压缩机异常喘振原因分析及有效对策

压缩机异常喘振原因分析及有效对策

1、引言

在多年对电力、冶金、石油化工、煤化工、油田、航空等行业轴流式压缩机和离心压缩机的状态监测及故障诊断工作中，发现不论是新投产的机组、还是运行多年的机组，都由于各种不同原因引起喘振或旋转分离，经常看到因为喘振问题造成机组振动过大，联锁停机、推力瓦磨损、径向瓦磨损、叶轮开裂、叶片断裂、部件磨损、管线开裂等等问题，引起问题的原因很多，本文列举了13种，并给出7种典型喘振原因案例，包括相应对策和效果，案例和方法基本都是笔者独创和首次提出应用的，没有资料可以参考和借鉴，而应用效果验证了解决问题方法的正确性。同时本文提出一点设想。

2、旋转分离与喘振常见的与不常见的原因

对于离心与轴流式压缩机，由于入口流量低于性能曲线对应的转速下的流量，因为叶片入口安装角的微小误差，会在某只或某几只叶片的非工作面发生边界层分离，并且沿着旋转方向依次发生，故称为：旋转分离，当流量进一步降低，旋转分离在所有流道和整级、整机发生，并和出口罐及管系联合作用，就会发展成喘振；造成喘振的物理机理很简单，而对于一起起发生在具体机组上的喘振故障，所引起喘振的具体原因，却是形形色色、各种不同的存在。比如发生在西南地区某石化乙烯气透平压缩机进口管线、或出口管线、及机内通流截面局部堵塞引起的，

发生在中油辽宁某石化的乙烯气离心压缩机组的喘振是防喘系统控制逻辑问题造成，每天损失产值过亿圆，

中石化武汉中韩石化开工过程中乙烯气透平压缩机组喘振是由于入口罐引液不足问题造成，损坏了干气密封；

中油东北某石化空分装置透平压缩机的喘振是因为环境湿度过大造成；

山东某石化丙烯气透平压缩机喘振是入口气体温度过低造成的；

华能公司某电厂的多轴式离心压缩机引起的喘振是环境粉尘造成的，造成机组无法运行；神华某煤化工企业甲醇气透平压缩机喘振是工艺系统反应收率低引起的，每年损失1.8亿圆；西南某石化丙烯气循环压缩机喘振是机后换热器管束粘结物料问题引起的；

东北某石化甲烷气透平压缩机喘振是降速过程转速与流量不匹配问题引起的，

中海油某石化透平压缩机喘振是现场没有进行实际气体防喘标定造成的，

东北某石化焦化装置透平压缩机喘振是选型过大引起，

中油、中石化多台新比隆二氧化碳透平压缩机喘振是设计问题造成的，

西北某煤化工企业透平压缩机喘振是改造问题引起的，等等。

3、引起喘振的7种原因及解决方案和效果验证

因为篇幅关系，上述13种引起喘振原因及解决办法不能全部列出，这里仅通过近几年完成的7个效益显著的案例，介绍引起喘振的不同原因的解决方案；

3.1、案例1 中油辽宁某石化防喘系统控制逻辑问题造成的乙烯气离心压缩机组的喘振案例

该机组2012年10月与80万吨乙烯装置同步投产运行，刚刚投入正常生产，突然出现因为振动过大，联锁停机的问题，每天一到三次振动过大联锁停机，我们利用机组的互联网远程在线监测系统及时进行了远程监测诊断分析，

根据远程数据分析，立即给出书面分析报告，振动联锁停机原因是属于喘振引起的；但是数次发出书面诊断报告后，现场采取相应措施后，喘振一直没有得到抑制。每停机一次就会损失1仟多万元的乙烯气原料，每天停机两次就会造成一亿多圆人民币的产值损失，面临着严

重的经济效益和环保等社会效益问题。急生产所急，立即赶到现场，进一步解决问题。现场调取在线监测系统历史数据，确认故障性质与远程诊断一致。然后在控制室调取DCS数据，发现机组发生喘振时，控制系统中的防喘控制系统，已经动作，防喘系统执行了降速、提流量控制程序，但是我们根据历史流量趋势曲线、降速趋势曲线、联锁停机时间点等数据综合分析，防喘控制系统程序的逻辑存在问题，不适合该机组。于是我们与压缩机控制系统提供商3C公司进行了沟通，立即修改了防喘控制逻辑参数，此后再没有因此造成喘振停机问题，为企业赢取了明显的经济效益和社会效益！由此改变了一个日产值过亿圆的大型化工装置开工过程的命运。

3.2案例2 中石化武汉中韩石化开工过程中由于入口罐引液不足问题造成乙烯气透平压缩机组喘振案例

2013年7月，中石化武汉中韩石化开工，年产80万吨乙烯装置的乙烯气透平压缩机组投入运行，开机时间不长，带负荷运行了数分钟，发生了多次振动过大现象，只好停机分析原因。当时指挥开工的企业副总经理，在机组发生强烈振动时，他恰好位于单向阀附近，感觉单向阀振动非常大，建议拆检单向阀，其他人没有异议，最后设备监测诊断人员，根据在线监测系统采集的数据和图谱，分析认为机组强烈振动不是单向阀的问题，例如，振动信号中20Hz 的低频分量远远高于转频分量等迹象，说明机组发生了喘振！此时自控专业开工领导认为：防喘系统调试得非常正常，不会喘振；我们认为：防喘系统正常并不能完全防止喘振，关键是要有足够的体积流量，就如同人饿了，仅仅张开嘴，并不解决饥饿问题，必须有食物进入口中并咽下，才起作用！此时工艺专业开工专家指出：主机厂负责人担心降温太快造成转子弯曲，不允许操作人员引足够介质液进入入口缓冲罐；证实了引起喘振的原因是机组入口流量不足，防喘系统也无法真正发挥作用。第二天发现干气密封及动环已经由于喘振过大而损

坏！现场无法修复，返厂修复。

3.3案例3 神华某煤化工企业因为工艺系统反应收率问题引起的甲醇气透平压缩机喘振案例

2015年4月，神华某煤化工企业的甲醇气透平压缩机组出现振动过大问题，无法满负荷运行，只能带50%负荷运行，造成每天派出30台大罐车长途运回甲醇，满足后续生产，每年经济损失1.8亿人民币，同时还存在极大的安全环保隐患！我们应邀去分析原因和解决问题。初步的信息是：机组一加负荷就会振动过大停机。我们对该机组不同转速工况的振动信号进行了分别采集分析，

现场实际情况是，一台汽轮机驱动一台离心压缩机，压缩机一个缸内一根转子分为两段：合成段，压缩输送新鲜甲醇气体、循环段，压缩输送反应塔内反应后剩余的甲醇气体，工艺包设计为合成段+循环段总流量，在同一工况下为常数，我们监测到的数据说明，转速即负荷一提高合成段就会发生喘振，因为负荷一旦提高，来自合成反应塔的循环段气体流量就增加，合成段流量就会随之下降，造成合成段发生喘振。这种状况下负荷需要增大，循环段需要提流量增速，而为了保证系统的总流量，合成段需要降低流量及降速，汽轮机只有一台，压缩机转子只有一根，不可能循环段升速、合成段降速；企图在机组本体上解决喘振问题是不可能的！于是我们想到一个降低循环段流量的办法，循环段流量能降低，合成段流量就可以提高，也就能消除喘振问题！据此我们向企业提出提高合成反应塔收率即提高反应塔内温度的办法，第一步提高10℃，神华包头煤化工企业人员立即咨询国外的反应塔生产商，外商回复是：合成反应塔可以提高10℃。我们在现场立即出具分析书面诊断报告，给出诊断结论和解决方案；结论：1、通过升降速排除油膜涡动和油膜震荡问题；2、振动过大属于因合成段流量过小、循环段流量过大，造成的合成段旋转分离和喘振问题；建议：1、合成反应塔温度提高10℃；2、尽量保证合成段质量流量约在300T/H（根据组成略作调整），循环段尽量保证流量在额定流量。企业采用我们的措施后，负荷提高到95%以上。企业再也不需要每天30台大罐车长途运回甲醇啦！每年可节省1.8亿圆人民币，取得明显的经济效益和社会效益。