离心式二氧化碳压缩机组喘振原因及对策分析

贾珏

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100）

离心式二氧化碳压缩机组在运行时，由汽轮机带动叶轮旋转，由吸入室吸入工艺气体，并随叶轮旋转，在获得动能后，经叶片间通道沿着半径方向甩出，并进入流通面积逐渐扩大的扩压器中，将动能转化为压力能，从而达到给工艺气体增压的目的。离心式二氧化碳压缩机组正常运转时，其噪声持续稳定且相对较低，若机组出现喘振的情况，则噪声明显增大，且会出现周期性的喘气声或者吼叫声，机组以及管道会出现较大振动，有时也可能出现爆音。机组喘振问题严重威胁生产安全，在生产过程中引起高度重视，积极预防，尽早发现，及时处理，充分保障离心式二氧化碳压缩机组安全运行。

1 离心式二氧化碳压缩机组喘振原因

离心式二氧化碳压缩机的工作原理是利用高速旋转的叶轮来增加气体压力，增压的过程在叶轮以及扩压器内部完成。当机组内部气体流量降低到某个特定值时，叶轮叶道会发生气流旋转脱离的情况，脱离的气流在叶道中会形成漩涡，并占据叶道大部分位置，此时，机组气流就会出现严重阻塞，导致机组出气口的压力显著下降。由于管网本身具有一定容积，管网中气体压力不会快速下降，就会出现机组出口的气体压力明显低于管网气体压力的情况，使得管网中的气体出现倒流的情况，这种现象直到机组出口压力与管网气体压力保持一致时才能停止。

随后，受叶轮旋转作用，气体压力重新升高，当机组出口气体压力高于管网气体压力时，机组运行正常，气体正向流动，管网中气体压力逐步提升，相应的气体流量又再次下降，气体倒流的现象又再次发生，由于机组、管网反复出现倒流、正流的情况，机组会出现周期性气流振荡，这种情况就被称为机组喘振。

2 离心式二氧化碳压缩机组喘振危害

离心式二氧化碳压缩机组喘振的危害性极大，若机组在喘振的情况下持续运行会造成严重后果，具体表现为以下几方面：一是机组喘振会严重影响生产效率，并且对产品质量也会造成影响，损害工厂经济效益。二是机组喘振可能会导致机组O 形环、密封等零件损坏；会对止推轴承造成冲击，导致轴承油膜被破坏，损坏轴承；会破坏油密封系统，使油膜密封的油气压差失调，造成油膜密封故障。三是会影响机组整体安装质量，导致机组各部分已经调整好的间隙值发生变化，严重时可能导致轴承变形，进而加剧机组喘振现象。四是机组喘振会导致机组部分仪表灵敏性下降甚至失灵，会严重影响机组正常运行。

3 离心式二氧化碳压缩机组喘振的对策

3.1 压缩机的气量控制

这种方式主要是控制机组气量，使其持续性超过一定转速下的喘振流量，这是预防机组喘振问题最常用的措施之一，具体的做法是将机组出口的气体循环返回到机组吸入口，在这种情况下，机组气量就可以持续保持在较高水平，可以避免出现气体倒流的情况，进而防止机组喘振。出于这一目的，在工艺流程中设置了防喘振阀，其主要的作用是将四段出口管道与入口管道连接，从而使四段出口的气体重新返回至入口，确保机组气量保持在相应的水平。为避免由于压力骤降出现干冰现象，在该部位还要接一根二段出口管道进行加温。一般情况下，防喘振阀一般主要是在低负荷生产、处理紧急事故或者是紧急开停机时开启，以起到防止机组喘振的效果。

3.2 压力监控

压力监控主要是针对合成氨装置而言，对合成氨装置的的二氧化碳压力变化情况进行有效监测，可以使技术操作人员及时掌握离心式二氧化碳机组入口压力变化的情况，从而适时进行调整控制，使其保持在合理的范围内。具体的做法是，机组操作人员可以将再生塔的压力信号与尿素DCS 显示屏进行连接，这样就可以实时监控机组入口二氧化碳的压力变化情况，在机组实际运行过程中，一般需要将机组入口二氧化碳压力控制在88 ～92kPa，这对于预防机组喘振也具有良好效果。

3.3 尿素高压合成系统的控制

控制尿素高压合成系统的压力，其根本目的在于有效控制机组四段出口的压力，在实际生产过程中，压缩机四段出口背压随尿素高压合成系压力而变化，在生产过程中，因操作人员操作不当或者失误以及设备仪表控制系统故障等问题而导致高压合成系统氨碳比、水碳比出现失调的情况时，系统压力将上升，若压力上升幅度较大时，压缩机会因四段出口压力过高而进入喘振区，机组就会出现喘振的现象。为有效预防机组喘振问题，在正常生产中，需要合理控制机组尿素高压合成系统的压力，而其中最关键的是控制好高压系统的氨碳比，一般来说，氨碳比比控制在2.9 ～3.1（mol/mol）最佳，水碳比控制在0.38 ～0.46（mol/mol)最佳，而尿素高压合成系统的压力控制在13.8 ～14.5MPa 最佳，在此条件下，离心式二氧化碳机组可以保持良好的运行状态，不会出现喘振现象，影响正常生产。

3.4 CO2 气体纯度变化

因CO2气体纯度变化导致机组出现喘振现象主要有两种情况，其一是合成氨装置脱碳工序再生塔的再沸器气体泄漏，使高压的氢氮混合气漏到脱碳溶液中，该溶液在再生塔中再生时，将大量的氢氮气和CO 气同时释放。其二是脱碳工序中吸收塔液位波动，并且气液分离器发生损坏，导致进入再生塔中的脱碳溶液带有氢氮气。出现这两种情况时，会导致机组分子量显著降低，进而使机组出现喘振现象。基于此，在机组实际运行过程中，必须要注意控制O2气体纯度变化，避免再生塔中产生过多氢氮气，影响二氧化碳气体纯度，进而导致机组出现喘振现象。

3.5 透平抽气量的控制

离心式二氧化碳压缩机组在运行过程中，尤其是启停时，由于机组抽气量出现波动，导致机组的功率不足，由此引发的喘振现象也比较常见。针对此问题，需要使尿素高压系统以及各蒸汽包保持稳定，同时，合理控制透平抽气量，这几方面的因素是导致机组喘振的根本原因。某化肥厂在生产过程中，由于高压合成塔故障，导致汽提塔断料，进而致使蒸汽锐减，机组抽气量在短时间内从41t/h 下降至不足10t/h，机组出现喘振现象，待故障修复后，机组抽气量恢复正常后，机组振喘现象消失，恢复正常运行。由此可以看出，离心式二氧化碳压缩机组处于生产状态下时，有效控制机组透平抽气量极为关键，否则，一旦机组透平抽气量明显下降，必然会发生机组喘振现象，导致生产持续性受到影响，降低工厂生产效益。

4 结语

综上所述，离心式二氧化碳机组在尿素生产过程中具有重要作用，机组喘振作为比较常见的机组故障之一，会严重影响机组的安全、稳定运行，机组操作人员在实际操作过程中，要注意有效控制机组气量、透平抽气量、CO2气体纯度、尿素高压合成系统压力，并对合成氨装置的压力进行实时监控，以有效预防喘振现象。