浅析离心式压缩机的喘振现象及控制方案

张立军(洛阳智达石化工程有限公司，河南洛阳 471003)

浅析离心式压缩机的喘振现象及控制方案

张立军(洛阳智达石化工程有限公司，河南洛阳 471003)

离心式压缩机是在石油化工、冶金、电力等行业广泛使用的核心设备，但离心式压缩机在某些特定工况下会发生喘振现象，使压缩机不能正常稳定工作，如处理不及时或操作不当会影响正常生产甚至发生事故。因此，压缩机不允许在喘振状态下进行只能采取相应的防喘振控制方案。本文将介绍喘振现象及产生喘振的原因和危害，常用防喘振控制方案的介绍和分析对比。

离心压缩机；喘振；控制

离心式压缩机具有处理和输气量大、结构简单、易损件少。同时可由电动机,蒸汽轮机，烟气轮机等拖动，拖动形式的多样化可以有效的回收企业的废气，废热，不仅为企业降低了生产运行成本而增加了效益，节能减排也为企业实现效益与环保双赢，所以离心式压缩机在石油化工、冶金、电力等行业广泛使用，做为装置或单元的重要设备，如何使离心压缩机能够平稳的运行，其的安全性，可靠性至关重要。加之离心式压缩机也有其固有的缺点，容易在某些运行工况（温度，流量，压力的变化）下，压缩机发生喘振。喘振一旦发生会对装置平稳生产和压缩机本身造成危害，因为喘振程度的不同将会造成机组叶轮、主轴、轴瓦、导叶（静叶），密封等重要部件的损坏，严重可导致整台机组报废，造成生产装置的工艺波动或停产，给企业造成不必要的经济损失。因此，在了解和分析产生喘振的原因后，采取有效的防喘振控制措施，制定出高效可靠的防喘振控制方案，避免和防止喘振产生，才能确保离心式压缩机的正常平稳运行。

1 喘振现象及产生的原因

1.1 什么是喘振现象

离心压缩机在运行过程中，在某一压力，转速下都对应最小流量，当该流量降低到一定程度时，机组出口介质流量和出口压力将产生周期性大幅波动而引起机身剧烈振动，这种现象叫做压缩机的“喘振”或“飞动”

1.2 喘振现象的机理

离心式压缩机工作的基本原理是利用高速旋转的叶轮带动气体一起旋转而产生离心力，将机械能转换为气体压力动能。在叶轮后部设置有通流截面逐渐扩大的扩压元件（扩压器），从叶轮流出的高速气体在扩压器内进行降速增压，将此部分动能转换为静压能。

当离心式压缩机的实际工况偏离设计工况时，如果气体流量减少则进入叶轮或扩压器流道的气流方向就会发生变化。当流量减少到一定程度，由于叶轮的连续旋转和气流的连续性，使这种边界层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扩展，从而使叶道中形成气流漩涡，又称旋转失速。此时级的压力暂形成真空，气体输出管道中较高压力的气体便倒流回级里来。此时倒流回级中的气体就补充级中流量的不足，使叶轮又恢复了正常工作，把倒流回来的气体再次压缩后输送出去。于是又失压气体接着回流，如此周而复始，在系统中产生了周期性的气体振荡现象，这种现象称为“喘振”。

2 喘振产生的因素

下面我们对有可能引起离心式压缩机产生喘振的工艺参数逐一进行分析：

2.1 流量

每台离心式压缩机在不同转速下都对应着最小流量值，在同一转速下随着流量的减少，压缩机的出口压力逐渐增大，当达到该转速下最大出口压力时，机组进入喘振区,所以说流量减小是发生喘振的根本原因，在实际生产中尽量避免压缩机在小流量的工况下运行。一般认为，压缩机在最小流量下应低于设计流量60%。

2.2 气体相对分子质量

离心压缩机在相同转速、在恒压运行工况下，相对分子质量越小，越容易发生喘振。

2.3 压力

在压缩机恒压的运行工况下：入口压力越低，压缩机越容易发生喘振；出口压力越高，压缩机越容易发生喘振。

2.4 入口温度

在恒压运行工况下，气体入口温度越高，越容易发生喘振。因此，对同一台离心式压缩机来说，夏季比冬季更容易发生喘振。

2.5 转速

在外界用气量一定的情况下，转速越高，越容易发生喘振。

综上出现喘振的主要因素是压缩机的流量过小，小于压缩机的最小流量限；另外接管网的压力高于压缩机排气压力，都将会引起排出气体倒流回压缩机。

3 喘振的危害

喘振的危害性较大，当压缩机发生喘振后，压缩机组在振动的同时并伴有异常噪声，振动程度和频次不同对机组造成的损坏程度也不同，轻者对压缩机内部的密封、轴承等附属设施造成损伤，严重时对压缩机的叶轮，主轴重要部件造成损坏，甚至整台机组报废；同时也会造成生产装置紧急停车停工。为企业造成安全事故隐患和带来经济损失。

4 防止喘振的措施

4.1 防喘振曲线的建立

根据每台压缩机实际性能绘制出压缩机防喘振性能曲线，确保压缩机运行在防喘振（控制）线右侧的安全区域。

4.2 防喘振的工艺措施

a保持流量值不小于发生喘振最小流量限，可以通过调节回流阀使压缩机出口介质返回到压缩机入口，以此增加压缩机入口流量，

b保持压缩机入口与出口的差压值，可以通过调节出口放空阀将介质排空，以此降低压缩机出口压力。

a方法更适宜有毒、易燃、易爆或经济价值较高而不宜放空的气体情况，但两种方法同样浪费部分压缩功。

5 防喘振的控制方案

压缩机防止喘振的基本控制保证压缩机的入口流量不低于某一最小流量极限值，根据实际工况下改极限值是固定或是变化的，防喘振控制方案分固定流量极限式和可变流量极限式两种。

5.1 固定极限流量防喘振调节系统

各防喘振量的给定值均为在压缩机100%转数下所对应喘振流量的1.04～1.2倍，即采用定流量控制，也称定极限，防喘振控制使机组不论在100%以下的何种负荷下运行，都保持100%转速下的防喘振量，从而保证机组不发生喘振。这种控制方法在较高负荷下运行是合理的，因为，该防喘振量一般为100%负荷流量的80%左右，即当工艺负荷在80%以上时，防喘振阀门是关死的，压缩机压缩的气体全部送入工艺流程。而当工艺负荷较低时，当工艺负荷所需的气量小于100%负荷下的防喘振流量给定值时，防喘振阀就要打开，从而保证机组的防喘振量，结果是一部分气体打回流或放空，浪费了压缩机对这部分气体做的压缩功。

5.2 可变极限流量防喘振调节系统

可变极限流量防喘振控制在整个压缩机负荷变化范围内，设置防喘振流量值与转速而变的一种控制方式，实现可变极限防喘振控制的主要任务是设置好压缩机的防喘极限方程。

6 结语

喘振是离心式压缩机固有的特性，对连续生产运行和机组本身安全运行具有较大的危害。为防止和避免喘振的发生，必须注意以下几点：

(1)注重压缩机的选型，类型合适和产品合格是防喘振的基础保证；

(2)工艺流程的衔接，外管网的配套

(3)压缩机的开停车操作。在开车时，最好是先升速后升压；在停车时，最好是先降压后降速。

(4)防喘振线的设置很重要，如防喘富裕度设置都较大虽不易发生喘振但防喘振阀打开过早或开度过大则造成能源浪费，反之易发生喘振。理论上建议正常流量是喘振流量的1.05到1.3倍。

(5)选择设置防喘振控制系统，准确及时将喘振现象控制在安全区域。

总之，对喘振现象我们只有知道了其机理，分析出产生喘振的因素，了解其对生产和机组造成的危害，从思想上高度重视并制定出严谨的工艺操作规程和预案，选用适合压缩机的控制方案及稳定可靠的控制系统，做到能够快速和准确的预测与识别喘振的发生，加以精确的提前量控制和操作，综合措施来防止和避免喘振现象的发生。提高压缩机的安全运行周期，为企业生产运行提供安、稳、长、满、优的基础保障。

[1]殷卫宁，谢明仪表连锁一体化控制单元在压缩机防喘振控制上的应用乙烯工业2007,19（2）44-49.

[2]卢勇离心式压缩机的喘振分析.

[3]康吉森TS3000系统透平及压缩机控制技术手册.

张立军(1970-)性别：男籍贯：山西省代县单位：洛阳智达石化工程有限公司学历：大专曾从事石油化工仪表及控制系统的维护，维修和管理工作，现从事自控专业设计，审核工作。