混合干气压缩机进液对机组运行的影响分析

鲁悦 刘云龙 佟永龙(沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110869)

1 混合干气压缩机进液现象介绍与影响

混合干气压缩机的介质在进入缸体前，会进入缓冲罐内混合与缓冲。压缩机分成两段压缩，段间设置冷却器与分离器，分离器对介质中的液体进行过滤，保证正常运行时各段入口不会带液。当压缩机上游介质进入大量的液体，这些液体会随着一起进入缸体，由于入口温度与压力相对较低，大量液体无法汽化，这些液体将对压缩机转子叶轮造成严重冲击，振动瞬间增大，最终联锁停车。

查看压缩机流道结构可知，液体进入压缩机后将一同进入一段进气流道内如图1；在液体慢慢聚集成大液滴后随着转子旋转，撞击叶轮产生较大的轴向冲击力；转子受到冲击后平衡被破坏，振动及轴向位移增大，推力盘与推力轴承严重磨损如图2。

图1 一段进气流道

图2 进液造成推力轴承磨损

2 进液导致混合干气压缩机联锁停车的特征分析与原因判断

2.1 进液后的压缩机表现特征分析

压缩机进液[1]所产生的轴向冲击力，会使压缩机的位移值增大，轴向力变化方向指向主推力瓦，振动会突跳至联锁值，机组在几秒内联锁停车。压缩机由汽轮机拖动，汽轮机的轴位移与振动也会增大，表现与压缩机相同。压缩机停车时推力轴承将会磨损[2]，其振动频谱表现为0.5倍的工频[3]，轴位移探头间隙电压同步发生较大变化。如果压缩机进行拆检，可以发现，径向方向并未主要受力，径向支撑轴承比轴向推力轴承磨损程度轻。

2.2 混合干气压缩机进液的原因判断

通过对混合干气压缩机的设计特点、布置特点及测点变化进行列举与分析，也可以在压缩机产生进液特征后更进一步判断。

2.2.1 从混合干气压缩机设计特点分析

压缩机介质中的乙烷、丙烷等都是小分子量的有机物，一般状态下为气态，在高压低温情况下会液化。通过物性[4]程序对压缩机介质在压缩过程中是否会产生凝液进行计算发现，混合干气介质进入压缩机后，是从低温低压向高温高压变化，温变幅度大于压变幅度，如图3所示。

图3 混合干气压缩机一段各级进气压力与温度变化曲线

变化过程中无法产生液体。混合干气压缩机分为两段压缩，一段入口温度约7℃，出口温度约104℃；二段入口温度约40℃，出口温度约100℃，压缩机各段并无极低温度点，不具备产生凝液的条件。由于介质中含水十分微少，压缩机运行过程中也不会产生凝液，那么进入压缩机内的液体不是内部产生，而是由外部带入。

2.2.2 从混合干气压缩机级间设备布置特点分析

对于两段压缩的混合干气压缩机，段间设置冷却器与分离器[5]。分离器布置在一段出口后，如果压缩机进液导致停机，这些液体会随着气体经过压缩机一段的叶轮流道，进入一段出口后的分离器内。而分离器有液位报警，在大量过滤液体后，分离器的液位上升至报警，排液阀将自动打开进行排液。通过查看分离器的液位控制变化趋势，可以判断排液阀开启的时间长短，并通过分离器容积大小估算进入压缩机的液体量。

由于正常工况与进液工况的气体介质成分不同，在混合干气压缩机正常运行过程中分离器排液阀排出的液体成分，与在压缩机进液后排出的液体成分并不一样。通过液体取样化验的方式，对比液体成分的变化，也可以判断是否进液。

2.2.3 查看混合干气压缩机测点变化趋势

混合干气压缩机带液对叶轮造成的轴向冲击是突发性的，压缩机的振动测点、轴位移测点、间隙电压的变化趋势为：平稳运行中突然上升至较高数值，变化时间比较短。这是由于突发轴向冲击对压缩机轴向力的平衡产生破坏，转子推力盘与轴承发生严重摩擦后，位置移动，测点数值发生瞬时突变。变化过程中，轴向力是压缩机的低压侧指向高压侧，转子与轴位移测点间距离变小，轴位移间隙电压变化明显，在停车前后呈现上下波动。

2.2.4 混合干气压缩机入口缓冲罐容积对介质混合与液体沉降的影响

混合干气压缩机入口设置有缓冲罐，缓冲罐内的气体分别由三种不同的进料管线通入后，在罐内混合。由于这三种气体的压力偏差较大，组分变换也比较大，如果缓冲罐的容积较小凝液沉降时间短，那么进入压缩机入口处的气体将有可能带有液体。同时，由于气体无法混合均匀，这种情况下的气体组份将会与原设计工况存在偏离，对压缩机的性能产生一定的影响。压缩机的各段入口管线处有U形弯，这种管线布置情况会导致介质中未能沉降的液体慢慢聚集，当液体聚集成大液体时，会随着压缩机介质被吸入而一同进入。

3 混合干气压缩机进液导致压缩机多次停车的案例剖析

某混合干气压缩机，自运行以来发生了多次突然性的振动增大，联锁停车的情况，在停车后再次运行，压缩机参数又可以恢复正常。整理每一次停车时的振动频谱数据发现，振动频率在0.53倍工频到0.59倍工频。轴位移值与振动值同一时间增大，间隙电压也随着变化，转子由于轴向受力引发上述变化比较明显。压缩机组级间分离器液位在发生联锁停车的5至10分钟后，都会有液位上涨情况。排液阀逐渐开启至100%进行排液。每次排液阀开启时间较长，需要经过3至3.5个小时排液后，排液阀才慢慢关闭。通过液位上涨与排液时长看，压缩机进液情况严重，进入液体较多，转子受到的瞬间轴向力很大，最终导致了机组停车。机组停车后拆件推力轴承，发现瓦块合金层已经磨掉无法使用。

压缩机突发振动的因素较多，比如气体激振及压缩机喘振。通过压缩机发生振动大时的频率及重新开车后又能正常运行这一情况，我们可以得知压缩机的振动并不是激振引起，激振引发机组振动与压力、转速的变化具有同步性，并不是突发性。同时也可以排除压缩机发生喘振，喘振过程中压缩机的振动变化呈现周期性上下波动，同时振动频率在0.56以下。

4 混合干气压缩机进液现象的预防

通过分析，可以得知混合干气压缩机进液主要是外部介质携带液体或者液体聚集在U形弯处造成，压缩机在运行过程中处于高压高温的条件，不会有凝液产生。因此在工艺装置上设置分离器、分子筛、带视镜的脱液包等，对进入压缩机内部的介质气进行气液分离，是比较有效的预防方式。在工艺装置上，可以对混合干气入口处进行预先降温冷凝。分离设备的设置方式、放置位置及分离效率，需要考虑到压损、容积大小等参数要与压缩机匹配，同时也要考虑增加分离设备的经济成本与维修成本。

对于发生了进液现象的混合干气压缩机组，需要及时对压缩机的推力轴承、推力盘进行检修，更换损坏的瓦块，避免损坏瓦块影响压缩机轴向推力的平衡，避免压缩机转子定子件发生二次磨损。由于压缩机的密封在振动过程中可能发生密封尖牙的磨损，这将导致级间的密封间隙增大，泄露量增大。所以在发生进液情况后，需要缩短密封的更换周期，避免密封的长时间使用，及时更换。

5 结语

混合干气压缩机进液导致停车，对压缩机转子产生较大的轴向冲击力，对于推力轴承、推力盘、密封等部件都造成不停程度的损伤。分析这种现象的特征时可以发现，转子受到轴向冲击后，振动值与轴位移值都会增大，振动频率多为0.5倍工频。这些特征都说明了压缩机轴向力遭到外力破坏，转子与定子件发生摩擦。目前，压缩机进液具有突发性，在机组的正常运行中很难及时监测到，还只能通过设置分离器、分子筛等分离设备进行预防。通过此次详细的剖析混合干气压缩机进液停车，可以进一步了解引发原因，进行预防。