离心式压缩机喘振原因分析及防治措施

刘天娇

摘 要：喘振是离心式压缩机的一种固有特性，对工况的稳定性有较大影响，并易造成压缩机损坏。基于此，本文通过研究发现管网系统压力过高、吸入流量不足、操作错误、放喘振系统未投自动，都有可能造成喘振。对此，笔者提出相应的防喘振措施。

关键词：喘振;离心式压缩机;防喘振控制

中图分类号：TH452文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）28-0061-02

Abstract： Surge is an inherent characteristic of centrifugal compressor， which has a great influence on the stability of working conditions and is easy to cause damage to the compressor. Based on this， this paper found that high pressure， insufficient suction flow， wrong operation， and no automatic ventilation system could cause surge. In this regard， the author put forward corresponding anti surge measures.

Keywords： surge;centrifugal compressor;anti surge control

离心式压缩机是用于压缩和输送化学生产中的各种气体的重要装置，与活塞式压缩机相比，具有气量大、结构紧凑、体积小、振动小、无需中间罐、运行平衡等优点。喘振是离心式压缩机的固有特性，是压缩机运行不稳定产生的现象，严重时会导致气体逆流。发生喘振时，装置剧烈振动并且流量压力波动很大，导致压缩机疲劳损坏，这是压缩机损坏的主要原因。

1 喘振的机理分析及判断

在操作条件偏离设计条件的情况下，流量减小，并且进入叶轮或者扩压器的流动通道的气流方向改变。在叶片的非工作表面上发生气流边界层的分离现象，当情况严重时，即发生旋转失速。这时，压缩机虽仍在工作状态，但是大部分做功都变成能量损失，气体压力无法增大，致使压缩机出口压力降低，管系中下油管道的压力大于出口压力，便发生气体倒流，直至压缩机出口压力高于管系的压力，压缩机又重新恢复供气，之后又重复发生上述现象，整个系统重复出现周期性轴向低频大幅度气流振荡，这种现象就称为喘振。

造成喘振的原因分为内因和外因：外部原因是与压缩机一起工作的管网系统的压力大于压缩机能够提供的压力;内因方面主要为压缩机流量减小，进入喘振区。在实际操作中，引起压缩机喘振通常是多种原因相结合而造成的。如压缩机转速升高或降低，流体特性的变化，包括流体温度及成分的变化;另外，压缩机机械参数的改变等也会影响压缩机的性能曲线，从而导致喘振流量的变化。

在运行中可能造成喘振的原因有以下4点。①管网系统压力过高。当需要紧急停车时，要进行气体放空或回流，出口管路上的止回阀不灵活，或安装位置距离压缩机出口过远，当系统突然减量时，防喘振系统不能马上进行调节。②吸入流量不足。如果压缩机入口滤器阻塞，阻力增大，滤芯过脏，或是气温过低时发生结冰，导致压缩机入口气源减少或者切断，供气不足，若流量降低到喘振流量以下，就会导致喘振。③操作错误。在操作中，升速升压过快，降速之前没有先降压。④放喘振系统未投自动。当发生工况波动或电网波动等外界因素变化的情况时，若防喘振系统未投自动，则会因手动调节不及时造成喘振[1]。

2 压缩机的防喘振控制

根据对压缩机喘振机理和原因进行分析，可以采取相应的措施来防止压缩机喘振，使工况稳定，确保正常运行，减少喘振对压缩机的损害。通过调节压缩机吸入量，或出口压力，使压缩机运行在稳定的工况区域。

防喘振控制主要分为两种：一种是固定极限流量控制，另一种是可变极限流量防喘振控制。两者都是通过控制压缩机的进气流量超过一个的极限流量值，如果流量减少到这个值，则压缩机的防喘振阀打开，以保持足够的进气量。

固定极限流量控制是使进气流量大于一定值流量，从而避免进入喘振区运行，但是在压缩机低负荷运行时，能耗较大，应用范围不广。在需要通过转速调节来改变压缩机负荷的情况下，就更适合采用另一种防喘振控制，即可变极限流量防喘振控制。由于极限喘振流量是随着转速的降低而降低，因此最合理的方法是使进气流量始终与极限喘振流量保持适当的安全余量，防喘振调节器沿着喘振极限流量曲线右侧的安全控制线运行，这就是可变极限流量方法[2]。

3 在實际运行中防喘振控制的实现方法

①在压缩机出口设置放空阀，当发生喘振时，防喘振阀门开启进行放空，使压缩机进气量增大，以达到调节作用。这种方法通常适用于空压机，以沈鼓集团的SVK71-3S离心压缩机为例。在压缩机出口管道设置有流量计和止回阀，在流量计后止回阀前引支流管道去空压机放空，此防喘振系统是连锁机组出口流量及出口压力通过气动式活塞调节阀实现防喘振自动控制。

②设置回流管道，通过防喘振阀门控制调节进气流量。在有些情况下，如当用气量减小，则压缩机进气流量减小，到一定程度时，单一的防喘振控制方法不能实现，可采用两种方法共同作用。例如，苏州制氧机股份有限公司KDON-6500/9000型空分设备项目，项目采用的是韩华离心压缩机，型号是SM3000，输送介质为氮气。压缩机已设计排气止回阀，防止压缩机外部的高压气体逆流到压缩机内部，并且在压缩机的排气管道上，在止回阀前设置DN80的回流管道及气动调节阀，阀后变径为DN150管道，以降低压力和流速，回流至进口管道。当压缩气体的压力超过设定值时，将部分气体回流至进口管道，调节供气压力，以此达到防喘振的目的。但在试运行中，因下游装置需要，供气量降低，依然出现了喘振现象，其后在排气总管上又引放空管道使一部分氮气放空至大气。两种方法共同调节，压缩机不再出现喘振现象。

③在夏季，因环境温度升高，空气密度降低，吸气量减少，电机内阻增加，这些原因都会造成空压机频繁放空。所以，将压缩机放置在厂房内。在夏季，降低环境温度也是方法之一。在一些设备上，也会采用在放散阀后端设置消音器，减少喘振时发生的噪声，保证工作人员有良好的工作环境。并且，要注意压缩机的性能状态，如扩压器是否磨损，空气过滤器是否过脏而增加了吸气阻力，水分离器、冷却器的清洁状况，以及叶轮和扩压器的间隙，这些都会影响压缩机的工作状态。因此，专业技术人员对压缩机定期检查清理，也是预防喘振的必要方法。

在实际运行中，运行操作人员需了解压缩机的工作原理，熟悉设备特性，准确判断检测数据，合理利用调节系统，避免设备进入喘振状态[3]。

4 结语

离心式压缩机的喘振，不仅对设备本身有损害，还会影响企业正常生产。因此，对喘振发生的原因、机理进行分析至关重要。通过对喘振机理的分析，采取有效的控制办法，提高离心式压缩机运行的可靠性，才能保证系统正常运行。

参考文献：

[1]孙永泰.压缩机防喘振的两种方法[J].制冷，2011（4）：76-78.

[2]孔文涛，许益华.防喘振在压缩机控制系统的实现方法[J].化学工程与装备，2008（1）：33-34.

[3]魏龙，常新忠，滕文锐.离心压缩机喘振分析及实例[J].通用机械，2003（7）：38-41.