邓剑

摘要：介绍压缩机入口进气状态和工作元件的变化，对压缩机性能的影响，掌握学习压缩机性能；通过改变压缩机的运行工况，以适应变化后的运行条件，防止压缩机进入喘振区域，使压缩机能够安全、平稳和经济运行。

关键词：压缩机；进气状态；工况变化

引言

压缩机组在石油化工生产中，发挥着无可替代的作用，压缩机组运行状况的好坏，对石油化工生产装置有很大的影响，是生产装置能否长周期运行的关键设备。然而压缩机组在实际的运行中，为了满足工艺的要求，需要经常调节压缩机负荷或由于工艺参数的波动，导致压缩机运行工况的变化，致使压缩机在非设计条件运行，为了使压缩机平稳安全运行，必须掌握压缩机的性能特点。压缩机在运行过程中，进入不稳定运行区域，轻则导致装置生产波动，重则导致装置紧急停工，甚至设备损坏。

一、 压缩机进气状态和工作元件变化对特性的影响

压缩机的运行工况常常发生变化，为了反映不同工况下压缩机的性能，通常把在一定进气状态下对应各种转速、进气流量与压缩机的排气压力（或压比）、功率及效率的关系用曲线形式表示出来，这些曲线就称为压缩机的流量特性线或性能曲线[1]。压缩机常按一种工况条件设计作为最佳工作点，但在实际生产中，却往往在非设计条件下运行，工况变了，压缩机的性能会发生很大变化。

1、 进气状态与设计条件不同对性能的影响

（1） 进气温度的影响

在转速（或静叶角度）不变和容积流量不变的情况下，进气温度的变化直接影响到进气质量流量、压比和功率。

质量流量由于进气压力和分子量不变，对同一进气容积流量有：

G1/G=T/T1

式中，G1、T1表示新工况。此式说明质量流量和温度成反比。

b、压比转速（或静叶角度）不变时，叶轮对气体做的功不变，此时效率一般不变。根据公式 ，说明温度降低，压比将升高，反之，压比将降低。

C、根据公式 ，说明h_pol与进气温度T成正比。由于质量流量一样，功率与进气温度成正比。

因此进气温度的变化，将改变压缩机性能曲线，如果温度升高，性能曲线向左下方向移动。如果温度减小，性能曲线向右上方向移动。例如：催化裂化装置主风机组在其他条件相同的情况下，主风机组在夏天时，消耗的功率要比冬天要大，而且夏天静叶角度也要大一些。

（2） 进气分子量的影响

根据公式 ，说明气体相对分子质量M越小，气体常数R就越大，因此压缩比ε就越小，说明相对分子质量越小的轻组分气体往往越难压缩。[2]

进气分子量的变化，将改变压缩机性能曲线，如果分子量变小，性能曲线向左下方向移動。如果温度变大，性能曲线向右上方向移动。

（3）进气压力的影响

质量流量将和进气压力成正比，即G1/G=P1/P；由于进气压力不影响压比，根据公式 ，说明，压缩机功率和进气压力成正比。

2、压缩机叶轮、通流部分流道结垢和轮盖、级间密封的磨损对性能的影响

压缩机入口进气状态与原始设计进气状态变化很大时，将导致压缩机性能曲线的变化，致使影响压缩机性能指标。如果压缩机运行条件与原始设计运行条件不变，压缩机做功能力下降，并且功率消耗也曾加，可能是压缩机本身出了问题，如压缩机通流部分有沉积夹杂物、或级间密封损坏、或叶轮有腐蚀磨损等问题。例如乙烯裂解气压缩机运行一段时间后，压缩机内部容易结垢，导致压缩机严重偏离工况点，增加压缩机的功率消耗，甚至导致压缩机振动持续增大，影响压缩机长周期运行。

二、压缩机发生喘振的原因

对于压缩机操作，在实际生产中，面对更多的是如何防止喘振，因此分析发生喘振的原因非常重要，在实际运行中引起喘振的原因很多，压缩机发生喘振的根本原因是压缩机入口流量减小，导致压缩机冲角（i=β1A-β1）变大，压缩机发生旋转失速，同时压缩机出口管网容积足够大，压缩机就会发生喘振。由于压缩机的流量和转速（或静叶角度）都会导致冲角变化，因此压缩机的转速（或静叶角度）变化，会导致压缩机喘振点变化。

那么除了内部流动情况因失速区的产生与发展结果引起喘振外，从外部条件来分析，即从压缩机与管网的运行工作点来分析，管网流量、阻力的变化与压缩机工作不协调，应是引起压缩机喘振的重要原因。这种工作的不协调可以分为两点：第一，压缩机的流量等于或小于喘振流量；第二，压缩机排气压力低于管网压力。

由于压缩机工作点是由压缩机性能曲线和官网曲线的交点确定的，只要压缩机工作点在喘振区，压缩机就发生喘振，凡是运行中使压缩机性能曲线下移或管网曲线上移，或两者同时发生，或减量过多，都会使压缩机喘振。例如轴流压缩机开机时，是先调静叶角度，再关放空阀。轴流压缩机停机时，是先开放空阀，再关小静叶角度，来防止轴流压缩机发生喘振。

三、防喘振控制方法

1、操作条件优化

通过了解掌握性能曲线，就要明白性能曲线是在一定进气状态下对应的性能曲线，因此在分析压缩机控制和防喘振方法时，一定要注意进气状态的变化，优化操作条件。

（1）增大进气分子量。

由于分子量减少所引起的操作变化，使喘振线移到右边，从而使得压缩机更容易发生喘振，所以增大进气分子量，可以改变喘振点，使压缩机不易进入喘振区域。例如某炼油厂催化裂化装置，开工提前喷石脑油，石脑油裂化生成的气体比瓦斯气体分子量大，富气压缩机不易喘振，可以保持富气压缩机平稳运行。可以实现提前开富气压缩机，减少开工损失。

（2）降低进气温度。

进气温度的影响同分子量的影响相类似，提高进气温度会使喘振线向右下方移动，这就促使压缩机更易于发生喘振。由于在实际生产过程中，压缩机入口温度不能调节，受环境温度影响，例如催化裂化装置主风机压缩的介质为空气，入口温度就是大气温度，由于入口温度变化很大，主风机组防喘振控制增加了入口温度补偿。

2、分析独立变量对压缩机的影响，优化操作

独立变量指的是过程的输入量，它并不受所研究的特定控制系统控制（也称为干扰因数），一个过程或操作单元的独立变量，通常是另外一工艺过程或操作单元的调节变量。例如催化裂化装置反再系统压差控制，是通过大小旁路和烟机入口调节阀分程控制，那么对于再生器压差控制，再生器出口烟气流量是调节变量，那么对于主风机来说就是独立变量，再生器出口烟气流量减小，导致再生器压力升高，主风机工作点向左上方移动，容易进入喘振区域。通过控制循环水量来控制分馏塔顶冷凝器冷后温度，冷后温度的改变，将导致富气压缩机入口介质分子量大小和介质流量的改变，严重时，甚至使机组进入喘振区，循环水量也就是富气压缩机的独立变量。这些独立变量，通常都是另外一个工艺过程或操作单元的调节量。因此操作人员在实际操作过程中，一定要多了解工艺流程和工艺原理，以便更多的学习理解对机组造成影响的独立变量，才能使压缩机组安全平稳运行。

总结

在实际操作过程中，机组都是在稳定状态下运行，都是因为独立变量的变化或工艺要求的变化，才对压缩机机组进行调节。然而有些独立变量的变化是很突然的或者操作很难察觉到。因此操作人员对压缩机机组的性能要非常熟悉，理解进气状态与设计条件不同对性能的影响，以及能够分析压缩机性能下降，是由于压缩机本身出了问题，还是因为运行工况严重偏移设计工况，使压缩机做功能力下降，功率消耗升高。

参考文献：

[1]黄钟岳王晓放等编著.透平压缩机【M】.北京.化学工业出版社.2004.-

[2]王福利.石油化工厂设备检修手册压缩机组【M】.北京.中国石化出版社.2007.123