制氧空压机喘振原因分析与解决对策李俊峰翟亚男

制氧空压机喘振原因分析与解决对策李俊峰翟亚男
发布时间：2021-08-04T06:51:40.155Z 来源：《基层建设》2021年第14期作者：李俊峰翟亚男
[导读] 制氧空压机是压缩空气储能系统的核心部件，其稳定运行是储能系统安全运行的前提。

喘振是影响制氧空压机正常工作的最大不利因素，是出现在压气机与管网组成系统中的一种周期性气流振荡现象
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摘要：制氧空压机是压缩空气储能系统的核心部件，其稳定运行是储能系统安全运行的前提。

喘振是影响制氧空压机正常工作的最大不利因素，是出现在压气机与管网组成系统中的一种周期性气流振荡现象。

喘振是压缩机组在小流量运行时工况变化后发生的不稳定流动状态，它们代表了通过压缩机的有序流动的崩溃。

喘振可能导致强烈的机械振动和热端超温，进而导致轴承、密封、叶轮等部件损坏，危害生产甚至造成严重事故，防喘振也成为压缩机设计加工和运维的重要组成部分。

关键词：制氧空压机；喘振原因；解决对策
1制氧空压机喘振原因分析
某企业三制氧岗位人员发现空压机防喘振阀瞬时全开又关闭，经仪表、自控人员检查，空压机出口压力波动大，接近喘振线，防喘振阀动作。

为稳定出口压力，操作人员将一级导叶切换至“手动”状态，此时机组压力高于设定值，连续发生三次喘振现象，导致空压机联锁停机。

通过分析，造成制氧空压机喘振原因主要为：
1.1仪表监测系统问题影响分析研究
1.1.1智能阀门定位器故障分析
智能阀门定位器故障可能造成空压机一级导叶阀位波动，原因为当一级导叶开度在45%附近时，定位器在该位置可能存在压电开关故障，调节阀实际阀位发生突变，与故障现象相符。

因此，机组第一次停机后，在机组热态与冷态情况下主要做了以下模拟。

模拟一，机组初停，热态情况下使用计算机给定阀位信号，信号给定值从100%至50%，反馈信号从100%变化至48.2%，然后升至
52.1%，最后至50%。

立即更换新定位器后，对定位器进行重新整定，现象相同。

模拟二，机组停后约90min，接近冷态情况下使用计算机给定阀位信号，信号给定值从100%至50%，反馈信号从100%变化至50%，调节阀动作平稳，反馈信号跟踪良好，无跳变现象。

更换新定位器后，现象相同。

由此可以看出，从上述模拟可以初步判定阀位在50%附近导叶机械部件可能存在卡滞现象。

模拟三：机组初停，热态情况下使用DCS控制系统给定阀位信号，信号给定值从51%降至40%，每0.5%为幅值依次给定，通过现场人员观察，调节阀阀位从45.5%降至43.5%的过程中，调节阀未动作，当偏差大于2%时调节阀开始动作，其余阀位每0.5%阀位均动作。

更换新定位器后，现象相同。

模拟四：机组停后约90min，使用计算机给定阀位信号给定值从51%降至40%，每0.5%为幅值进行给定，通过现场人员观察，调节阀在给定范围内每0.5%幅值减小过程中均动作。

更换新定位器后，现象相同。

由上述可以发现，从模拟三、四可以得出导叶机械部件在45.5%至43.5%阀位范围内可能存在卡滞现象。

模拟五：机组初停，将执行机构与导叶机械部件之间的连接杆拆除后，测试气动薄膜调节阀性能，调节阀在100%变化至50%范围内动作平稳，无卡滞现象;使用DCS控制系统给定阀位信号，信号给定值从51%降至40%，每0.5%为幅值依次给定，调节阀动作灵活，给定与反馈跟踪良好。

模拟六：机组冷态情况下，模拟步骤与模拟五相同，现象为调节阀动作灵活，未出现卡滞现象。

结论：从模拟五、六可得出不连接导叶机械部件时，调节阀未出现卡滞现象。

综上模拟所述，可得出调节阀在45.5%至43.5%存在卡滞现象，调节系统容易出现超调问题，使空压机出口压力出现波动，引起空压机喘振。

1.1.2气动薄膜调节阀全开、全关行程时间比对测试
采用比对测试的方式，空压机第二次停机后，对相同规格型号的空压机一级导叶、二级导叶全开及全关行程时间进行了测试，从整体时间对比发现一级导叶开关时间基本近似，可认为一级导叶在自动调节过程中全行程时间未发生明显变化，该模拟为全行程连续动作，未排除调节阀在某段行程内行程时间长的现象。

而二级导叶全关时间明显高于其他空压机，超出时间为10s(特别说明的是二级导叶阀位开度随
一级导叶开度变化，当一级导叶开度大于31%时，二级导叶根据一级导叶阀位进行调节)，全开时间也稍长于比对空压机。

经过分析，定位器、调节阀性能完好，气源压力与比对空压机相同。

那么，可能引起全关时间加长的原因为行程变长。

1.1.3气动薄膜调节阀性能测试
分析可能存在气动薄膜调节阀膜片漏气的可能，导致一级导叶开度在45%时，调节阀输出力矩不够，存在调节滞后的问题，给定信号变化而实际阀位未发生变化，当偏差大于某一值时，调节阀突然动作，引起空压机出口压力波动，出现喘振现象。

一二级导叶使用811系列德国AＲCA气动薄膜调节阀式执行机构，行程100mm，无手自动切换装置。

试漏方法为：将调节阀给定至全关位置，使用连接管路将膜头排气孔连接至盛有清水的瓶子中，中间安装有防倒吸装置，当调节阀运动至全关位置后，连续一分钟内无气泡产生，最终得出膜片完好，排除膜片漏气引起此次机组喘振故障的发生原因。

1.1.4防喘振阀性能测试
通过对DCS曲线及仪表人员现场观察发现，机组喘振发生时，防喘振阀动作，给定信号与反馈信号相符，无明显滞后现象。

当系统停机时，仪表人员对防喘振阀性能做了相应测试，最终结果为全开时间小于2s(0～90%)，全关时间为9s，符合机组喘振时防喘振阀快开特性时间要求。

1.2DCS控制系统
DCS控制系统问题的排查主要从以下几个方面进行排查：防喘振阀反馈信号是否参与防喘调节;空压机机组电流信号是否参与防喘调节;DCS控制系统在一级导叶开度为45%附近时信号是否丢失。

1.2.1DCS控制系统相关联锁分析
通过对控制程序进行查看，防喘振阀反馈信号没有参与防喘调节;空压机机组电流信号没有参与防喘调节，排除空压机喘振是由于一级导叶调节阀反馈信号波动参与自动调节引起阀位波动的问题，同时也排除空压机机组电流信号发生变化引起阀位波动的问题。

1.2.2DCS控制信号突变
对于出现的一级导叶调节阀阀位瞬间大幅度关闭的问题，可假设在阀位为45%附近时，DCS控制系统输出信号突然丢失，然后又恢复。

为排除此种可能，做了以下模拟。

模拟：当阀位为45%时，突然断控制信号，阀位回零时间为16s;当阀位为0%时，迅速送电，阀位回至45%时，需要10s时间，行程时间共计26s。

结论：该模拟结果与实际现象不符，因为机组出现喘振现象时一级导叶反馈信号瞬间变小又增大至45%，时间小于10s，排除DCS控制信号突变的可能。

1.3一级导叶机械部件卡滞问题分析研究
通过对一级导叶解体发现，导叶由15个叶片组成，每个叶片由一个万向头和一个石墨自润滑轴承通过固定板连接，当执行机构带动曲柄动作时，每个叶片将随之动作。

但是在解体后发现，因使用年限长万向头及轴承磨损严重，运动阻力大，积灰严重，其中有三个轴承卡滞严重，导致15个叶片动作步调不一致，最终引起一级导叶卡滞。

1.4一二级导叶机械限位问题分析研究
一二级导叶全行程为100mm，分解在调节阀标尺上为(－85～20)°，通过对现场机械限位的观察，发现一级导叶机械限位零点位置为－82°，二级导叶机械限位零点位置为－65°，通过对比空压机投用前防喘振模拟报告，得知二级导叶机械限位开度发生了明显变化，机械限位开度存在问题。

2空压机喘振问题的解决对策
2.1一级导叶机械部件解体检修
对导叶各连接部件进行清洗，并对15个万向头和15个自润滑轴承(起到径向和轴向支撑、定位的作用)进行更换，更换后机械运动部件动作灵活，无卡滞现象。

2.2一级导叶机械零限位调整
一级导叶开度在原有基础上增加3°的开度，机械限位于执行机构标尺下转第474页。