离心式压缩机效率降低的原因分析及防控策略

离心式压缩机效率降低的原因分析及防控策略

李家齐 米晓龙

中石化沧州分公司

摘要：离心式压缩机在实际工作过程中，其运行效率直接关系到生产的正常进行。文章针对当前离心式压缩机出力下降的问题展开了分析，探讨了出现这种状况的原因，并结合实际工况提出了针对性的解决对策，旨在给行业工作人员提供一些有益参考。

关键词：离心式压缩机；叶轮磨损；叶顶间隙；进气品质；激光熔敷

离心式压缩机是现代工业生产中非常关键的设备之一，在工业生产领域的运用非常广泛。在离心式压缩机运行中，只有其运行状态稳定，才可以更好的保障生产正常进行与企业整体效益。然而，离心式压缩机在实际使用过程中，经常会出现处理下降现象，对正常生产造成阻碍。因此，相关工作人员必须要重视对离心式压缩机效率降低状况的关注。

1 机组效率降低的原因分析

1.1 偏离设计的影响

1.1.1 叶轮与扩压器的磨损

离心机原理是空气从轴向进入，在叶轮里受到强大的离心力作用，从而获得很大的出口速度，出口速度可以达到大约350-400m/s，根据新设计的后弯三元流叶轮，其流量是由叶轮进口端尺寸决定的，进气端的磨损将直接影响机组出力效率，高则影响效率高达15%以上。根据空压机设计理论，叶轮出口的气体高速进入扩压器后速度将降低，气体动能转化为压力能，所以叶轮出口直径和扩压器完好度将影响压力，严重时机组出力将达不到生产需求，导致机组喘振或被迫停机。

1.1.2 叶顶间隙的漏气损失

压缩机的动叶顶端存在叶顶间隙，间隙内的流动十分复杂，作为叶片顶端的主要流动，它对压气机的工作效率、系统性能和稳定性存在巨大的影响，通过分析研究表明，随叶顶间隙的减少，压缩机的压比及效率均呈上升趋势。主要原因为由于叶片压力侧和吸入侧存在压差，流体穿过叶顶间隙形成泄露流动，并在通道内形成漩涡流动，与主流流体相互影响从而导致熵的增加，进而影响压缩机的效率。

1.2 进气量的影响

流量减小到某个数值时，运行工况也会发生变化并偏离了设计工况，这时进入到流道的气流运动方向就发生了改变，气流冲击叶片的工作面，在叶片非工作面的前缘部分，产生了较大的局部扩压度，于是在叶片非工作面上出现了气流边界层分离现象并形成漩涡区，并向叶轮出口处逐渐扩大，气量如果越小，则分离现象则会更严重，气流分离区域也就变得越大。当流量减少到一定程度时，由于叶轮的连续旋转和气流的连续性，使这种分离现象扩大到整个流道，而且由于气流分离沿着叶轮旋转的反方向发展，从而使叶道中形成了气流涡旋，再从叶轮外圆折回到叶轮内圆，形成旋转脱离，此种情况发展下去便产生了喘振，将影响机组出力效率，严重将导致机组损坏，导致进气量降低的主要原因分析如下：

1.2.1 压缩机进气品质

近年来，节能降耗、减排和品质是公司最为重视的两个环节，其中节能减排已上升至国家战略，对于以能源消耗为主的钢铁产业更是重要，另外随着钢铁行业的严峻形势，品质的提升也是企业生存的关键。过大的空气阻力使得机组需要消耗更多的电能来满足生产，这要求频繁的更换滤筒来保障机组在低能耗下运行，但对成本影响较大，阻力较大时降低气量约9.7%。

1.2.2 进气流道变窄和过于粗造

空压机设计均按照空气动力学设计的复杂流道形状，经过理论计算和实测均表明，叶轮流道的堵塞变窄和过于粗糙对压缩机的效率影响较大，造成较大的功率损失。

1.2.3 机组冷却器堵塞

目前国际和国内知名离心压缩机制造厂家的冷却器均采用管壳式冷却器，铜管内部走水路，外部采用铜/铝翅片走压缩空气，形成对流降低进气温度，一方面起到冷却作用，另一方面起到粗过滤作用，这要求外翅片排列均匀且较致密，但出现的问题是，运行时间过长或进气质量偏差时，易堵塞造成流通气量降低，造成了机组效率下降。

2 压缩机效率降低的解决与预防

2.1 改善进气品质

经过对空气滤筒阻力进行实验证明，清洗前后入口压力由1500Pa 下降为150Pa，在电流同为61A 的情况下出口流量由8868m3/h 上升至9820m3/h， 单台增加气量952m3/h，出力明显增加，增加产气量约为9.7%，效率上升明显，则通过以下措施进行改进进气品质：（1）改善目前机组配套的空气过滤器设备，通过设计优化，淘汰外部钢丝网式粗滤，设计更改为可再生式粗滤片，这大大延长了空气滤筒的使用寿命，保证了长周期的进气高品质。（2）建立科学的空气滤筒再生清洗站，并对滤芯清洗机进行优化改进，达到了提高设备效率、节能减排降成本的目标，一方面为公司节约大量备件费用，另一方面保障了空压机吸气质量，降低吸气阻力，大大保持了机组效率的稳定性，达到了很好的节能效果，产生了较高效益。

2.2 制定合理的保养计划

（1）定修与状态检修结合，通过运行参数的趋势化分析，合理安排检修与维护，在检修时准确测量叶顶间隙，通过轴承垫片和涡壳垫片调整叶轮的叶顶间隙，避免漏气损失。（2）同上，通过趋势化分析，合理安排检修与维护，中修时抽芯对机间冷却器进行酸洗式清洗，保证机间冷却器流道畅通。（3）同上，通过趋势化分析，合理安排检修与维护，对进气流道进行喷砂防腐和磨粒流抛光，避免堵塞损失和阻力损失。

2.3 叶轮修复技术研究和实施

叶轮的磨损如果采用普通的焊接处理方式，则极有可能因该方法的热影响区过大而大幅度降低叶轮的材料强度并导致叶轮热变形，并产生热应力，导致叶轮无法在高压气流作用下保持稳定。经反复研究讨论，决定用激光熔敷技术对叶轮进行修复处理。该技术具有如下性能特点：①激光熔敷层与叶轮基体是冶金结合，结合强度一般不低于原基体材料的90％；②叶轮在激光加工过程中仅是表面微熔，微熔层为0.05~0.1mm，由于熔化时间较短、微熔层薄，使该工艺的热影响区很小，激光加工过程中基体温升不超过80℃，激光加工后基本无热变形；③激光熔敷技术可控性好，自动化程度相对较高。

修复后经检测激光熔敷层与基体的结合强度已达到要求，且保障了叶轮进气端和出气端的完整性和机组功能的完整性，保障机组长周期高效率的运行。

3 结论

综上所述，压缩机实际运行过程中，如果其运行效率降低，那么必然会影响生产的正常进行，通过上文的分析可知，叶轮的进气端和出气端根据叶轮设计原理，是影响机组效率的重要的一方面，同时压缩机进气品质是影响机组效率另一个重要的影响因素。所以，相关工作人员要做好压缩机各个部件的设计与维护管理工作，保障压缩机正常运转。

参考文献：

[1]罗强生.离心式压缩机故障案例与维修策略[J].化工管理,2021(19):162-164.

[2]王志伟.长输管道离心式压缩机异常停机原因与处理策略[J].现代制造技术与装备,2021,57(04):153-154.

[3]刘金旭.大型离心式压缩机运行过程中存在的问题分析[J].设备管理与维修,2021(02):52-54.