压缩机喘振

0  引  言     压缩机运行中一个特殊现象就是喘振。防止喘振是压缩机运行中极其重要的问题。许多事实证明，压缩机大量事故都与喘振有关。喘振所以能造成极大的危害，是因为在喘振时气流产生强烈的往复脉冲，来回冲击压缩机转子及其他部件；气流强烈的无规律的震荡引起机组强烈振动，从而造成各种严重后果。喘振曾经造成转子大轴弯曲；密封损坏，造成严重的漏气，漏油；喘振使轴向推力增大，烧坏止推轴瓦；破坏对中与安装质量，使振动加剧；强烈的振动可造成仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 失灵；严重持久的喘振可使转子与静止部分相撞，主轴和隔板断裂，甚至整个压缩机报废，这在国内外已经发生过了。喘振在运行中是必须时刻提防的问题。     在运行时，喘振的迹象一般是首先流量大幅度下降，压缩机排量显著降低，出口压力波动，压力表的指针来回摆动，机组发生强烈振动并伴有间断低沉的吼声，好像人在于咳一般。判断喘振除了凭人的感觉外，还可以根据仪表和运行参数配合性能曲线查出。 1  喘振发生的条件     根据喘振原理可知，喘振在下述条件下发生： 1.1  在流量小时，流量降到该转速下的喘振流量时发生     压缩机特性决定，在转速一定的条件下，一定的流量对应于一定的出口压力或升压比，并在一定的转速下存在一个极限流量——喘振流量。当流量低于这个喘振流量时压缩机便不能稳定运行，发生喘振。上述流量，出口压力，转速和喘振流量综合关系构成压缩机的特性线，也叫性能曲线。在一定转速下使流量大于喘振流量就不会发生喘振。 1.2  管网系统内气体的压力，大于一定转速下对应的最高压力是发生喘振     如果压缩机与管网系统联合运行，当系统压力大大高出压缩机该转速下运行对应的极限压力时，系统内高压气体便在压缩机出口形成恒高的“背压”，使压缩机出口阻塞，流量减少，甚至管网气体倒流，造成压缩机喘振。 2  在运行中造成喘振的原因     在运行中可能造成喘振的各种原因有： 2.1  系统压力超高     造成这种情况有：压缩机紧急停机，气体为此进行放空或回流；出口管路上的单向逆止阀门动作不灵活关闭不严；或者单向阀距压缩机出口太远，阀前气体容量很大，系统突然减量，压缩机来不及调节，防喘系统未投自动等等。 2.2  吸入流量不足     由于外界原因使吸入量减少到喘振流量以下，而转速，使压缩机进入喘振区引起喘振。如下图1。这种情况的原因有：压缩机入口滤器阻塞，阻力太大，而压缩机转速未能调节造成喘振；滤芯太脏，或冬天结冰都可能发生这种情况；入口气源减少或切断，如压缩机供气不足，压缩机没有补充气源等等。所有这些情况如不及时发现及时调节。压缩机都可能发生喘振。 2.3  机械部件损坏脱落     机械密封，平衡盘密封，O型环等部件安装不全，安装位置不准或者脱落，会形成各级之间，各段之间串气，可能引起喘振；过滤器阻力太大，逆止阀失效或破损也都可以引起喘振。 2.4  操作中，升速升压过快，降速之前未能首先降压     升速、升压要缓慢均匀，降速之前应先采取卸压措施：如放空，回流等；以免转速降低后，气流倒灌。 2.5  工况改变，运行点落入喘振区     工况变化，如改变转速，流量，压力之前，未查看特性曲线，使压缩机运行点落入喘振区。 2.6  正常运行时，防喘振系统未投自动     当外界因素变化时，如蒸汽压力下降或气量波动；汽轮机转速下降而防喘振系统来不及手动调节；或来气中断等；由于未用自动防喘振装置可能造成喘振。    2.7  介质状态变化造成喘振     喘振发生的可能与气体介质状态有很大关系。因为气体的状态影响流量，从而也影响喘振流量，当然影响喘振。如进气温度，进气压力，气体成分即分子量等对喘振都有影响。当转速不变，出口压力不变时，气体入口稳度增加容易发生喘振；当转速一定，进气压力越高则喘振流量值也越大；当进气压力一定，转速不变，气体分子量减少很多时，容易发生喘振。 3  防止与消除喘振的方法 3.1  防止与消除喘振的根本措施是设法增加压缩机的入口气体流量     对一般无毒，不危险气体如空气，CO2等可采用放空；对合成气，天然气，氨等气体可采取回循环。采用上述方法后可使流经压缩机的气体流量增加，消除喘振；但压力随之降低，浪费功率，经济性下降。如果系统需要维持等压的话，放空或回流之后应提升转速，使排出压力达到原有水平。     在升压前和降速，停机之前，应当将放空阀或回流阀预先打开，以降低背压，增加流量，防止喘振。 3.2  根据压缩机性能曲线，控制防喘裕度     防喘系统在正常运行时应投入自动。 升速，升压之前一定要事先查好性能曲线，选好下一步的运行工况点，根据防喘振安全裕度来控制升压，升速。防喘振安全裕度就是在一定工作转速下，正常工作流量与该转速下喘振流量之比值，一般正常工作流量应比喘振流量大1.05～1.3倍，即：         裕度太大，虽不易喘振，但压力下降很多，浪费很大，经济性下降。     在实际运行中，最好将防喘阀门的整定值，根据防喘裕度来整定。太大则不太经济，太小又不安全。防喘系统根据安全裕度下整定好以后，在正常运行时防喘阀门应当关闭，并投入自动，这样既安全又经济。有的单位防喘振装置不投自动，而用手动，恐怕发生喘振而不敢关严防喘阀门，正常运行时有大量气体回流或放空，这既不经济又不安全；因为发生喘振时用手动操作是来不及的，结果不能防止喘振。 3.3  在升压和变速时，强调“升压必先升速，降速必先降压”的原则     压缩机升压应当在汽轮机调速器投入工作后进行；升压之前查好性能曲线，确定应该到达的转速，升到该转速后再提升压力；压缩机降速应当在防喘阀门安排妥当后再开始；升速，升压不能过猛过快；降速降压也应当缓慢，均匀。 3.4  防喘阀门开启和关闭必须缓慢，交替     防喘阀门操作不要太猛，避免轴位移过大，轴向推力和振动加剧，油密封系统失调。如压缩机组有两个以上的防喘阀门的话，在开或关时应当交替进行，以使各个缸的压力均匀变化，这对各缸受力，防喘和密封系统协调都有好处。 3.5  采用“等压比”升压法和“安全压比”升压法     为了安全起见，在升压时可以采用“等压比”升压法，这在前面已经介绍，这种方法有助于防止喘振。     “安全压比”升压法对升压时防止喘振是有效的。它的基本原理是根据压缩机各缸的性能曲线，在一定转速下有一个喘振流量值，它与转速曲线的交点便对应一个“喘振压比”（或排出压力）。在此转速下，升压比（或排出压力）达到此数值便发生喘振。因此控制压比也就是控制一定转速下的流量。如果根据防喘裕度，计算出不同转速下的正常流量，也就是安全流量，再查出对应的压比（或排出压力），在升压时根据转速，使压缩机出口压力值不超过安全压比计算出的出口压力，就不会发生喘振了。可以将不同转速下正常流量，排出压力绘成图表和曲线。在升速升压时，根据转速查出安全的出口压力，升压不超过此压力便不会喘振。它们的关系如下图2所示。     图2中QC为该转速下的喘振流量；εc对应的喘振流量的喘振压比（或排出压力）；QN考虑安全裕度后的正常流量即安全流量；εa对应安全流量的安全压比。升压比ε与出口压力的关系为：         例：某厂合成气压缩机的“安全压比”计算数据如下表1。本机共有三个缸，选定五个转速即80％，85％，90％，95％，100％额度转速。     根据这些转速在性能曲线上查出喘振流量和对应的喘振压比，取防喘振裕度为1.43，正常流量为防喘振流量的1.43倍，这相当安全。再根据正常流量查对应的安全压比，从而算出相应的安全出口压力，再绘出曲线，见下图3。     在升速，升压时各转速下，控制出口压力不超过对应的安全出口压力，压缩机就不会喘振。     注：1.第一段，入口压力0.25MPa。入口温度小于38℃，分子量8.7；     2.第二段，入口压力取第一段压力降0.15MPa入口温度8℃；     3.第三段，循环气入口温度43℃，分子量10.94；     4.表中压力为绝对压力。一般出口降取0.15MPa。     各压缩机都可以根据这个原理算出并绘出安全压比曲线，供升压时使用以防发生喘振。 离心式压缩机发生喘振时，转子及定子元件受交变应力，级间压力失调引起的强烈振动，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。因此，离心式压缩机严禁在喘振区域内运行。 一、喘振机理 喘振的产生包含两方面因素：内在因素是离心式压缩机中的气流在一定条件下出现“旋转脱离”；外界条件是压缩机管网系统的特性。当外界条件适合内在因素时，便发生喘振。 1. 喘振的内在因素 当在设计工况m点工作时q=q设（图1、图2），气流的进气角基本上等于叶轮的进口安装角，气流通畅地进入流道，基本上不出现气流附面层脱离现象，损失也很小。当q p2后，管网中气体又倒流向压缩机。如此周而复始地进行，压缩机时而有气流输出，时而气体由管路倒灌入机器，产生周期性气流脉动，出现喘振。喘振过程中参数变化的频率和幅度的大小与管网容量有很大关系。管网的容量相当于整个系统的基本谐振器。管网的容量愈大，喘振的频率愈低，振幅愈大；管网的容量愈小，喘振的频率愈高，振幅愈小。由此可知，发生喘振的根本原因就是低流量，在操作中造成低流量的因素很多，归纳为以下几个方面： (1)压缩机出口压力升高，系统压力大于出口压力，使气体流量降到喘振流量。稳定系统的压力高，造成压缩机出口憋压，气体倒流入压缩机，造成机内气体低流量。 (2)入口流量低于规定值，反飞动调节阀失灵。在一定转数和一定气体密度下，能维持一定压力，当开、停机时气体流量少，或者放空阀开得过大，最容易引起压缩机入口流量低。 (3)气体密度变化，在一定转数下，离心力下降，引起出口压力及排量下降，通常误认为是抽空现象。 (4)分馏系统操作不稳致使压缩机入口气体带油，液体组分进入机体。 (5)汽轮机的蒸汽压力低或质量差（温度低），机组出现满负荷，转速下降。 (6)调速系统失灵，辅助系统故障，真空效率下降，机组不能额定做功。 二、典型的喘振事例 例：前郭炼油厂一催化装置的mb-ch型7级串联水平中分离心式气体压缩机。 1．由转速变化引起的喘振 正常情况下，压缩机转速的改变由系统反应的压力信号控制，但机器发生故障时，压力信号不能使汽轮机转速自由调节。某年冬季，由于蒸汽量不足，蒸汽管网压力低，汽轮机用蒸汽经常出现0.7~0. 8mpa，机组出现满负荷状况非常多，转速上不去，有时只达到给定信号的80%~90%，常出现喘振。 2．气体分子量减小引起喘振 催化装置试验采用掺炼渣油，20天后由于渣油中重金属含量高，引起催化剂中毒，使裂化气体组成发生变化，富气中h2组分高达40%（体积百分比），富气分子量降低到35（原设计分子量是50）。分子量降低后，压缩机发生喘振。 3．压缩机出口管线节流引起喘振 在压缩机出口管路上入容器前打洗涤水，管内径是150mm，结垢后内径变成30mm，出口管路阻塞，管路性能曲线上移，工作点进入喘振区域，发生喘振。 4．入口节流（进口压力低）导致压缩机喘振。 一次，由于压缩机前油气分离罐破沫网脱落，被吸入压缩机入口管，形成节流，进口压力低，导致喘振。 三、防止喘振的措施 防止喘振的基本原理是使流量和压力远离喘振点，即保证流量在稳定工况范围内qmin