离心压缩机的防喘振控制措施

2021-01-10安志磊天津渤海石化有限公司天津300452

化工管理 2021年1期

安志磊(天津渤海石化有限公司，天津 300452)

0 引言

离心压缩机是通过叶轮高速旋转，在离心力的作用下将叶轮中心的气体甩向叶轮的边缘，气体的动能增加，被甩出后的气体，进入扩压器之中，通过这一过程降低气体速度，使得动能与静压能之间转化，压力得到提升。而在叶轮的中心区域就会成为低压真空地带，此时外界新鲜气体被吸入，之后又会随着叶轮旋转，在不断吸入和甩出气体的过程中，使得气体得以持续流动。喘振的发生使压缩机不能正常工作，压缩机性能恶化，效率降低，对压缩机组造成严重损伤，离心式压缩机不可以在喘振时运行，所以做好喘振预防，能够进一步提升离心压缩机的安全运行效果。

1 离心式压缩机喘振现象

在离心式压缩机运行的过程中，当压缩机入口流量不断降低，就会在压缩机流道中产生严重的旋转脱离现象，堵塞流道，造成压缩机出口压力大幅下降，难以保证管网的输气压力，此时管网中的气体会倒流入压缩机中，直到管网压力下降到与压缩机出口压力相等时倒流停止。这时压缩机流量增加又开始向管网中送气，在管网压力恢复正常之后，压缩机的流量又会降低，系统中又会出现上述倒流的现象，如此反复，并且现场可以听到伴有强烈的低吼喘气声音，同时机组各点震动位移加大偏离正常范围，这就是离心压缩机喘振时的现象。

离心压缩机一旦发生喘振，会对压缩机的运行，带来非常严重的影响，喘振气流会对转子和其他部件造成非常大的冲击，最终导致机组出现强烈的振动，后果比较严重[1]。如果喘振情况比较严重，会直接导致漏气、漏油，压缩机的轴向压力也会偏大，最后引发轴承的烧毁，如果喘振现象继续持续，容易导致转子和静态部分相撞，对压缩机正常运行，带来非常大的威胁，甚至导致压缩机报废，需要在压缩机实际运行的过程中，认真做好相关应对工作。

2 离心式压缩机性能曲线

离心压缩机喘振的产生与流体机械和管道特性有着非常密切的关系，在离心压缩机运行的过程中，若压缩机的排气量与进气量二者之间相等，并且压缩形成的排气压力与管网压力相等，说明压缩机与管网性能之间具有良好的协调性，在实际操作中，应该及时查看离心压缩机的性能曲线，关注压缩机的运行状况，避免压缩机进入喘振区域，为压缩机的安全稳定运行奠定基础。

3 离心式压缩机发生喘振的原因

3.1 流量因素

离心压缩机在运行过程中，当压缩机流量降低，压缩机出口压力增大，当达到这一转速时的最高出口压力时，机组就会进入喘振区，此时压缩机出口压力下降，导致压缩机出现喘振[2]。同时，在流量一定的情况下，压缩机转速越高越容易出现喘振现象。离心压缩机之所以出现喘振，其根本原因是流量小所造成的，所以在压缩机的运行中，增加压缩机的流量，是离心压缩机预防喘振的重要条件。

3.2 入口压力

压缩机入口压力降低，压缩机就越接近喘振区域，这是由于入口过滤器的压差增加，造成进入压缩机气体流量减少，从而导致压缩机出现了喘振，在离心压缩机操作的过程中需要及时关注入口过滤器压差，发现异常及时清理过滤器或者更换过滤网，以免造成压缩机入口压力低的情况。

3.3 入口温度

由于压缩机在不同入口气体温度下的运行曲线有所不同，入口气体的温度越高，压缩机则越容易出现喘振。在丙烷脱氢制丙烯装置中产品气压缩机入口温度的控制就很重要，既是为了避免压缩机出现喘振，同时在入口温度低、出口温度也会降低导致烯烃出现聚合现象，后期在压缩机内部结焦，影响压缩机的运行，在实际操作中控制压缩机的入口温度对离心压缩机的操作极其关键。

3.4 转速

在丙烷脱氢制丙烯装置中，随着装置负荷逐渐提高的过程中，反应后的产品气不断增多，为维持负压反应条件，产品气压缩机需要及时提高转速，向下游输送很多的气量。但是当产品气流量一定的时候，冒然提高压缩机转速容易引发喘振。在压缩机流量一定的情况下，转速越高，越容易靠近喘振区域，换句话说，压缩机处于较高转速运行时，所需的最小喘振流量越大。但是离心压缩机也不可长时间低速运行，长时间低速运行，易造成压缩机干气密封中的动环和静环之间无法形成气膜，导致动环和静环难以分离，动环静环密封面之间发生摩擦，损坏密封工艺介质泄漏，导致发生事故，所以在流量满足的前提下应适当提高压缩机转速。

3.5 气体相对分子质量

如果气体分子量小于20，容易导致喘振情况的出现，一旦相对分子量大于25，就可以让压缩机远离喘振区域。由此可见，在压缩机处于出口定压运行时，相对分子质量越小，那么就越容易出现喘振。在丙烷脱氢制丙烯装置的长短循环切换中，产品气压缩机需要通过调整甲烷与丙烷的流量在压缩机内达到合适的分子量，维持产品气压缩机正常运转。当分子量过小容易引发压缩机喘振，分子量过大压缩机负荷增加，蒸汽透平消耗的蒸汽量会变多，所以在多组份介质的离心压缩机系统中，调整压缩机的分子量对压缩机的操作有着重要意义。

3.6 其他因素

除上述主要因素外，还有以下因素可能导致喘振的出现：(1)机械部件存在损坏和脱落；(2)操作不当导致压力极速变化；(3)正常运行中的防喘系统没有自动投运；(4)介质状态发生变化。

4 控制喘振现象的其他有效措施

为切实加强对喘振现象的控制，除了对上述因素结合其规律做好相应的控制外，还要采取下列辅助性的措施：

第一，通过增强对压缩机入口气体流量的方式达到控制喘振的目的。采用循环使用的方式，可以有效避免压缩机出现喘振问题。但是需要注意的是，此时压缩机出口压力往往会下降，进而导致能耗较大的问题，使得压缩机经济运行的目标受到影响。因此，为确保系统的压力得到有效的维持，必须在放空之前、回流之后，确保压缩机的转速得到及时地提升，这样才能确保输出压力得到及时地恢复[3]。此外，进行停机操作，均需要及时地确保放空阀先打开，提升压缩机的流量，避免出现喘振现象。

第二，在压缩机实际运行的过程中，应该根据压缩机特性曲线，合理设置防喘裕度，如果裕度设定过大，虽然不会导致喘振情况的发生，但压力降会很大，资源浪费情况比较严重。在压缩机实际运行的过程中，应该合理对防喘阀门值进行整定，太大就会影响其使用经济性，太小又会对运行安全带来影响，针对无自动投用的机组，而采用手动调节，难以保证压缩机运行的安全性以及防喘振效果。

第三，在升压与变速调节过程中，应严格遵循升压先升速、降速先降压的基本原则，在压缩机升压过程中，需要在调速器开始投运的基础上再进行升压，并对其性能曲线进行检查，只有确保达到转速的基础上，才能提升压力。而在压缩机降速过程中，需要确保防喘振阀门设置科学的前提才能降速，且在降速过程中，需要在降压的基础上才能进行。而且不管是升速和升压环节，均不能过猛，而且降速和降压时需要做到缓慢而又均匀[4]。

防喘振控制技术方案：(1)固定极限流量法。只要满足压缩机实际流量Q大于喘振流量Qs，压缩机就不会出现喘振现象，控制方案也相对比较简单。在机组正常运行的过程中，当控制器的测量值PV大于设定值SP时，旁路控制阀关闭。当机组PV小于SP时，旁路阀门就会打开，压缩机的出气经过旁路就会返回到压缩机入口，虽然会在一定程度上降低压缩机的对外供气量，但可以有效避免喘振情况的发生。(2)可变极限流量法。在离心压缩机运行出现负荷波动现象之后，应该及时对其转速进行调整，让其运行负荷满足相关的工艺要求。因此，在开展防喘振控制方案设计的过程中，应该让压缩机负荷变化沿着安全操作线进行变化，从而有效避免压缩机发生严重的喘振现象[5]。在设计防喘振控制系统的过程中，还应该注意，喘振安全操作线方程式中的压缩机出、入口压力pd、ps都是指的绝对压力。如果现场并没有使用压力变送器，就需要认真考虑相对压力与绝对压力的变换问题。