离心式压缩机喘振分析及消除措施探究

李 颖

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037003)

离心式压缩机喘振分析及消除措施探究

李 颖

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037003)

离心式压缩机在石油化工的工业生产中应用广泛，但在实际使用过程中常出现喘振的现象。对离心式压缩机喘振的原因及危害性进行简单分析，并探讨了喘振现象的影响因素，提出防止喘振的措施。

离心式压缩机；喘振；原因；对策

压缩机在重型化工行业发挥着重要的作用，扮演着不可或缺的角色。离心式压缩机是目前应用最为广泛的压缩机，具有高效运行、流量大、体积小的特点。离式压缩机的喘振现象第1次被发现是在上个世纪的英国，当压缩机发生喘振时，加大了压缩机的损坏程度，是极具危害性的固有现象。对此必须对喘振的原因进行分析，合理控制影响因素，提出正确的防范策略，充分发挥压缩机效用。

1 离心式压缩机喘振原因及其危害性

离心式压缩机具有占地小、构造简单、排气量大、运行平稳、效率高的特点，并且气流平缓无脉动，润滑油对压缩机的压缩空气不构成影响，相较于复式压缩机更广泛应用于石油化工企业。压缩机在运行过程中，气体的压缩会产生气体使相对分子质量大小的变化，且气体的温度、压力和流量也随之发生改变，这种气体的变化是直接致使压缩机发生喘振的主导因素[1]。因此，为确保压缩机平稳高效地运行，防范压缩机发生喘振，是本文研究的主要课题。

1.1 离心式压缩机的喘振影响因素

1.1.1 内部因素

压缩机正常运行气流是从进口角度进入的。然而，当流量低于设计流量时，气流进入叶片的方向偏离了正常的进口角度，会导致在压缩机内部产生气体分离区。这是由于，气体偏离进入轨道，气体在叶片工作面上被迫分离，与叶轮的旋转方向发生反向移动，且气体流量与分离成反比，气体流量小，分离区域大。若是气体流量逐渐减少至气体倒流，在压缩机正常运行的条件下，倒流的气体重新进行压缩，气体反复地在排气管中出现异常，直接影响气体的输送频率。这时，频率低的气体产生的气体压力，间接导致压缩机气体脉动发生震动噪音，形成了喘振。

1.1.2 外部因素

如第105页图1所示 ，在离心式压缩机不同转速下的ε-Qj曲线图中，ε-Qj曲线呈现的是抛物线形状，有一个驼峰型的最高点。最高点的右侧是稳定的工作区域，右侧中管路特性曲线和性能曲线的多个交点就是压缩机的工作点；而在曲线左侧的工作区，其具有不稳定的特性，因此左侧也称为“喘振区”。

第105页如图2不稳定工况图所示，若在M’点处表示压缩机工作不稳定的点，关闭减小管路出口的阀门，管路特性曲线Ⅰ处表示的是流量较大的工作区域，Ⅱ处曲线表示流量较小的工作区域，工作点会向流量小的方向移动，管路特性曲线从Ⅰ处到Ⅱ处。若工作在A点处，压缩机的出口压力小，管路需要的压力大，气体流量要继续下降直至零。压缩机出口压小于管路压力，气体回流到压缩机，持续回流后，管路压力小于压缩机出口压力，管路又实现输气，气流量重新增加，工作点向A移动。工作点又处在A处，压缩机气流若仍不稳定时，气体流量会持续下降，管路中气体受到此下降动力，又重新开始倒流回压缩机。气流重复规律性地在管道移动，规律性和周期性地往返，管路的气压和压缩机中的气流大小规律地周期变化，压缩机的脉动也呈现反复规律性的三角函数曲线形图，压缩机出现了喘振现象。

图1 离心式压缩机在不同转速下ε-Qj

如图3所示，压缩机性能不稳定也会造成喘振。

1) 转速不稳定。如图3(a)所示，压缩机的运转

图2 不稳定工况

速度由n1曲线减小到n2曲线时，叶轮运转功率下降，气体压力随之下降，导致性能曲线往下移动，工作点左偏到压缩机的不稳定工作区，发生了喘振现象。

2) 进气压力不稳定。如图3(b)所示，压缩机进气压力由p1曲线下降到p2曲线时，性能曲线会往下移动，工作点左偏到压缩机的不稳定工作区，发生喘振现象。

3) 进气温度不稳定。如图3(c)所示，压缩机进气温度T1曲线升高T2曲线，压缩机的性能曲线会往下移动，工作点左偏到压缩机的不稳定工作区，发生喘振现象。

图3 离心式压缩机性能变化对喘振的影响

1.2 离心式压缩机喘振的危害性

离心式压缩机的喘振影响压缩机的性能和管道运行。压缩机发生喘振时，运行压力和效率都有所降低，加快震动的频率，同时出现异常的噪音和破音，对压缩机的轴承、叶片性能有所损坏。管道的运行也受到喘振的影响，如，出口压力的下降、流量不稳定、波动频率加快、气体回流、管道出现严重的剧烈震动。

2 防喘振措施

2.1 加强顶层设计

初始压缩机的顶层实际强调结构上的防喘振系统的设计，防喘振系统必须是积极的方式。举例来说，可以利用旋转进口导叶作为导叶材料，对导叶材料的性能进行科学检测，确保此种导叶具有高度的调节性，调节进入叶轮的气流，使其产生预旋作用，并利用旋转效果实现对叶轮气流方向的改变，达到改变压缩机性能曲线的目的。或采用加厚的叶轮，叶片进口边；采用的叶片扩压器选择可以调节叶片角度的；采用出口宽度减窄的无叶扩压器等等。

2.2 可变极限流量法

压缩机的负荷过大，导致压缩机功率发生波动时，必须对运转速度进行调节，达到降低能力损耗的目的。通常采取此防喘振措施，运用的是可变限流量法。

压缩机发生喘振时的最小流量是个未知数，一般来说是个变量，运转速度发生持续降低时，防喘振曲线偏移的方向是左下方，发生喘振最小流量也随之减小。并在一定安全裕量条件下，当防喘振曲线向右平移后，形成新的防喘曲线，用新的防喘曲线来实施对防喘振阀的启闭控制，达到减少能量损耗、防止喘振的发生的目的。防喘振控制线的方程为式(1)。

(1)

式中：a和b都是压缩机的常数；分母p1指的是进口压力；分子p2指的是出气压力；k指的是气体绝热指数；T1是固定值，指的是进气温度。通过参数排气压力p2和Qv来控制防范喘振。

3 离心式空气压缩机喘振具体故障分析及处理

3.1 扩压器腐蚀或磨损

扩压器是压缩机构造的重要部件，其具有降低叶轮压出气流速度、提高气体的压力、使其达到总压力30%的作用。若扩压器受到外界因素而使内部曲线腔壁受损或是腐蚀，会导致扩压器的作用发挥失效，扩压器对气体的控制降低，气体形成漩涡，进入的气流量减少，输出的压力也会随之降低，从而产生喘振。

具体对策：扩压器实行定期检查制度，压缩机发生磨损时的修复强调及时性和有效性，对压缩机腐蚀实行防范策略。必要时，对扩压器更新换代，用新的扩压器性能更完好。

3.2 进气温度过高

空气压缩机的运行条件是标准大气压且温度25 ℃。但这个运行条件是不受任何外界因素影响的标准化条件，实际的运行条件并不符合。特别是温度高于25 ℃时，空气的密度会较低，压缩机的实际压缩气体流量减少，从而产生喘振。

具体对策：实施温度控制，可以将压缩机运行环境设置为室内，并且运行环境空间大、屋顶高度高、排气能力强，实现降低排气压力。

3.3 过滤器、空气冷却器、水气分离器洁净程度不够

为了阻挡杂质灰尘，压缩机在进口处通常安装

空气过滤器。然而，使用周期过长后，过滤器洁净程度不够，对气体的进入通道造成堵塞，减少空气进气量，从而产生喘振。压缩机的叶轮也会黏附空气中的粉尘杂质以及构件磨损的微粒等，这些杂质都会减缓气体的流动速度，减少空气的进入量，从而产生喘振。

具体对策：定期进行压缩机主体及构建的清洁排查，对水气分离器 、冷却器清洁实现专业化、规范化管理。

3.4 叶轮、扩压器间隙不适

叶轮和压缩器的间隙合理，才能保证进气量。若压缩机的轴承磨损，导致叶轮和扩压器间隙缩小，发生摩擦碰撞；若叶轮和扩压器之间的间隙过大，导致管路中出现气流泄露或者发生串气。因此，叶轮和扩压器的间隙不适，过大和过小都会使气体量减少，从而喘振。

具体对策：定期维护，根据实际情况，保证叶轮和扩压器的间隙始终维持在规定的合理范围。

4 结语

离心式压缩机的喘振严重影响压缩机的运行性能。在日常条件下，压缩机的正常运行需要定期的维护。压缩机的使用周期较长，会受到周围环境的作用，发生磨损、腐蚀等情况，导致工作的重点慢慢向喘振区倾斜。因此，必要的预防压缩机喘振措施是延长压缩机使用寿命的手段。前期对压缩机喘振原因进行合理分析，实施影响因素的管理和控制，加强日常的维护力度。同时，建立内部日常机械维护机制，确保压缩机的运行在最佳环境条件下，这对压缩机的发挥作用有着现实的积极意义。

[1] 冉宪涛，赵恒梅.离心式压缩机喘振分析及消除措施[J].中国石油和化工标准与质量，2013(10)：83.

Analysis of surge in centrifugal compressor and elimination measures

LI Ying

(Datong Guangfa Chemical Industry Co., Ltd., Datong Shanxi 037003, China)

Centrifugal compressor is widely used in industrial production of petrochemical industry. But there often appears surge phenomenon in actual use. This paper gives a simple analysis of reason and hazards of centrifugal compressor, explores the factors influencing the surge, and puts forward the measures to prevent the surge.

centrifugal compressor; surge; reason; countermeasure

2017-01-05

李 颖，女，1990年出生，2012年毕业于太原理工大学现代科技学院材料化学专业，助理工程师。研究方向：化工设备管理。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.35

TH45

A

1004-7050(2017)02-0104-03

化机与设备