离心式压缩机喘振分析和处理

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-(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 喘振的现象和发生喘振的原因

1.1 喘振的现象

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入流量、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所表示的工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。

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。

纵轴p1/p2：压缩比；横轴Q：吸入流量；n1、n2：转速，n2>n1；a1：临界点；a2：最佳工况点；曲线1：喘振临界线；曲线2：最佳工况线

图1 离心式压缩机特性曲线图

1.2 喘振的原因

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，而出口管网的压力也逐步上升，如果不对吸入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。

对于一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、吸入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1所示，当压缩机转速为n1时，当其吸入流量为Qp时达到其喘振临界点，在转速、压缩比不变的情况下，如果吸入流量进一步降低，则压缩机运行工况点左移，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，当压缩机吸入流量为Qp时，当其转速为n1时达到其喘振临界点，在吸入流量、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）压缩机排出口管网压力太高。如图1所示，当压缩机转速为当压缩机转速为n1时，当其吸入流量为Qp时达到其喘振临界点，如果转速、吸入流量不变，压缩机排出压力逐渐提高，即气体压缩比提高，压缩机运行的工况点将上移进入喘振区，压缩机将发生喘振。

压缩机的喘振更多地发生在机组开工、停工以及生产负荷调整时，这期间是转速、吸入流量和排出压力频繁变动的时间，操作不当极易发生喘振。开停工和负荷调整期间，上游系统供应的原料量变化较大，需要及时调整返回线开度和转速，以保证压缩机在稳定工况下运行。

3 离心式压缩机防喘振技术

因为喘振是压缩机的固有特性，在设计时就考虑到防喘振这一问题，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工况，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 喘振的判断和处理

我厂生产装置采用的正是图2中所示的工艺流程，在原始开工初期，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术在实际生产中的具体运用方法。