离心压缩机的防喘振控制研究

2021-12-31方俊

中国设备工程 2021年24期

方俊

（黑龙江新和成生物科技有限公司，黑龙江绥化 152000）

离心压缩机在生产领域发挥着越来越重要的作用，很多化工企业生产中，对离心压缩机有着极高的依赖性，只有保障了离心压缩机的可靠、安全运转，才能够维持正常的生产作业。但因为离心压缩机的使用特性，喘振现象十分常见，在当下已经越发引起了人们的关注，每个企业在离心压缩机的使用过程中，都应该根据自己的离心压缩机配置情况，开展防喘振设计和控制，以保障防喘振控制策略的有效性。

1 离心压缩机喘振的基本概述

1.1 性能曲线

在离心压缩机的运行中，从其运行特性来看，基本保持的是叶片式旋转机械运动，叶轮保持在高速运转的条件下，这一运转状态使得叶轮中心部位会同步形成离心力作用，在叶轮的循环运动下，叶轮中心部位气体不断受到离心力作用，且该作用力呈现向外延伸的特点，在气体得到了更高速度后，负压器中所产生的气体动能就会发生一定的转变，形成压力，在叶轮中心产生负压区，气体不断被吸入流道，该输送过程呈现出连续性。

1.2 操作点

离心压缩机在运行时，出口与管路直接关联，如果压缩机处于正常的工作状态下，压缩机所形成的操作点如下：处于同一状态的压缩机气量与流经管路的气量完全一致；管路压力与压缩机出口压力相同。

1.3 喘振原理

结合离心压缩机的运行特性，当气流流向了叶轮背部出口附近后，会同步产生一定的能量损失，有关人员在开展能量损失的分析时，一般可直接利用气流流向特性的分析来实现。在离心压缩机的气流流量偏小时，流量速度持续减小，且气体径向流速也呈不断减小的趋势，在这一趋势下，进入扩压器气体的方向也大小也就发生了明显的变化。在压缩机出口压力呈现下降趋势时，也会同步引发出口管路系统压力的调整，一旦在此过程中出现了气体倒流，气体流道的流量会快速得到补充，也就保持了离心压缩机的正常运转。但在倒流情况下，气体压力显著降低，系统内会同步出现气体流向问题，且此问题呈现周期性特征，加剧了压缩机的振动异常，这一现象也就是压缩机的喘振。

2 离心压缩机喘振的原因

2.1 核心部位的磨损

离心压缩机的喘振是一个常见问题，引起这一现象的原因有多种，其中，核心部位的磨损是一个关键原因，根据离心压缩机的运行原理，核心部位主要负责的是气体的压缩，如果离心压缩机处于长时间使用的状态，核心部位磨损严重，当出现这一情况后，叶轮转换压缩气体的能力将显著降低，如果在这一情况下依然维持压缩机的运转，叶轮的磨损将越发严重，也就会同步产生更大的喘振。磨损是诱发喘振的直接原因，但磨损又无法避免，需采取有效的措施进行磨损控制。

2.2 扩压机器造成的腐蚀磨损

一些离心压缩机的喘振问题是由扩压机器腐蚀磨损所导致，因为离心压缩机处于长时间运行的条件下时，存在强大的气体压缩，而此过程会对机器造成一定的腐蚀，加剧喘振。扩压机同样是气体压缩中的关键构成，因为在扩压机运行时，气体容重大大增大，可给气体压缩提供便捷，与此同时，扩压机同样可对已压缩气体实施再压缩，在长时间的使用过程中，扩压机磨损严重，喘振效应严重。

2.3 叶轮与扩压机之间的间隙变化

对于离心压缩机而言，对叶轮越扩压机的间隙有着明确的规定，只有保障了间隙的科学性，才可以保持离心压缩机的正常运转。但一些离心压缩机的运行过程中，如果叶轮与扩压机的间隙没有严格遵循相应的规定，存在对间隙的随意调整，也会增大喘振的发生概率。根据离心压缩机的运行情况，当叶轮与扩压机的间隙过大时，存在气体泄漏，而在间隙过小的情况下，叶轮与扩压机之间的磨损严重，引发的喘振危害巨大。

3 离心压缩机的喘振控制策略

3.1 随时调整设施的压力

为有效减小喘振对离心压缩机的危害，相关人员在离心压缩机的使用中，应结合运行需求，对设施的压力参数进行灵活调整，相关人员要在压缩机运行时，开展全方位的压力监测，一旦压力超出了标准值，就要立即开展对应的调节，在出口压力的调节上，可通过对进口流量的调节来实现，必要情况下进行防喘振调节阀的配置，利用这一调节阀将内部压力释放出来。

3.2 应用固定极限流量法

为在离心压缩机的运行过程中有效实现对压缩机压力、流量等各个参数的科学调节和控制，如果为传统压缩机，一般可通过阀门回流、节流和放空的方式进行基础性的调节，虽然这些简单的调节方式对离心压缩机的参数和防喘振控制有着一定的作用，但在调节工作结束后，伴随着离心压缩机的运行，可能会加剧管网损耗，导致出现一定的能源浪费，甚至在一些特殊的情况下难以保障离心压缩机的正常运转，导致喘振情况过早出现。就当下离心压缩机的运行和使用情况来看，很多企业中所采用的控制系统均为模拟形式的仪表，当在压缩机运行中出现了喘振情况时，相应模块无法进行错误的修正。因为喘振线呈现出非线性特征，控制效果很难保障，固定极限流量法在防喘振控制方面非常有效，总体上采用的是部分循环法，在这一方式下，离心压缩机的流量始终超过某流量，也就可抑制压缩机进入喘振区。固定极限流量法控制流程如图1所示。

图1 固定极限流量法控制流程

在上图中，用FT来表示差压变送器，此差压变送器在系统中的应用，可对压缩机入口流量进行全面检查，利用FC为表示调节器，可发挥比例积分调节作用，通常情况下，调节器中的设定值要略微大于压缩机的喘振流量。旁路调节阀利用FV来表示，这一阀门属于气关阀，与调节器一样发挥的是正作用，不同构成要素之间的相互配合，可有效形成完善的控制回路，此回路为单相不可逆条件，当在系统运行时出现负荷降低情况时，FT也就是差压变送器所检测的流量要比实际值小一些，随后，在调节器的作用下，流量进一步降低，作用于调节阀上的压力信号也同步减少，在这一系列的运行条件下，压缩机进口流量阀门被缓缓打开，而入口流量显著增大，因为设备负荷降低所引起的流量减少将得到一定的补充，也就可保障防喘振效果。

3.3 合理调整离心式压缩机的参数

离心式压缩机的防喘振控制上，也可通过对压缩机各个参数的调节和控制来实现，因为每个企业的生产情况、离心压缩机配置、各个参数都存在一定的区别，就需要在防喘振控制上，要严格根据实际情况进行各个参数的科学调节，以保持离心压缩机的可靠运转。在离心压缩机处理上，也可适当对叶轮进口侧开展加厚处理，并对压缩机设置可调导叶。

3.4 安装离心式压缩机喘振报警设备

随着生产现代化的实现，当下越来越多的企业都引入了现代化的生产技术，对离心压缩机的防喘振控制上，同样可采用现代化的控制技术，比如，可在离心压缩机中进行喘振报警设备的安装，因为该设备本身具有极高的智能化特征，可在压缩机的运行过程中，由智能化模块开展相应的监控，一旦识别出了潜在的喘振问题，该装置会立即发出警报，提醒有关人员来及时采取有效的措施进行防喘振控制。

3.5 设置防喘裕度

离心压缩机运行时，如果可以将不同转速的喘振流在特定的方式下连接起来，也就可获得完整的喘振线，将此作为基础以5%余量依次向右平移两次，在这一条件下，也就可得到3个喘振线，这些防喘振线中，如果机组工作点与该线无限接近，在压缩机的运行过程中，防喘振控制系统就会立即开启防喘振线，开启时间要保持到工作点离开喘振线的情况。防喘振快开线在处于机组流量持续降低的条件下，工作点会在短时间内与第二防喘振线相互接近，在这一情况下，防喘振控制系统会立即进行提示信号的反馈，进而使得防喘振阀的安全开度设置符合要求。