀门开度偏大，此时可以关小阀门开　度或提高转速。通常是返回线阀门先少量关闭，在压缩机转速达　到了正常生产负荷所需的转速前以调节转速为主，待转速接近正　常负荷所需转速时，以调节防喘振返回线阀门开度为主。在停工　或降负荷时，则是先少量降低转速，然后按照需要逐渐打开或全　开返回线阀门，停工时待返回线阀门全开后，再将转速降至最小　可调转速。调整返回线阀门出现效果不理想的情况，有可能是阀　门故障，应及时到现场检查，这种关键性阀门在开＿Ｔ前应进行调　试检查。　术在实际生产中的具体运用方法。　４．１喘振的判断　根据经验，判断离心式压缩机是否已出现喘振现象，其方法　大致有下而几点：　１）测听离心式压缩机出气管气流的噪声。离心式压缩机在正　常稳定运行的工况下，其噪声较低且是连续性的，而当发生喘振　时，气体在管道中的流通状态周期性的变化，气体在管道内的不　稳定流动产生了较大的噪音，噪音也周期性地时高时低，如同人　在剧烈的喘息，与正常运行时的声音明显不同。　２）查看压缩机出口压力和进口流量的变化。在稳定Ｔ况下运　行时，离心式压缩机的出口压力和进口流量基本稳定，变动也是　２）转速偏高的情况。在开工期间，是转速调整比较大时候，　如果上游供料量不足而返回线仍保持全开状态时转速提高过快，　极易出现喘振情况。此时应降低转速，参考防喘振曲线图，使工　况点远离喘振区，同时观察压缩机吸人口压力，保持吸入压力略　高于正常值，随着负荷的提高适当提升转速。在停工期间或降负　荷期间，先少量降低转速，及时开大返回线阀门开度，待返回线　全开后，再将转速逐渐降至最小可调转速。调整期间同样可参考　防喘振曲线和压缩机吸人压力。　比较微小平缓的，排出压力平均值附近作小幅度摆动。当发生喘　振时，排出压力和流量都发生了周期性大幅度的脉动，严重时甚　至可发现有气体从压缩机进口处被反推出来的现象，导致压缩机　入口压力也有明显变化。　３）查看机体和轴承的振动情况。当接近或进入喘振＿Ｔ况时，　压缩机缸体的振动和轴端位移会出现较大变化，其振幅要比正常　运行时大得多。　４．２喘振的处理　根据引起喘振的首要因素的不同，喘振的处理通常有以下几　种方式：　１）吸人流量低的情况。吸人流量低的情况多出现在开停工和　生产负荷大幅度调整的情况下，此时上游供给的原料气体流量不　足，需要调整返回线阀门开度以提供压缩机在某转速下运行的最　小流量。在开工时，压缩机转速达到最小可调转速后，返回线阀　门从全开状态逐渐关闭，此过程中返回线阀门关闭不可过快，应　根据生产负荷的提高和转速大小调整。如果未对转速进行大幅调　整的情况下，排出压力也正常，因调整返回线开度而引起喘振，　此时吸人量偏低是引起喘振的主因，应当适当提高返回量，待　３）排出口管网压力高。导致排出口管网压力高的原因有几　种，处理方式也各不相同。①离心式压缩机一般是多级压缩，返　回线也有多条。在开车过程中，会出现靠后某一段的返回线没有　及时调节导致前面各段排出口压力超高的情况，压缩机气体不能　正常排出，压缩机发生喘振，此时应当及时关小此段返回线，使　各段排出压力恢复正常水平。②压缩机末段排出口向后系统输送　物料不畅，导致压缩机排出口压力过高，甚至发生喘振。一般的　压缩机末段排出有气相压力控制阀（排出气体半冷凝式或不冷凝　式）或者液位控制阀（排出气体全冷凝式或半冷凝式），用于控　制物料向后输送的大小，同时也控制着末段排出的压力，应适当　开大阀门开度，或者按照正常参数设置为自动控制，将物料及时　向后输送。③物料流通不畅也可能是末段排出口的冷凝器有冻堵　情况，或者排出口止逆阀故障，无法正常开启，通过调整向后输　送物料的控制阀以及开启放火炬阀门，查看不同位置的压力、液　位变化情况，可以判断问题出在哪一段系统内，打开放火炬阀门　后压力明显降低，需检查换热器冻堵情况。遇到排出物料不畅的　情况，若短时间内调整阀门无法解决，应先放火炬降低排出口压　力，并降低生产负荷再进行检查处理。　引起喘振的原因可能是各种各样的，操作不当占很大比例，　因此应尽可能采用防喘振自动控制装置，使喘振自动消除。如果　采用手动控制，则操作人员应熟悉引起喘振的多种原因，根据各　四返四最小漉斋｝近陋ｌ线　图２原料气四级压缩工艺流程　（下转第２３７页）　弥霸　理论研究苑　２３７　成的爆炸破坏情况。　２）锅炉压力表指针在锅炉爆炸后停留在ｌ　ＭＰａ￣ｌＪ度左右。一　块压力表指针打弯，另一块压力表指针打掉。（压力表在爆炸过　程中可能会受到剧烈的冲击和震动，但进行综合性分析后，该压　力表指针刻度值可以作为重要参考。）。　３）锅炉主汽阀是处于关闭状态，锅炉在无人操作的情况下　自燃长达一个多小时，在锅炉误上水之前，安全阀已处于开启状　态。当误上水时，进水与炽热的炉胆及受热面接触后会瞬间汽　化，这时锅炉会发出异常声响，导致锅炉瞬间超压，造成锅炉发　生爆炸。　５）有计划的组织培训司炉人员和管理人员，提高安全运行操　作和管理水平。司炉人员在熟悉设备性能的基础上，达到安全经　济运行，避免发生事故。司炉人员要坚守工作岗位，在事故发生　时，应冷静迅速地采取处理措施。　６结论　‘　锅炉的爆破爆炸事故，常常是造成设备、厂房毁坏和人身伤　亡的灾难性事故。锅炉机组停止运行，使蒸汽动力突然切断，则　会造成停产停工的恶果。这些事故的发生，都会给国民经济和人　民生命安全带来巨大损失。所以，防止锅炉事故的发生，有着十　分重要的意义。　总上所述，该锅炉爆炸的直接原因是锅炉发生严重缺水后立　即上水，使锅炉受压部件产生巨大的热应力和材料性能改变，同　时造成锅炉瞬间超压，导致锅炉发生爆炸。　５事故的预防　１）应健全锅炉运行规程、安全操作规程、岗位责任制、检修　质量标准、交接班制度等各基有关规章制度，并严格贯彻执行。　２）应加强锅炉用水管理，给水水质应符合规定要求，软化水　应达到质量标准，锅水碱度不应过高。排污要有制度，受热面内　部应保持不结垢或仅有较薄水垢，定期用机械或化学方法清除水　垢，以免造成钢板或钢管过热。　３）在安装和检修时，应选用符合图纸要求的材料。　４）采用合理的锅炉结构。在制造、安装或检修以及锅炉的　技术改造中，应注意改进锅炉的不合理结构，使达到合理或基本　合理　参考文献　【１］张景林，崔国璋，安全系统工程［Ｍ】＿煤炭工业出版社，２００２．　【２］任廷沈，彭良锅炉安全技术［Ｍ］．化学工业出版社，２００４．　【３】苏允勤．蒸汽锅炉缺水事故分析与预防［Ｊ］．铁道劳动安全卫生与环　保，２００３，３０（２）：９３—９５．　作者简介　阎涛（１９７４～），男，毕业于华北水利水电学院热能与动力工程专　ｋ　主要从事锅炉、压力容器检测工作。　（上接第１８７页）　后防喘振操作具有重要的参照意义。　参考文献　【１］李红．离心式压缩机实施防喘振控制浅析［Ｊ］．石油化工设备技　术，１９９９，０２：１２３—１２５．　项参数发现喘振发生的预兆，充分利用系统自带的防喘振控制曲线　图，提前调整避免喘振的发生。发生喘振后一般情况下并不需要马　上停车，而应立即查看各段参数，查看喘振发生在哪一段，确定引　起喘振的主因，采取对应措施消除。假如各项工艺参数正常，而喘　振叉反复出现，则有可能是设备本体原因，要停机彻底检查。　５结论　现在的压缩机防喘振技术已经比较成熟，防喘振自动控制系　统也更加完善，只要将防喘振技术充分理解，结合实际生产装置　的工艺流程制定出不同情况下的防喘振措施，并转变为操作员的　实际操作能力，就可以有效避免常规开停车时压缩机发生喘振，　也可以及时发现处理引起压缩机喘振的各种偶然问题。另外记　录、总结压缩机在正常工况和非正常＿Ｔ况下的各种数据，对于日　【２］岑春，王晓辉．浅析离心式压缩机的喘振及其防范【Ｊ】．杭氧科　技，２００９，０３：１３０一Ｉ３５．　【３】毕宏伟，赵庆平，张作为．进ｆ１离心式压缩机喘振分析及对策…．炼油与化　１＿：，２００３，１４（０３）：２６－２８．　［４】张国华，李伟，崔洪伟．修正离心式压缩机性能曲线实现降负荷运行ｆＪＪ．中　氮肥，２０１０，０５：１　１４—１　１７．　【５】马晓华，陶溪．大型离心式压缩机的防喘振控制【Ｊ】．西部煤化　工．２００８．０２：１９０—１９３．　（上接第２０８页）　国整个气象服务市场份额的７０％，而私营气象公司仅占有３０％的　份额。　参考文献　［１】刘涛，张琴．天气预报节目中广告设计的思考【Ｊ］．沙漠与绿洲气　象，２００９，３（ｚ１）．　【２ｌＹ俊杰主编．广告学第五版［ＭＩ．武汉大学出版社，２０１０，３．　ｆ３］杨春瑰．气象信息产品的经济学分析【ＪＪ．阅江学刊，２００９，０３．　２）美国、日本等国家气象部门从事公益无偿气象服务，商业　化气象服务南私人公司承担。公司除了开展公众气象服务以及为　政府部门提供决策依据之外，主要经营范围涉及到公共事业的多　个领域。日本的私营气象服务民问气象公司，面向日本国内外２４　个行业提供气象信息服务，而且向多家电视台提供节目。　３）欧洲国家气象部门既可从事公益气象服务又能开展商业化　气象信息服务，同时也允许私人公司经营商业化气象信息服务。　如在英国，除允许私营气象服务公司从事商业气象信息服务之　外，英国气象局也在开展商业化气象信息服务，并下设一个专门　的商业服务部来从事气象信息服务工作，其商业化服务份额占英　『４阔武，林春蕾，李双．说天气栏目的包装思路［１１．东南传播，２００９，１０．　【５】章娜，李田，章劲松．对省级电视天气预报节目制作的思考［Ｊ】＿吉林气　象，２００９，０４．