长输管道离心压缩机的喘振分析及预防

长输管道离心压缩机的喘振分析及预防

发表时间：2018-05-23T10:31:46.143Z 来源：《基层建设》2018年第6期作者：单洁丽

[导读] 摘要：离心压缩机是一种速度式压缩机，是长输管道生产中的关键设备，可以提高管道的输送能力，是管道的心脏。

西安陕鼓动力股份有限公司陕西西安 710075

摘要：离心压缩机是一种速度式压缩机，是长输管道生产中的关键设备，可以提高管道的输送能力，是管道的心脏。文章简要分析了离心压缩机喘振产生的机理、危害及喘振工况的判断方法，并提出了预防及解决喘振的措施，以供参考。

关键词：长输管道离心压缩机喘振分析预防

Abstract：the centrifugal compressor is a kind of speed compressor，which is the key equipment in the production of long transport pipeline，which can improve the conveying capacity of the pipeline and is the heart of the pipe. This paper briefly analyzes the mechanism，hazard and the judgment method of the surge of centrifugal compressor，and puts forward some measures to prevent and solve the surge.

Key words：long transmission pipeline centrifugal compressor surge analysis prevention

1喘振机理

离心压缩机基本的工作原理是利用高速旋转的叶轮带动气体一起旋转而产生离心力，从而将能量传递给气体，使气体压力升高，速度增大，气体获得了压力能和动能。在叶轮后部设置有通流截面逐渐扩大的扩压元件（扩压器），从叶轮流出的高速气体在扩压器内进行降速增压，使气体的部分动能转变为压力能。

当离心压缩机的操作工况发生变动，而偏离设计工况时，如果气体流量减小则进人叶轮或扩压器流道的气流方向发生变化，气流向着叶片的凸面（工作面）冲击，在叶片的凹面（非工作面）的前缘部分，产生很大的局部扩压度，于是在叶片非工作面上出现气流边界层分离现象，形成旋涡区，并向叶轮出口处逐渐扩大。气量越小，则分离现象越严重，气流的分离区域就越大。由于叶片形状和安装位置不可能完全相同及气流流过叶片时的不均匀性，使得气流的边界层分离可能先在叶轮（或叶片扩压器）的某个叶道中出现，当流量减少到一定程度，随着叶轮的连续旋转和气流的连续性，这种边界层分离现象将扩大到整个流道，而且气流分离沿着叶轮旋转的反方向扩展，以至叶道中形成气流旋涡，从叶轮外圆折回到叶轮内圆，此现象称为旋转脱离，又称为旋转失速。

2离心式压缩机喘振故障原因分析

2.1压缩机叶轮磨损或者粘附物太多

压缩机叶轮通过自身的曲线槽结构和高速旋转来增加工艺气体的压力和速度，压缩机大概有2/3的压力增加都是通过叶轮产生的。当叶轮磨损或粘附物太多时，都会改变叶轮自身的曲线槽结构，降低叶轮增加工艺气体压力和速度的能力。叶轮磨损越严重或粘附物越多，越容易导致压缩机产生喘振故障。

2.2压缩机扩压器腐蚀磨损

工艺气体经过高速旋转的叶轮产生高速高压后，经过静态的扩压器时，扩压器内特殊设计的曲线腔壁能把工艺气体的流速降低，压力再一次增加，一般约有l/3的压力是在扩压器内提高的。当扩压器内特殊设计的曲线腔壁腐蚀磨损比较严重时，高速的工艺气体经过扩压器时就容易形成涡旋，进气量就会减少，无法提高空气压力，导致压缩机的输出压力降低，从而容易形成喘振。

2.3叶轮与扩压器之间的间隙变化

离心式压缩机对叶轮与扩压器之间的间隙有着非常严格的要求。间隙过大会发生泄漏串气，导致空气流量减少；间隙过小，通过的工艺气体流量变小，同时在后端推力轴承磨损的情况下，容易发生叶轮与扩压器碰撞的设备事故。因此叶轮与扩压器之间的间隙过大和过小都会造成空气流量变小，使压缩机无法提高输出压力，从而形成喘振故障。

2.4压缩机进气口温度变化

离心压缩机设计上的压缩量是指在25℃，一个标准大气压的条件下的压缩量，而实际上的工艺气体温度是时常变化，不以人的意志而改变的。恒压的条件下，在温度升高时，工艺气体密度降低，压缩机实际压缩的工艺气体流量减少，导致压缩机输出压力不足，形成喘振现象。实际使用过程中，夏季比冬季更容易发生喘振现象就可以说明这个原因。

3喘振的判断

由于喘振的危害较大，在喘振的初始阶段，操作人员就应能及时判别，同时及时调整工况，使压缩机尽快脱离喘振区域，只有这样才能保证压缩机的正常运行。压缩机的喘振一般可从以下几个方面判别：

3.1从现场仪表的指示值判断

3.1.1压缩机的进口气体温度指示值升高，说明压缩机已经进入喘振工况。这是由于高温气体倒流至压缩机进口所致。此时压缩机各级压力会出现急剧波动。

3.1.2压缩机流量指示值急剧下降并大幅波动，严重时气体甚至会倒流回吸气管道，在进口过滤器处有时能看到被反吹出的灰尘。

3.1.3用电机驱动的压缩机，电机的电流和功率指示值出现不稳定，大幅波动；用汽轮机驱动的机组，汽轮机的转速指示值会出现波动，机组运行工况不稳定。

3.2从异常声响判断

3.2.1当压缩机接近喘振工况时，排气管道会发出周期性、时高时低的“呼哧”、“呼哧”声。进入喘振工况后，压缩机会发出周期性、间断的类似牛的吼叫声。噪声分贝立即增大，影响范围变大。

3.2.2压缩机出现强烈而有规律的低频率振动，管道内气流同时发出异常声响。系统内各管线振动剧烈，机身也会剧烈振动，并使出口管道、厂房、辅助机组发生强烈振动。如果是大型离心压缩机进入喘振工况，那么在附近的建筑物上也能感觉到振动。

4喘振的预防

在实际生产运行过程中，为了防止离心压缩机发生喘振，可以采取以下措施：

4.1提高离心压缩机入口流量，使压缩机运行工况脱离喘振区域，图1为压缩机不同转速下的性能曲线，左侧为喘振区。同时加装低流量报警装置。在流量不变时，可通过降低离心压缩机排气压力、提高入口压力或两者相结合的方法，减小出口、入口压比，以防止压缩机