离心压缩机的防喘振控制研究

郝飞飞 张星星

摘要：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。基于此，本文重点研究了离心式压缩机的喘振危害和原因，提出了防喘振控制策略，有利于提高离心压缩机的运行可靠性。

关键词：离心压缩机;喘振问题;控制策略

1 离心压缩机喘振的基本概述

结合离心压缩机的运行特性，当气流流向了叶轮背部出口附近后，会同步产生一定的能量损失，有关人员在开展能量损失的分析时，一般可直接利用气流流向特性的分析来实现。在离心压缩机的气流流量偏小时，流量速度持续减小，且气体径向流速也呈不断减小的趋势，在这一趋势下，进入扩压器气体的方向也大小也就发生了明显的变化。在压缩机出口压力呈现下降趋势时，也会同步引发出口管路系统压力的调整，一旦在此过程中出现了气体倒流，气体流道的流量会快速得到补充，也就保持了离心压缩机的正常运转。但在倒流情况下，气体压力显著降低，系统内会同步出现气体流向问题，且此问题呈现周期性特征，加剧了压缩机的振动异常，这一现象也就是压缩机的喘振。

2 离心压缩机喘振的原因

2.1 核心部位的磨损

离心压缩机的喘振是一个常见问题，引起这一现象的原因有多种，其中，核心部位的磨损是一个关键原因，根据离心压缩机的运行原理，核心部位主要负责的是气体的压缩，如果离心压缩机处于长时间使用的状态，核心部位磨损严重，当出现这一情况后，叶轮转换压缩气体的能力将显著降低，如果在这一情况下依然维持压缩机的运转，叶轮的磨损将越发严重，也就会同步产生更大的喘振。磨损是诱发喘振的直接原因，但磨损又无法避免，需采取有效的措施进行磨损控制。

2.2 扩压机器造成的腐蚀磨损

一些离心压缩机的喘振问题是由扩压机器腐蚀磨损所导致，因为离心压缩机处于长时间运行的条件下时，存在强大的气体压缩，而此过程会对机器造成一定的腐蚀，加剧喘振。扩压机同样是气体压缩中的关键构成，因为在扩压机运行时，气体容重大大增大，可给气体压缩提供便捷，与此同时，扩压机同样可对已压缩气体实施再压缩，在长时间的使用过程中，扩压机磨损严重，喘振效应严重。

2.3 叶轮与扩压机之间的间隙变化

对于离心压缩机而言，对叶轮越扩压机的间隙有着明确的规定，只有保障了间隙的科学性，才可以保持离心压缩机的正常运转。但一些离心压缩机的运行过程中，如果叶轮与扩压机的间隙没有严格遵循相应的规定，存在对间隙的随意调整，也会增大喘振的发生概率。根据离心压缩机的运行情况，当叶轮与扩压机的间隙过大时，存在气体泄漏，而在间隙过小的情况下，叶轮与扩压机之间的磨损严重，引发的喘振危害巨大。

2.4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 离心压缩机的喘振控制策略

3.1 随时调整设施的压力

为有效减小喘振对离心压缩机的危害，相关人员在离心压缩机的使用中，应结合运行需求，对设施的压力参数进行灵活调整，相关人员要在压缩机运行时，开展全方位的压力监测，一旦压力超出了标准值，就要立即开展对应的调节，在出口压力的调节上，可通过对进口流量的调节来实现，必要情况下进行防喘振调节阀的配置，利用这一调节阀将内部压力释放出来。

3.2 应用固定极限流量法

为在离心压缩机的运行过程中有效实现对压缩机压力、流量等各个参数的科学调节和控制，如果为传统压缩机，一般可通过阀门回流、节流和放空的方式进行基础性的调节，虽然这些简单的调节方式对离心压缩机的参数和防喘振控制有着一定的作用，但在調节工作结束后，伴随着离心压缩机的运行，可能会加剧管网损耗，导致出现一定的能源浪费，甚至在一些特殊的情况下难以保障离心压缩机的正常运转，导致喘振情况过早出现。就当下离心压缩机的运行和使用情况来看，很多企业中所采用的控制系统均为模拟形式的仪表，当在压缩机运行中出现了喘振情况时，相应模块无法进行错误的修正。因为喘振线呈现出非线性特征，控制效果很难保障，固定极限流量法在防喘振控制方面非常有效，总体上采用的是部分循环法，在这一方式下，离心压缩机的流量始终超过某流量，也就可抑制压缩机进入喘振区。

3.3 合理调整离心式压缩机的参数

离心式压缩机的防喘振控制上，也可通过对压缩机各个参数的調节和控制来实现，因为每个企业的生产情况、离心压缩机配置、各个参数都存在一定的区别，就需要在防喘振控制上，要严格根据实际情况进行各个参数的科学调节，以保持离心压缩机的可靠运转。在离心压缩机处理上，也可适当对叶轮进口侧开展加厚处理，并对压缩机设置可调导叶。

3.4 安装离心式压缩机喘振报警设备

随着生产现代化的实现，当下越来越多的企业都引入了现代化的生产技术，对离心压缩机的防喘振控制上，同样可采用现代化的控制技术，比如，可在离心压缩机中进行喘振报警设备的安装，因为该设备本身具有极高的智能化特征，可在压缩机的运行过程中，由智能化模块开展相应的监控，一旦识别出了潜在的喘振问题，该装置会立即发出警报，提醒有关人员来及时采取有效的措施进行防喘振控制。

3.5 设置防喘裕度

离心压缩机运行时，如果可以将不同转速的喘振流在特定的方式下连接起来，也就可获得完整的喘振线，将此作为基础以5%余量依次向右平移两次，在这一条件下，也就可得到3个喘振线，这些防喘振线中，如果机组工作点与该线无限接近，在压缩机的运行过程中，防喘振控制系统就会立即开启防喘振线，开启时间要保持到工作点离开喘振线的情况。防喘振快开线在处于机组流量持续降低的条件下，工作点会在短时间内与第二防喘振线相互接近，在这一情况下，防喘振控制系统会立即进行提示信号的反馈，进而使得防喘振阀的安全开度设置符合要求。

4 结语

随着当前离心压缩机应用范围的扩大，各个企业都要意识到喘振现象对压缩机所造成的巨大危害，根据喘振发生机理和原因，采取有效的防喘振控制措施，以保障离心压缩机的可靠运转。一旦离心压缩机在运行的过程中出现了比较严重的喘振现象，就会对其运行效果造成非常直接的影响，压缩机的故障率也相对比较高。为了有效避免这种情况的发生，应该对离心压缩机发生喘振的原因进行认真的分析，提出针对性的措施，使离心压缩机正常运行。

参考文献：

[1]温旭.离心压缩机防喘振控制器的设计[J].民营科技，2016，192（03）：64.

[2]吴佳欢.离心式压缩机的防喘振控制设计探讨[J].石油化工自动化，2016，52（5）：33-36.

[3]卢傅安，王学军，周慧，等.离心压缩机机壳在基频气动力激励下的振动噪声研究[J].风机技术，2013（06）：57-58.

[4]魏龙，袁强.离心式压缩机的喘振及控制[J].风机技术，2004（01）：27-28.

[5]黄钟岳，王晓放，白月维.汽机驱动离心压缩机防喘振数字控制系统数值研究[J].大连理工大学学报，2000（06）：57-58.