气压机喘振分析与措施

浅谈离心式压缩机喘振分析及解决措施论文关键词：离心式压缩机喘振机理影响因素危害判断措施

论文摘要：论述了离心式压缩机喘振机理、影响因素、危害及判断，以及本车间气压机组发生喘振时的处理措施。

0 引言

离心压缩机是速度式压缩机中的一种，由于具有排气量大，效率高，结构简单，体积小，气体不受油污染以及正常工况下运转平稳、压缩气流无脉动等特点，目前已广泛应用于石油、化工、冶金、动力、制冷等行业。离心压缩机的安全可靠运行对工业生产有着非常重要的意义。然而，离心压缩机对气体的压力、流量、温度变化较敏感，易发生喘振。喘振是离心压缩机固有的一种现象，具有较大的危害性，是压缩机损坏的主要诱因之一。早在1945年于英国首先发现了离心压缩机的喘振现象并引起了人们的注意。

1 离心式压缩机的喘振机理及影响因素

1.1 离心式压缩机的喘振机理离心压缩机工作的基本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。可见，离心压缩机的压缩过程主要在叶轮和扩压器内完成。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。发生旋转脱离时叶道中气流通不过去，级的压力突然下降，排气管内较高压力的气体便倒流回级里来。瞬间，倒流回级中的气体补充了级流量的不足，叶轮又恢复正常工作，重新把倒流回来的气体压出去。这样又使级中流量减小，于是压力又突然下降，级后的压力气体又倒流回级中来，如此周而复始，在系统中产生了周期性的气流振荡现象，这种现象称为“喘振”。

2 喘振的危害及判断

1 喘振的危害喘振现象对压缩机十分有害，主要表现在以下几个方面：①喘振时由于气流强烈的脉动和周期性振荡，会使供气参数(压力、流量等)大幅度地波动，破坏了工艺系统的稳定性。②会使叶片强烈振动，叶轮应力大大增加，噪声加剧。③引起动静部件的摩擦与碰撞，使压缩机的轴产生弯曲变形，严重时会产生轴向窜动，碰坏叶轮。④加剧轴承、轴颈的磨损，破坏润滑油膜的稳定性，使轴承合金产生疲劳裂纹，甚至烧毁。⑤损坏压缩机的级间密封及轴封，使压缩机效率降低，甚至造成爆炸、火灾等事故。⑥影响与压缩机相连的其他设备的正常运转，于扰操作人员的正常工作，使一些测量仪表仪器准确性降低，甚至失灵。一般机组的排气量、压力比、排气压力和气体的密度越大，发生的喘振越严重，危害越大。

2 喘振的判断由于喘振的危害较大，操作人员应能及时判别，压缩机的喘振一般可从以下几个方面判别:①听测压缩机出口管路气流的噪声。当压缩机接近喘振工况时，排气管

道中会发生周期性时高时低“呼哧呼哧”的噪声。当进人喘振工况时，噪声立即大增，甚至出现爆音。②观测压缩机出口压力和进口流量的变化。喘振时，会出现周期性的、大幅度的脉动，从而引起测量仪表指针大幅度地摆动。③观测压缩机的机体和轴承的振动情况。喘振时，机体、轴承的振动振幅显着增大，机组发生强烈的振动。

3 压缩机的喘振预防及解决措施

三催化车间的气压机组是由美国DRESS-RAND公司制造的3M8-9两段压缩机和4U背压式汽轮机组成，该机组安装在公司120万吨/年催化裂化装置内，机组主要用来压缩气体、控制反应压力。当汽轮机调速系统出现故障可导致压缩机转数急剧下降，压缩机出口压力下降，从而使管网中高压气体倒流回压缩机引起喘振。 1 为了防止喘振发生，在操作中应注意到：①防喘振系统未投自动的情况下，机组的操作状态必须远离喘振区，留有足够的防喘余度。②气压机开停与调整时，必须严守“升压先升速，降速先降压”的原则。操作中应缓慢、均匀，多次交替完成升压和变速。③反映、分馏岗位应努力平稳操作，控制好冷后温度，力求控制富气参数在设计范围内。④操作中必须密切观察主蒸汽和背压蒸汽参数，发现不利趋势及时联系加以调整。 2 气压机不同工况下喘振现象的处理措施。①针对低流量工况，应立即适量打开反飞动阀。②针对出口阻塞工况，应立即适当打开出口放火炬阀。③针对由气体参数变化出现的喘振工况，应首先打开出口放火炬消除喘振状态后，再调整操作改变气体参数。④发生喘振工况时，气压机岗位操作员在情况判断不明的情况下，应先开出口放火炬消除喘振状态，再进行针对性处理的原则来操作。

4 结论

喘振是离心式压缩机固有的特性，具有较大的危害。喘振现象的发生取决于管网的特性曲线和离心压缩机的特性曲线。喘振形成的原因在于倒流与供气的周期性地交替进行。应当结合生产实践，逐步弄清喘振的机理，掌握喘振的主要影响因素，熟悉常见的喘振实例，采取有效的防喘振控制措施，提高离心压缩机抗喘振性能和运行可靠性。