李海軍王曉東

（1.中國石油大慶石化分公司化工一廠，黑龍江 大慶，163714；2.中國石油大慶煉化分公司培訓(xùn)中心，黑龍江 大慶，163411）

中國石油大慶石化120萬噸乙烯改擴建工程，裂解氣壓縮機EC-3301為日本三菱重工有限公司（MHI）成套設(shè)計制造。壓縮機為五段壓縮，三個缸體組成。低壓缸型式為9H-4W水平剖分4級閉式葉輪雙流式，一階臨界轉(zhuǎn)速2300r/min；中壓缸型式為9H-4B水平剖分4級閉式葉輪背對背式，一階臨界轉(zhuǎn)速2550r/min；高壓缸型式為7H-7B水平剖分7級閉式葉輪背對背式，一階臨界轉(zhuǎn)速2600r/min。壓縮機在運行過程中，當流量減少或增加到一定流量時會出現(xiàn)氣流不穩(wěn)定工況，壓縮機性能將大大惡化，機組振動劇烈，不能正常工作，甚至可能造成設(shè)備損壞。

1、壓縮機的喘振及危害

壓縮機入口流量減少時，可能出現(xiàn)另一種不穩(wěn)定工況現(xiàn)象，壓縮機的氣體流量和排氣壓力周期性地低頻率、大振幅地波動，引起機器的強烈振動，這種現(xiàn)象稱為壓縮機的喘振。喘振時，氣流軸向波動，通過壓縮機的整個氣體流量(或平均流量值)大幅波動，喘振頻率和振幅由流路的容積大小決定。形成喘振的內(nèi)在原因是氣流的嚴重失速和擴展，外部條件是壓縮機與管網(wǎng)聯(lián)合運行工況條件。

下面利用特性線來說明（如圖），A點與B點為管網(wǎng)特性線與壓縮機特性線交點，其中AE為正常特性線，CB為突躍失速后可能工作的特性線。設(shè)A點為壓縮機工作失速點，B點是失速后一個可能的穩(wěn)定工作點，壓縮機在A點工作時，流量微小的減少便引起壓縮機的施轉(zhuǎn)失速(圖中所示為突變失速)，壓縮機排氣壓力突然減少，如果管網(wǎng)的容積非常小，管網(wǎng)的壓力能迅速調(diào)整到和壓縮機排氣壓力相適應(yīng)，運行點移至新的平衡點B(如雙點劃線所示)。如果管網(wǎng)容積很大，壓力變化很慢，高于壓縮機排氣壓力，會迫使氣體倒流，工作點由A點移至D點(如虛線所示)。由于在葉柵脫離區(qū)充以氣體，工作暫時恢復(fù)正常，這時管網(wǎng)一方面繼續(xù)給用戶供氣；另一方面一部分氣倒流入到壓縮機使管網(wǎng)壓力迅速下降，壓縮機又可以向管網(wǎng)正常供氣，很有可能工況點沿虛線至A點，如果引起喘振原因未消除，又會重復(fù)上述現(xiàn)象。實際管網(wǎng)的容積是有限的，開始可能出現(xiàn)倒流時，管網(wǎng)的壓力跟著降低。暫時排不出的氣體，葉片槽道的脫離區(qū)可能縮小，葉柵工況很可能瞬時恢復(fù)正常。壓縮機的排氣量迅速增加，然后又很快達到穩(wěn)定運行點A(如點劃線所示的喘振循環(huán)路線所示)，如果上述引起失速的原因未消除，就會重復(fù)上述現(xiàn)象(如圖中所示的喘振循環(huán)路線)，出現(xiàn)壓縮機壓力、流量大幅度地波動，這就是喘振。一般管網(wǎng)容量大，喘振的頻率低，振幅大。反之，管網(wǎng)容量小，喘振振幅小，頻率高。從以上分析來看喘振可以分為弱喘振和深度喘振，它們之間沒有分界線，一般出現(xiàn)倒流的喘振肯定為深度喘振。喘振現(xiàn)象通常具有如下宏觀特征。

⑴、壓縮機工作極不穩(wěn)定。壓縮機正常運轉(zhuǎn)時，排氣壓力、流量等參數(shù)脈動值小，頻率高（圖a）。減少流量到接近喘振流量時，脈動加劇，時而出現(xiàn)時而消失。無明顯規(guī)律，繼續(xù)減少流量到出現(xiàn)喘振時，氣動參數(shù)會出現(xiàn)周期性的波動，振幅大，頻率低，同時平均排氣壓力值下降（圖b）。對深度喘振來說，由于氣體從排氣管網(wǎng)倒流入壓縮機繼而又經(jīng)壓縮再排出，使氣流溫度可能急劇升高。

壓縮機出口氣流參數(shù)的示波圖

⑵、喘振有強烈的周期性氣流噪聲，出現(xiàn)氣流吼叫聲。正常運轉(zhuǎn)時氣流的聲音為哨聲，到喘振前氣流聲音變化不大。喘振時突然出現(xiàn)周期性的爆聲，再減少流量，會出現(xiàn)轟隆隆聲。有時由于現(xiàn)場其他的雜聲，或?qū)﹄p缸體壓縮機，在喘振輕微時，也可能聽得不明顯，但多數(shù)情況下是能明顯聽得到的。

⑶、機器強烈振動。機體、軸承等振幅急劇增加。

壓縮機是不允許在喘振條件下運行的，因為危害很大。第一，它可能損壞如密封、O形環(huán)等壓縮機零部件，甚至引起動、靜零部件等重大碰撞損壞。對止推軸承產(chǎn)生沖擊力，破壞軸承油膜穩(wěn)定，損壞軸承?？赡芷茐挠兔芊庀到y(tǒng)，使油膜密封的油氣壓差失調(diào)，造成油膜密封故障。第二，可能破壞機器的安裝質(zhì)量，破壞各部分調(diào)整好的間隙值，甚至引起軸的變形等，引起機器在以后運行中振動加劇。第三，可能使一些有關(guān)儀表失靈或使儀表準確性降低。

實際運行中引起喘振的原因很多。除了內(nèi)部流動情況因失速區(qū)的產(chǎn)生與發(fā)展結(jié)果引起喘振外，從外部條件來分析，即從壓縮機與管網(wǎng)的聯(lián)合運行來分析，管網(wǎng)流量、阻力的變化與壓縮機工作不協(xié)調(diào)應(yīng)是引起壓縮機喘振的重要原因。這種工作的不協(xié)調(diào)可以分為兩點：第一，壓縮機的流量等于或小于喘振流量；第二，壓縮機排氣壓力低于管網(wǎng)氣體壓力。因為聯(lián)合運行點是由壓縮機特性線和管網(wǎng)特性線共同決定的，如果聯(lián)合運行點落在壓縮機特性線的喘振區(qū)時就會出現(xiàn)喘振。

2、防喘和抑喘方法

由于喘振的嚴重危害性，所以防止喘振和抑制喘振的發(fā)生，一直是長期研究的重要課題，有許多行之有效的方法。歸納起來分為兩類：一是在壓縮機本體設(shè)計時采取的，以擴大穩(wěn)定工況范圍為目的；二是針對壓縮機運行條件即從壓縮與管網(wǎng)聯(lián)合運行上采取的。

第一類方法中，離心式壓縮機設(shè)計上采取的措施：一是在氣動參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇上，如采用后彎式葉輪，無葉擴壓器，出口寬度減窄的無葉擴壓器，葉輪葉片進口邊適當加厚等；二是在設(shè)計時采用導(dǎo)葉可調(diào)機構(gòu)或者增設(shè)專用噴嘴，以便運行需要時，將部分氣流從葉輪出口引噴入到葉輪入口，改變?nèi)~輪入口氣流的預(yù)旋，抑制喘振發(fā)生。機匣處理技術(shù)，也可以應(yīng)用到離心式壓氣機，如對半開式離心式葉輪，在輪蓋側(cè)靠近葉輪人口處機殼上開設(shè)軸向斜槽和在葉輪出口無葉過渡段機殼上開設(shè)環(huán)形縫隙與一容積腔相連等。

第二類方法中除了離心式壓縮機的導(dǎo)葉可調(diào)外，比較普遍的是采用防喘裝置。一方面設(shè)法在管網(wǎng)流量減少過多時增加壓縮機本身的流量，始終保持壓縮機在大于喘振流量下運轉(zhuǎn)；另一方面就是控制管網(wǎng)的壓力比和壓縮機的進、出口壓比相適應(yīng)，而不至高出喘振工況下的壓比。當管網(wǎng)需要的流量減少到壓縮機喘振流量時，旁通閥打開，讓一部分氣體回流到入口或放空，使實際通過壓縮機的流量為大于喘振流量，防止喘振發(fā)生，它常應(yīng)用于工業(yè)離心式壓縮機。

結(jié)論：目前，離心式壓縮機防喘振控制方法很多，各種控制方法互有優(yōu)缺點。壓縮機的防喘振控制思想要符合整套乙烯生產(chǎn)裝置和設(shè)備指標的要求，不能顧此失彼，要是整個機組的性價比達到最大化，這是壓縮機防喘控制的最終目標。

[1]曾慶生，王湘江.基于小波能量譜和粗糙集的離心式壓縮機振動故障診斷.中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009年3期.