离心式CO2压缩机喘振原因分析及预防

罗书磊,韩　芬（.淄博金柯工程设计有限公司,山东　淄博　55000；.兖矿新疆煤化工有限公司,乌鲁木齐　830000）

离心式CO2压缩机喘振原因分析及预防

罗书磊1,韩芬2
（1.淄博金柯工程设计有限公司,山东淄博255000；2.兖矿新疆煤化工有限公司,乌鲁木齐830000）

本文针对某公司尿素车间离心式CO2压缩机试车和运行中出现的问题，结合资料和实际工作中的经验，对离心式CO2压缩机喘振的原因和如何预防压缩机喘振进行了分析。文中根据需要对该公司离心式CO2压缩机情况、离心式CO2压缩机的工作原理和离心式CO2压缩机喘振现象和危害进行简要说明。

离心式CO2压缩机；喘振；原因；预防

CO2压缩机在采用离心式CO2压缩机的尿素生产单位具有十分重要的地位，它的运行是否稳定直接关系到尿素生产的稳定，关系到尿素生产的产品产量、产品质量和能源消耗的高低。在生产运行情况下,由于操作和系统本身原因，离心式CO2压缩机容易发生喘振。并且在发生喘振时,可能引起压缩机的密封及轴承损坏,甚至形成气体外泄、爆炸等恶性事故。因此,我们在正常开车和生产运行时，必须十分重视压缩机喘振问题，提前预防、提前发现、尽早处理。本文结合实际生产中离心式CO2压缩机的操作和运行情况对离心式CO2压缩机发生喘振的原因和预防方法进行了研究，以期能够达到预防喘振，减少喘振现象发生的目的。

1　离心式CO2压缩机简介

某公司尿素车间的离心式CO2压缩机采用汽轮机驱动压缩机，汽轮机为杭州汽轮机股份有限公司生产的型号为NK40/45/20的单缸冷凝式汽轮机，压缩机采用沈阳透平机械股份有限公司生产的机型为2MCL607+2BCL356/A的压缩机。2MCL607+2BCL356/A离心压缩机按二缸四段设计，设有段间冷却器冷却，缸间冷却器冷却。压缩机一、二段为低压缸，三、四段为高压缸，并设有两级防喘振阀。

2　离心式CO2压缩机工作原理

压缩机由汽轮机拖动，叶轮高速旋转，工艺气体由吸入室吸入，随叶轮一起高速旋转，获得动能后，经叶片间通道沿半径方向甩出，并进入流通面积逐渐扩大的扩压器中，将动能转化成压力能，从而达到使工艺气体提压的目的。

3　离心式CO2压缩机喘振现象描述

离心式CO2压缩机在正常工况下，噪声较低且是连续稳定的。而当接近喘振工况时，气流发出的噪声时高时低，并做周期性变化。但一旦进入喘振工况后，噪声会明显增大，并发出异常的周期性吼叫或喘气声，管道和机体有时会有较大的震动，有时甚至会出现爆音。

4　离心式CO2压缩机喘振危害

喘振的发生会使压缩机转子和静子经受交变应力作用而断裂，使级间压力失常而引起强烈振动，导致密封及推力轴承损坏，使运动元件和静止元件相碰，造成严重事故。

5　离心式CO2压缩机喘振原因分析

5.1入口流量、压力低于规定值

在离心式CO2压缩机开车和正常运行中，如果发生入口流量和压力低于正常规定值，就有可能发生压缩机喘振。原因通常有：（1）前系统气体减量或不稳造成压力和流量波动；（2）当压缩机入口管线气流阻力增大也会造成进气压力下降，主要为压缩机进口过滤器逐渐堵塞造成过滤器压差过大造成；（3）压缩机加负荷过快也会造成压缩机进口压力和流量降低造成喘振。

5.2压缩机动力来源不稳

当压缩机动力来源不稳时，亦会造成压缩机喘振，原因如下：

（1）汽轮机动力蒸汽波动较大会造成压缩机转速波动较大并造成压缩机喘振；

（2）汽轮机进气调节阀动作过于灵敏，波动较大，亦会造成压缩机喘振。

5.3压缩机进气密度变化

压缩的进气密度突然发生变化，在一定转数下，离心力下降，引起出口压力及排量下降，气体倒流入压缩机，造成机内气体低流量造成喘振，原因如下：

（1）进气温度升高造成气体密度降低造成喘振，特别是在夏季；（2）前系统原因造成压缩机进气纯度下降，造成进气分子量降低造成喘振；

（3）压缩机级间冷却器冷却能力下降也会导致进气密度下降造成喘振。

5.4压缩机出口压力过高

在运行中由于多种情况会出现压缩机出口压力过高、运行工作点向小流量区域移动，从而进入喘振工况。

（1）两段四级压缩中压缩比偏离正常值，会造成压缩机径向力偏高造成喘振；

（2）升速升压过程过快造成压缩机出口压力过高。压缩机的升压过程是一个分子累计的过程，出口的气体逐渐充满机体，并在升速过程中累计造成压力慢慢升高，如升速升压过快就会造成喘振；

（3）压缩机出口放空未打开造成出口压力过高，造成机体四级压缩中气体流通不畅从而造成喘振。

6　处理和预防喘振的措施

（1）开车前校核压缩机仪表。在压缩机开车前，必须校核压缩机进口流量计、进口压力、压缩机防喘振阀门、汽轮机调速阀和出口放空阀门等仪表是否灵活好用。同时在开车过程中对调速阀的PID值和防喘振阀全行程反应时间进行校正，以期达到较好的操作反馈。

（2）合理调节两级防喘振阀门开度。在压缩机开车和运行中，要合理操作两级防喘振阀门。机组的负荷调节靠转速和防喘振阀控制，防喘振阀的开度和机组流量配合调节，防喘振阀的控制要沿喘振线精心控制，防止机组运行曲线落入喘振区。

（3）合理调节升压和升速。在压缩机开车过程中，升压和升速应交相呼应，逐渐缓慢提高压缩机的速度和压力。在升速和升压中总结升速和升压趋势，找出本台机组的最佳升速升压方式。

7　结论

喘振作为离心式压缩机固有的机械特性，其在实际的运行生产中存在着较大的危害和隐患，而在长期的生产实践中，更应该结合生产实际，逐步了解喘振机理，掌握喘振的主要影响因素，以采取行之有效的预防控制措施，进而提高压缩机的抗喘振性能和运行可靠性，从而实现离心压缩机安全、稳定、长周期、高效的运行。

[1]张成宝,离心式压缩机的喘振分析与控制[J].压缩机技术，2003(06):4-8.

[2]花严红,袁卫星,王海.离心压缩机研究现状及展望[J].风机技术,2007,2(03):45-48.

[3]西安交通大学透平压缩机教研室.离心式压缩机原理[M].北京:机械工业出版社,1990.

罗书磊（1987—），男，河南许昌人，本科，助理工程师，研究方向：化工工程设计。