离心式压缩机喘振故障分析与防喘振控制措施

离心式压缩机喘振故障分析与防喘振控制措施

孙麒丰 ,曹铮

沈阳鼓风机集团自动控制系统工程有限公司  辽宁沈阳  110000

摘要：喘振是离心式压缩机非常典型的故障类型之一。离心压缩机在日常运行过程中，如果发生喘振故障，那么就会影响其运行的稳定性，导致其性能缺失，最终致使生产无法正常进行。文章探讨了离心压缩机喘振控制的重要性，总结了喘振故障的判定方法，分析了压缩机发生喘振的原因，并提出了防喘振控制措施。

关键词：离心式压缩机；喘振；流量；叶轮

离心式压缩机在现代工业生产中发挥着重要作用，防喘振控制及逆流保护历贯穿其管理的全过程。为了防止压缩机出现喘振故障，除了自控角度选择相应的控制策略、控制系统及现场仪表外，还可以从工艺管道设计选型、设备参数选择及运行过程中的操作和维护这几个方面综合考虑，最终才能确保压缩机能安全、平稳运行。

1离心式压缩机喘振故障控制的重要性

化石能源输送、化工生产、钢铁冶炼、化肥生产等国家重点项目中都离不开基于离心式压缩机对气体的压缩与输送，可以说离心式压缩机是工业设计、生产、工程改造的重点对象。离心式压缩机是一种基于回转运动原理的设备，其具有空间占地小、设备密度低、结构单元紧凑、运行稳定、输送压缩气体流量大等特点。但是离心式压缩机运行时也会面对如喘振、稳定工作区域窄等技术问题，一方面会影响压缩机工作性能造成装置运行波动，另一方面也会造成压缩机故障或者寿命缩减。例如喘振会导致离心式压缩机轴承润滑液体被破坏，导致轴瓦过电压损坏；离心式压缩机密封设备损坏，造成气体泄漏。因此，准确的掌握离心式压缩机工作原理，掌握离心式压缩机出现喘振故障的诱导因素，制定采取一系列防止喘振的措施，保障离心式压缩机脱离喘振工作范围，是保证工业生产的关键手段。

2 离心式压缩机喘振故障的判断方法

离心式压缩机发生喘振现象时会伴随着明显的机组和管道异常特征：

（1）离心式压缩机和管道会发生周期性、高频率振动，这种震动会产生振动噪音，严重时整个离心式压缩机机组会发生激烈的“吼叫”噪音。

（2）机组外壳、轴承、机组配件等发生剧烈振动，振动频率、幅度随机变化，并伴随着剧烈、周期性的气流声。

（3）压缩机机组的出入口压力、流量不稳定，出现大幅度变化，变化频率呈现一定周期性，同时伴随着管道气体倒流的情况，是造成装置波动的主要因素。

从上述说明可以看出，观察离心式压缩机运行工况时的声音、仪表指数变化情况、进出口压力、进出口流量等是判断压缩机是否发生喘振的重要依据。

3 离心式压缩机发生喘振故障的原因分析

3.1 喘振发生的内因

造成离心式压缩机喘振的内部原因是由于压缩机设备叶轮结构组成以及压缩介质气体之间的不匹配性导致的。离心式压缩机设计、安装时内部叶轮具有特定安装角度，当离心式压缩机稳定恒速的工作状态时，压缩机进气流动方向与安装角方向一致，当气体流量与设计流量存在一定偏差时，气体流动方向会与安装角度出现偏差。但是，当进口气体流量瞬间降低到压缩机最低允许工作流量点时，这种偏差将会加剧，导致压缩机内气体出现旋转脱离现象，导致气体长时间在压缩机内部停留，导致压缩机内压力突然下降。这时，压缩机内部和压缩机出口管道就会出现负压差，处于高压力区域的出口管道内的气体就会回流到压缩机内部，补充压缩机确实的气体。这时，压缩机内气体流量增加，恢复稳定工作状态。稳定工作的压缩机再次遇到流量突降的情况时，就会重复上述工况，导致压缩机气流出现周期性变化，引发压缩机周期性震荡，造成压缩机喘振。

3.2 喘振发生的外因

压缩机管道特征是造成压缩机喘振的外部因素，压缩机机组管道指的是压缩机连接到整个装置系统中的连接管道系统。主要包括压缩入口管道和出口管道。管道除了基本符合设计要求的管线以外，还包括卡套、阀门、关键、设备等。从多次喘振的技术总结来看，压缩机机组管道系统的容量越大，发生喘振时的振动幅度就越大，频率就越低；相反的，压缩机机组管道系统的容量越小，发生喘振时的振动幅度就越小，频率就越高。

通过研究离心式压缩机和管道系统工作性能关联图，可以看出当机组管道阻力处于低阻力工作曲线时，压缩机工作状态喘振状态很远。随着管道阻力不断增加，压缩机工作状态曲线不断左移，当左移时，压缩机开始出现喘振。管道阻力继续增加，管道气体流量继续减少，压缩机工作曲线不断左移，喘振情况不断加剧。

实际工作情况下，压缩机出现喘振的外界诱导因素包括以下几方面：

（1）入口吸入量不足。当进入到压缩机内的气体流量降低到喘振工况区允许最低值时就会引发喘振。例如压缩机机组进口前气体冷却器或者管道出现泄漏，导致气体流量降低；压缩机冷却器结垢，导致流量堵塞降低流量；压缩机进口阀门过滤器堵塞，导致气体流量降低等。

（2）系统压力过高。当压缩机故障突然停止工作时，压缩机出口管道气体回流或者出口管道单向阀损坏造成部分气体回流等情况都会造成压缩机的出口管道压力突增，引发压缩机喘振。

（3）装置开车时，在开启压缩机机组单元时，要遵循“先升压后升速，先降压后将速”的原则，避免转速降低引发的气体倒流情况。

（4）压缩机的机械密封、密封垫圈、平衡盘密封等出现故障，导致压缩机各级之间气体串气引发喘振。

（5）气体状态发生变化。根据气体状态方程，当气体的状态放生变化时，气体的体积也会随着变化，对应的气体体积流量就会变化，当流量降低足够大时就会引发压缩机喘振。例如气体的压力、温度、组成等都是诱导因素。例如，气体的温度增加或者压力升高，都会造成体积流量降低，引发喘振。当装置内的气体混入了相对分子质量小的气体时，也容易引发喘振。

4 离心式压缩机防喘振条件及措施

离心式压缩机工作流量是决定压缩机喘振的重要因素，通过分析、绘制离心式压缩机在不同转速下的工作性能参数，可以得到压缩机的喘振临界线，为操作人员提供操作依据。

4.1 调节压力

由于压力升高导致的喘振故障时，需要打开防喘振调节阀泄压活着进口导叶截流等方式降低压缩机出口压力。或者打开压缩机旁路，使得出口管道气体回流到旁路系统中，保证压力稳定在设计值以下，使得压缩机流量高于喘振限定流量。

4.2 合理控制防喘振安全范围

根据离心式压缩机工作性能经验曲线，压缩机工作性能曲线不断左移时会逐渐靠近喘振曲线。因此技术人员在喘振曲线的右侧人为的制定一条5-10%范围的防喘振安全区域。当压缩机工作性能进入到安全区域时，工作人员及时打开防喘振调节阀，使得压缩机工作曲线右移，避免喘振。

4.3 改变离心式压缩机参数

压缩机的叶轮结构、叶轮安装角度等是影响压缩机喘振的内在因素。选择后弯式叶轮结构、无叶扩压器、加厚叶片进口边厚度等都可以提高压缩机自身抗喘振能力。

4.4 增加自动报警仪表

在压缩机机组上增设压力、温度、流量报警仪，根据喘振安全区域范围对应的压力、流量、温度设定报警参数，一旦进入喘振安全区域范围数值，引发报警，督促技术人员及时采取预防措施。

4 结语

综上所述，要避免离心式压缩机发生喘振，技术人员一定要压缩机工作性能和配套管道参数联合起来绘制曲线，找出压缩机的喘振区域和防喘振安全区域，通过一系列工况调整和预防，避免压缩机工作性能曲线接近喘振曲线。

参考文献：

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[2]吕文浩,鲁悦,刘云龙.离心式空气压缩机喘振故障分析与控制预防[J].科学技术创新,2020(26):195-196.

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