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关键词 | 离心压缩机 振动故障 辨识处理
导 读
石油、天然气作为重要的能源型资源，目前在各个行业中都得到了越来越广泛的应用，只有充分考虑到压缩机在石化行业中的重要作用，切实分析离心式压缩机存在喘振问题的原因以及解决办法，才能有助于石化装置的安全稳定运行。今天的文章主要针对离心式压缩机防喘振控制提出观点，分析离心式压缩机喘振产生的原因及危害，结合具体设备运行过程中存在的问题，提出了离心式压缩机防喘振控制系统设计的相关探讨。
离心式压缩机喘振
01离心式压缩机喘振的原因
离心式压缩机在工作中经常发生喘振。喘振也被称呼为“飞动”，该现象的产生主要由于压缩机机组入口流量低于某一值（喘振流量），从而使压缩机机组的管网压力高于压缩机出口压力，导致气体倒流回机组，由于反复的气体脉动影响，使压缩机出现了“呼哧、呼哧”的声音，伴随着机组振动值上升。因此，在离心式压缩机的运行过程中，应严格控制，防止喘振现象的发生，并及时加以改善。
①内因
离心式压缩机喘振的内因就是由叶轮以及介质所导致的，当进口的流量低于标准值时，压缩机的气流方向就会和叶片进口的安装角产生偏差，如果偏差较大，还会导致脱离，此时气体就会滞留在叶轮的流道中，进而造成压缩机的压力减小，不过由于工程管路有一定的背压，出口压力并不会变小，这样就会使气体发生回流，补充流量，使其恢复正常。如果流量继续变少且补充不足时，倒流现象还会出现，如此反复，装置中的气流就会出现振荡，这就是离心式压缩机的喘振内因。
②外因
离心式压缩机喘振的外因主要就是管网导致的。管网是离心式压缩机输送介质的一种管道系统，其主要由吸入管道和排出管道构成，主要包括：管线、管件和阀门等。若由管网原因导致的喘振，则离心式压缩机的喘振幅度会随管网容量的增多而变大，随管网容量的减少而变小；若由管网性能曲线左移导致的喘振，则当气流量变小时，管网性能曲线会加大左移，从而与离心式压缩机的喘振曲线相交在喘振区域，使离心式压缩机发生喘振。
③其他
离心压缩机的喘振还有很多原因。
第一、吸气不足。当离心压缩机运转时，如果冷却器漏水或尘土堆积，就会阻塞压缩机的流道或叶轮进口，导致吸入量减少，进而引起离心压缩机喘振。
第二、压缩机压力过高。离心压缩机在运转过程中，由于突然停机，会出现介质回流，造成内部压力过大，出现喘振现象。
第三、作业流程不规范。一般而言，对于汽轮机、变频电机、液力耦合器等可变转速驱动机驱动的离心式压缩机升压时，应先保证逐渐提升转速，再缓慢关阀升压；降低转速时，应先降低压力，使气体排出或回流。但是在实际操作中，操作人员不按规定操作，容易造成离心压缩机的喘振。
第四、离心压缩机部件损坏。离心压缩机的内部部件较多，一旦发生异常现象，会引起振动。此外，如果过滤器或叶轮的阻力过大，止回阀容易损坏，造成离心压缩机的喘振。
02离心式压缩机喘振的特性
喘振是因为离心式压缩机在某一个小流量下工作时出现的一种气流分离现象，是内外因素相互作用的结果，内部因素是因为设备的运转产生了两个部件之间的流量差，外部因素则是因为两者之间压力的变动产生的气体倒流。内部因素和外部因素不是并列存在的关系，内部原因在外部原因的促成下发挥作用，二者存在一点就会对整体的压缩机运行造成影响，出现喘振现象。所以，离心式压缩机喘振的特性就是一个内外因素共同作用的结果。
03离心式压缩机喘振的危害
虽然喘振只是压缩机在工作时，因为小流量的变动产生的一种不稳定现象，但是会对运行中的设备造成极大的损伤，一旦出现喘振现象，压缩机的运行将会中断，电路会受损，造成内部的叶片损坏，还会出现其它设备的紊乱和报废，如轴承、密封系统，甚至可能导致危险气体泄漏，外部工作人员的受伤，带来极大的经济损失，造成安全事故。
离心式压缩机防喘振控制系统
01防喘振控制系统的原理
对于离心式压缩机防喘振控制系统原理的研究要从出现喘振现象的原因入手。离心式压缩机的喘振是由于吸入流量的减少，所以，只要保证输送气体的过程中流量能够大于该处引起喘振的阈值，就能保证机器稳定运行。对防喘振控制系统的研究要经过多种因素的测定，因此要进行多次实验，探索出针对不同种类的压缩机各自不同工况条件下的运行曲线，以及不同形式的零件之间的设计装配精确度。根据不同的情况在可变极限流量法和固定极限流量法中合理选择最优方案，最大限度的防止喘振的出现。
02防喘振控制系统的方案选择
防喘振控制系统的研究应与现有技术相结合。
①应用变频技术
可有效降低喘振的可能性。采用变频调速技术，可以通过改变驱动电机的工作频率，调整压缩机的转速，合理调整压缩机的运行工况，满足流量需求，降低压缩机的运行功率，实现对喘振现象的控制，保证机组和人员的安全，在一定程度上减少能耗，使噪音尽量控制在可接受的范围内。但是变频控制需要变频电机及配套变频系统的投资和维护费用较高。
②压缩机出口流量通过回流管道回流至进口
补偿进口流量过小，防止喘振，通常在回流管道上面加装防喘振阀。在运行初期，防喘振阀全开以保证入口流量补偿充足；平稳运行后，管网流量足够，再缓慢关闭此阀，以满足额定工况。同时在发生喘振时，又具有快速开启功能，最大程度上防止喘振发生。
③进口调节导叶+回流控制的防喘振控制系统。
对于空分设备，由于进口流量大，通常在压缩机的一级叶轮进口前端安装进口可调导叶，可根据工作需要调整导向角，一般设计流量45～100%为控制范围。最小控制值取决于气体输入和输出状态（压力、进口温度、出口温度和气体组分），以及导叶（入口导叶、出口扩散器）的位置，不同角度的导叶对应着不同的工作曲线。当未开启回流时，流量调节范围可达45～100%，无喘振现象。当压缩机工作点接近喘振界限时，启动喘振控制和喘振保护。因此，进口可调导叶+回流控制是一种节能、简单易行的防喘振控制方案。但是进口导叶调节多用于空压机，而对于丙烯冷剂压缩机等不适用安装进口导叶的特殊机型，只能通过回流控制。对于不具备蒸汽条件而无法使用汽轮机的现场，则可选变频电机或耦合器以达到变转速调节的防喘振功能。
03喘振监测、控制和保护
防喘振控制是通过严密监控机组实时运行状态，联动控制相应工况，降低喘振现象对压缩机造成的危害。防喘振阀的控制功能主要来源于喘振量、阀门定位器的回位和防喘振阀的位置。经常检测防喘振线路，可以确定其阀门定位器和执行机构的当前状态，并通过有效调整与k排阀并列的旁通阀，使其保持相对稳定。若压缩机工作点通过喘振线，流量持续下降，防喘振阀将迅速完全开启，直至流量增加超过喘振极限，再缓慢关闭，调整至稳定开度。波动保护：波动控制器是用来计算输出压力梯度的。当坡度超过调整后的临界压力坡度时，开始计时器计算所检测的坡度。在探测到两个连续梯度时，回流阀会根据喘振周期的梯度（33%、66%、100%）逐渐开启。若计数器超过设定跳闸参数（一般为5次），即发生喘振，则控制系统必须关闭压缩机。
防喘振技术研究方案
01防喘振技术研究方案
首先是根据压缩机出厂的参数来设定额定工况下的相关数据，在通过多次的现场试验来判断，设定的数值是否符合实际要求，再根据实际情况，对有问题的部分进行调整，记录下最终得出的数据，重新编写，调整系统。根据编制控制软件，对压缩机运行进行实时监测，保证机组安全，自动调节，防止出现喘振现象。防喘振技术的研究是在数据研究的基础上，通过多次的试验得到经验值，进而拟合出防喘振线，将数据调控在可靠范围内，降低喘振对压缩机的损害，确保平稳安全运行，减少经济损失。
02可变极限流量法控制系统研究
当压缩机进气的过程温度或气体组分发生变化时，虽然条件波动，但同一台压缩机压缩相同流量的气体所提供的能量不会改变，仅通过改变进气的温度和压力等因素，可以改变极限流量，通过改变曲线或改变防喘振旁通阀开启点的设置，来保持压缩机喘振线稳定。
03固定极限流量法控制系统研究
为达到控制流量或压力的目的，传统的无毒害且不燃气体压缩机设备通常采用放空等手段来控制流量，这些调节方式比较简单，但长期观察发现，这种方式会造成管网损耗，造成能源浪费，最终经济利益也会受损。因此设置了一个新的防喘振控制器，需要设置最大值，当压缩机吸入量小于固定值时，开启回流阀，将气体回流回压缩机，增大流量，防止喘振发生。对于工艺装置要求压缩机常态运行在远离喘振流量极限值时，通常采用固定极限流量法防喘振控制。
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