轴流式压缩机喘振原因分析及预防措施

压缩机异常喘振原因分析及有效对策1、引言在多年对电力、冶金、石油化工、煤化工、油田、航空等行业轴流式压缩机和离心压缩机的状态监测及故障诊断工作中，发现不论是新投产的机组、还是运行多年的机组，都由于各种不同原因引起喘振或旋转分离，经常看到因为喘振问题造成机组振动过大，联锁停机、推力瓦磨损、径向瓦磨损、叶轮开裂、叶片断裂、部件磨损、管线开裂等等问题，引起问题的原因很多，本文列举了13种，并给出7种典型喘振原因案例，包括相应对策和效果，案例和方法基本都是笔者独创和首次提出应用的，没有资料可以参考和借鉴，而应用效果验证了解决问题方法的正确性。

同时本文提出一点设想。

2、旋转分离与喘振常见的与不常见的原因对于离心与轴流式压缩机，由于入口流量低于性能曲线对应的转速下的流量，因为叶片入口安装角的微小误差，会在某只或某几只叶片的非工作面发生边界层分离，并且沿着旋转方向依次发生，故称为：旋转分离，当流量进一步降低，旋转分离在所有流道和整级、整机发生，并和出口罐及管系联合作用，就会发展成喘振；造成喘振的物理机理很简单，而对于一起起发生在具体机组上的喘振故障，所引起喘振的具体原因，却是形形色色、各种不同的存在。

比如发生在西南地区某石化乙烯气透平压缩机进口管线、或出口管线、及机内通流截面局部堵塞引起的，发生在中油辽宁某石化的乙烯气离心压缩机组的喘振是防喘系统控制逻辑问题造成，每天损失产值过亿圆，中石化武汉中韩石化开工过程中乙烯气透平压缩机组喘振是由于入口罐引液不足问题造成，损坏了干气密封；中油东北某石化空分装置透平压缩机的喘振是因为环境湿度过大造成；山东某石化丙烯气透平压缩机喘振是入口气体温度过低造成的；华能公司某电厂的多轴式离心压缩机引起的喘振是环境粉尘造成的，造成机组无法运行；神华某煤化工企业甲醇气透平压缩机喘振是工艺系统反应收率低引起的，每年损失1.8亿圆；西南某石化丙烯气循环压缩机喘振是机后换热器管束粘结物料问题引起的；东北某石化甲烷气透平压缩机喘振是降速过程转速与流量不匹配问题引起的，中海油某石化透平压缩机喘振是现场没有进行实际气体防喘标定造成的，东北某石化焦化装置透平压缩机喘振是选型过大引起，中油、中石化多台新比隆二氧化碳透平压缩机喘振是设计问题造成的，西北某煤化工企业透平压缩机喘振是改造问题引起的，等等。

压缩机喘振的机理与故障特征1．喘振喘振是离心式和轴流式压缩机运行中的常见故障之一，是旋转失速的进一步发展。

如图3所示，离心式压缩机具有这样的特性，对于一个确定的转速，总对应一个流量值，压缩机效率达到最高点。

当流量大于或小于此值时，效率都将下降。

一般常以此流量的工况点为设计工况点。

压缩机的性能曲线左边受到喘振工况（Qmin )的限制，右边受到堵塞工况（Qmax）的限制，在这二者之间的区域，称为压缩机的稳定工况区域。

稳定工况区域的大小，是衡量压缩机性能的重要指标。

图3 压缩机性能曲线当压缩机在运行过程中，若因外部原因使流量不断减小达到Qmin值时，就会在压缩机流道中出现严重的旋转脱离，若气量进一步减小时，压缩机叶轮的整个流道被气流旋涡区所占据，这时压缩机的出口压力将突然下降。

但是，压缩机出口所连接的较大容量的管网系统中压力并不马上下降，此时会出现管网中气体向压缩机倒流的现象。

当管网中压力下降到低于压缩机出口排气压力时，气体倒流会停止，压缩机又恢复向管网排气。

然而，因为进气量的不足，压缩机在出口管网恢复到原来的压力以后，又会在流道内出现旋涡区。

如此周而复始，机组和管道内的流量会发生周期性变化，机器进出口压力会大幅度脉动。

由于气体在压缩机进出口处吞吐倒流，会伴随有巨大周期性的气流吼声和剧烈的机器振动，这些波动在仪表操作盘的压力、流量、振动信号显示、记录中可以清楚地反映出来，在操作现场也可以立即觉察得到。

由喘振引起的机器振动频率、振幅与管网容积大小密切相关，管网容积越大，喘振频率越低，振幅越大。

一些机器的排气管网容量非常大，此时喘振频率甚至小于1Hz。

2．喘振的故障特征压缩机发生喘振的主要特征如下。

(1)压缩机接近或进入喘振工况时，缸体和轴承都会发生强烈的振动，其振幅要比正常运行时大大增加，喘振频率可参考式计算，一般都比较低，通常为1～30Hz。

(2)压缩机在稳定工况下运行时，其出口压力和进口流量变化不大，所测得的数据在平均值附近波动，幅度很小。

压缩机防喘振系统出现的问题及防范措施
压缩机防喘振系统是用于防止压缩机在工作过程中出现喘振现象的一种控制系统。

喘振是指压缩机在运行过程中由于压力倒挂和气阀开闭不当等原因，使得压缩机出现杂音、振动加剧，甚至引起设备损坏的现象。

1. 振动增大：喘振会使得压缩机的振动加剧，导致设备整体的振动增大，从而造成设备寿命降低、设备故障增多等问题。

2. 噪音增大：喘振会使得压缩机发出较大的噪音，影响工作环境和工人的身心健康。

3. 能耗增加：喘振会使得压缩机的工作效率下降，从而导致能耗增加，造成能源的浪费。

4. 设备损坏：喘振会使得压缩机的工作过程不稳定，从而可能导致设备的损坏，增加维修和更换的成本。

1. 定期检修：定期检修压缩机，对机械设备、气阀等进行维护和修理，确保其正常工作。

2. 合理选型：在选用压缩机时，需要根据实际工况和设备需要，选择合适的型号和规格，减少喘振的可能性。

3. 安装调试：在安装压缩机时，需要严格按照厂家的要求进行安装和调试，确保设备的稳定运行。

4. 加装减振装置：在压缩机的进出口处加装减振装置，减少设备振动对周围环境和设备的影响。

5. 增加控制系统：增加喘振控制系统，可以监测和控制压缩机的工作状态，及时采取措施避免喘振的发生。

6. 做好运行维护：在压缩机工作过程中，要做好运行控制和维护，及时清洁设备和更换损坏的部件，确保设备的正常工作。

7. 培训工作人员：对使用压缩机的工作人员进行培训，提高其对喘振现象的识别和处理能力，减少人为操作引起的喘振问题。

通过采取上述防范措施，可以有效降低压缩机防喘振系统出现问题的可能性，提高设备的安全性和稳定性，延长设备的使用寿命，减少生产成本。