离心式压缩机的喘振现象及解决办法

马立科

(宁夏哈纳斯液化天然气有限公司，宁夏 银川 750021)

1 喘振的定义与喘振的原理

离心式压气机的气体介质流量减小到一定程度时压缩机就会出现工作不稳定的状态，并且伴有剧烈的抖动与振动，而且会有很大的噪音响声，这种现象称为压缩机喘振。喘振对于离心式压缩机有着很严重的危害。

1.1 心式压缩机的工作原理

压缩机的工作原理是工艺气体介质流过离心式压缩机的叶轮时，在高速旋转的叶轮叶片的离心力作用下，对工艺气体进行作功升压，将压缩机的机械能转换为工艺气体的压力能和动能。使其压力能和动能均得到提高，工艺气体进入扩压器后，气体的速度能又进一步转化为压力能，从而使气体压力达到工艺所需的要求。

1.3 喘振的原理

离心式压缩机在运行过程中当工况发生变化，工艺参数发生改变后，工艺气体入口流量减小的状况，出口管线内较高压力的工艺气体倒流入压缩机缸体级里来。倒流回来的工艺气体补充了入口流量的不足，叶轮又恢复正常工作。流量增加，又会重新把倒流回来的气体重新压出去。因此工艺介质气体在压缩机缸体级与出口管线之间往复徘徊，这就使得整个系统中产生了周期性的气流震荡现象，这就是喘振产生的机理。

2 离心式压缩机的特征与性能曲线

2.1 离心式压缩机的性能曲线能具体且形象的表示出压缩机的特性

缩机在不同工艺状况和不同参数流量时的级压比Pd/Ps、效率η、功率P与进口流量q的关系曲线称为级的性能曲线。常用以下工艺参数和性能曲线对压缩机的性能进行分析：

(1)流量Q与压缩机出入口压力比Pd/Ps的关系曲线。

(2)流量Q与压缩机功率P的关系曲线。

(3)流量Q与压缩机效率η的关系曲线。

2.2 以流量Q与压缩机出入口压比Pd/Ps的关系曲线为例进行说明

流量Q与压缩机出入口压比Pd/Ps的关系曲线见图1。

图1 流量Q与压缩机出入口压比Pd/Ps的关系曲线

根据性能曲线分析如下：每条曲线在每种转速下都有一个Pd/Ps值的最高点，连接最高点的抛物线是一条表征产生喘振的极限曲线，抛物线左侧部分是喘振区，若压缩机工作点在喘振区会出现喘振现象。为了安全起见，压缩机的实际工作点，距离喘振极限曲线应保留有一些余地。一般在喘振极限曲线的右侧10%再做一条抛物线，这条抛物线叫做压缩机的防范安全线(喘振控制线)。

喘振工况与阻塞工况之间的区域就是离心式压缩机的稳定工况范围。

2.3 阻塞现象

塞是指机组能吸进的最大气体流量，通常设计的时候 会考虑运行最大气量小于机组本身的阻塞气量，从而满足系统要求。当然有时可能是设计的原因 ，实际阻塞气量小于设计时系统要求的最大气量，这就得改机组、改设计。通常情况下是不会出现阻塞工况的，这相当于是个极限值。

当流量增加到一定值时，叶轮对气体做的功只能用来克服流动损失，而不能提高气体的压力，这时压缩机入口流量达到的工况为最大流量工况。任凭压缩机背压再降低，流量也不可能再增加，这种情况称为“阻塞”工况。

在阻塞工况附近，压缩机效率很低、压比比设计工况也低得多，流量的微小变化也可以引起压力很大的变化。

当压缩机入口气体流量小于喘振流量时，压缩机将会发生喘振现象，大于堵塞流量时，压缩机会发生堵塞。

阻塞在离心压缩机中只是一种理论的状态，几乎不可能发生。

3 喘振的判断及预防处理措施

3.1 喘振的现象及特点

(1) 喘振时噪声增大，伴随有剧烈的抖动与震动。

(2) 喘振时电机电流减小且频繁波动，压缩机出口压力出现上下来回波动。

(3) 喘振时压缩机机体和轴承因发生强烈振动机体温度会升高。

3.2 喘振的危害

(1)喘振时气流会引起强烈的震动，损害工艺设备管线，影响工艺系统的稳定性及安全。

(2)喘振会产生很大的噪音，造成员工身体健康问题及噪音污染。

(3)喘振使压缩机的转子及定子元件经受交变的动应力；级间压力失调引起强烈振动，使密封及轴承损坏，甚至发生转子与定子元件相碰，压送的气体外泄，引起爆炸等恶性事故。

3.3 喘振的预防与处理措施

(1)设计时考虑全面，根据工艺设计参数使压缩机具有较宽的稳定工作区域。

(2)压缩机在运行时防喘振控制系统保持投用自动状态，防喘振阀处于自动状态。一旦发生喘振，防喘振阀立即动作补充入口流量。

(3)当工艺气体参数发生变化或者工况发生变化引起喘振时，适当打开防喘阀保持一定开度，确保入口流量。

(4)增加压缩机入口阀门开度，提高入口流量和或压力。

(5)适当降低压缩机出入口压缩比。

4 结论

通过以上分析以及实践证明影响喘振的发生是完全可以避免的，现归纳喘振的因素主要有：

(1) 压缩机入口介质流量：随着压缩机入口流量的减小，当压缩机入口气体流量小于喘振流量时，压缩机将会发生喘振现象。

(2) 压缩机入口介质压力：压缩机入口压力一般会设定低报警与低低跳车连锁，从而避免压缩机入口流量过小而引起的压缩机喘振。

(3) 气体介质温度：压缩机气体入口温度越高，气体密度就越小，质量也变小，压缩机越容易喘振。

(4) 压缩机电机转速：喘振时可以通过适当降低压缩机转速进行调节，但是可调范围时有限的。

(5) 气体介质组分发生变化：在转速压力不变的情况下，气体的摩尔质量发生变化，离心力会发生变化，可导致出口压力及排量下降。

(6)机组原因：因压缩机和电动机机械故障或者辅助油系统发生故障也会引起喘振。