防喘振在实际应用中一系列问题及解决办法

朱洪力　李建珍

【摘 要】离心压缩机在输出压力一定，而流量减小到某一数值时，就将发生喘振，防喘振阀就是防止离心气体压缩机在工作中出现喘振现象发生的装置，可以有效地防止涡轮增压器部件产生加速磨损和疲劳，减少事故的产生。本文主要介绍了在生产工作中遇到的有关防喘振阀的问题及解决方案。

【关键词】离心压缩机；喘振；实际应用

1 喘振现象的产生

合成Ⅳ合成气压缩机一段防喘振调节阀FV7101（阀门位号），使用的是FISHER套筒调节阀，在运行初期使用情况较好，但是在近期多次出现因为一段流量突然升高，造成机组甩负荷的现象发生。

现象记录：

（1）8月27日2：40，Ⅰ段防喘振阀突然全开，合成气压缩机联锁切气空转。

（2）8月29日2：45，Ⅰ段防喘振阀突然全开，合成气压缩机联锁切气空转。

（3）8月29日4：20，Ⅰ段防喘振阀突然全开，合成气压缩机联锁切气空转。

这三次都是一个现象：一段入口流量在几秒钟突然增加接近20000，二段入口流量下降，造成转速下降近1000转，蒸汽流量跟不上致使压缩机进入喘振区，机组一段、二段防喘振阀全开，机组甩负荷，系统切气。

2 发生喘振的原因

当进口压力或流量突然（瞬间）降低，低过最低允许工况点时，压缩机内的气体由于流量发生变化，会出现严重的旋转脱离，形成突变失速（指气体在叶道进口的流动方向和叶片进口角出现很大偏差），这时叶轮不能有效提高气体的压力，导致机出口压力降低。但是系统的压力没有瞬间相应地降下来，从而发生气体从系统向压缩机倒流，当系统压力降至低于机出口压力时，气体又向系统流动。如此反复，使机组与管网发生周期性的轴向低频大振幅的气流振荡现象。

2.1 影响因素

（1）温度：在压缩机恒压的运行工况下，气体入口温度越高，越容易发生喘振，因此，夏季比冬季更容易发生喘振。

（2）压力：在压缩机恒压的运行工况下，入口压力越低，压缩机越容易发生喘振，这也是入口过滤器压差增大时，要及时更换滤网的原因。

（3）流量：随着流量的减少，压缩机的出口压力逐渐增大，当达到该转速下最大出口压力时，机组进入喘振区，压缩机出口压力开始减小，流量也随之减小，压缩机发生喘振。

（4）转速：转速越高，越容易发生喘振。

（5）气体相对分子质量：在压缩机恒压的运行工况下，相对分子质量越小，越容易发生喘振。

2.2 原因分析

经工作人员多次对工艺进行排查，排除工艺对气量的影响，氮气流量和压力并没有明显的波动，故怀疑喘振阀存在问题。特别是，当工艺人员两次进行减量操作时，操作阀门有0.3%的开度时，阀门进入喘振区。怀疑三个方面的原因：一是阀门定位器有问题，二是阀门执行机构问题，三是阀门内件有问题。临时采取的措施：增加气源压力，在8月29日将阀门的气源压力由0.28MPa增加到0.30MPa，10月12日由0.30MPa调整到0.32MPa。但是没有解决问题。

3 初步阀门拆检情况

11月5日，利用停车机会对阀门进行拆检，主要进行了以下工作：

对所有接头进行试漏，没有发现漏点。

更换信号电缆。

更换阀门定位器。

拆检执行机构，没有问题。

拆检阀门内件，没有发现问题，确认阀门内件的流量特性为直线，与数据表一致。

更换了阀座下口、及上阀盖垫片，特别是阀座下口的垫片厚度由1mm改为3mm。

解决原来阀杆连接的十字连头缺少一个固定螺栓的问题及执行机构压圈松动的问题。

阀门定位器重新进行标定，阀门全关时定位器输出压力为0.18MPa。

4 检修后运行情况

（1）11月8日系统开车加量后，对现场阀门进行观察，阀门从全开慢慢全关的过程，阀门在关到95%以前，动作正常，在阀门关到98%-100%之间时，阀门出现喘振现象，间隔大约12s左右一次，阀门波动阀位大约在2%-3%左右，从阀门定位器输出看，输出压力由0.1MPa慢慢下降，阀门突然动作，输出压力增加到0.16MPa，阀门基本全关。控制室送信号全关时，阀门全关，不再喘振，输出压力为0.18MPa。在阀门喘振时检查一段流量，没有大的波动。

（2）11月19日18点30分左右，D#炉烧嘴一对跳车，合成气压缩机减量。一段喘振阀门打开，操作者先给1%的阀位，阀门开启，接着又连续给1%～5%的阀位每次，直到喘振阀门全开。本次减量过程中没有出现阀门自动全开的现象。但是在减量过程中压力是缓慢下降的，从正常开始减量到开始动作防喘振阀们，大约20分钟的时间，一入压力由2.72MPa降至1.94MPa，一出压力由6.27MPa降至4.81MPa。

5 阀门定位器试验情况

11月22、23日，在检修人员利用和现场同类型的阀门（正作用气闭）对上次检修更换下的定位器进行试验，试验情况如下：

确认定位器上部的压力表为定位器输出压力指示。

气源压力设定为0.25MPa，阀门自检、送信号调试，阀门全关时，输出压力为0.12MPa。

送信号至75%，阀门实际动作50%时，定位器输出压力慢慢升高至自检时阀门全关时的压力0.12MPa，而不是气源压力，13s后回到75%时的正常输出压力0.8MPa。

当信号超出20mA时，定位器输出压力增加到气源压力并保持。当低于20mA，如19.99mA时，定位器定位器输出压力回到正常值0.1MPa。

弹簧预紧力松时，阀门自检不能通过，阀门喘振非常厉害，当把弹簧预紧力调大时，阀门不在喘振，自检通过，而且阀门全关时的压力由0.12MPa升高到0.15MPa。

6 再次分析原因及下一步措施

原因分析：从前期处理的情况看，个人认为造成机组甩负荷的原因是FV7101调节阀在原始安装时，没有进行调整，通过连接头缺螺丝可以看出，阀门出厂时没有进行严格调试，特别是弹簧的预紧力没有调整，在下次拆检时，对阀门进行全面调整确认，基本能够解决问题。

下一步措施：针对前期处理的情况和阀门拆检情况看：现场FV7102、FV7103及拆检前FV7101定位器的输出压力，都为气源压力，停车时，需对三台阀全关时的电流信号再现场串入电流表进行测试，是否已经超过20mA，并进行小信号测试。

在系统停车前，联系工艺在进行测试，直接在正常工况下用FV7101进行减量，观察现场阀门动作情况及流量变化情况。

测试阀门执行机构动作开始的压力，现场利用定值器、标准压力表、千分尺，测试准确值。

松开十字连头，执行机构通气，判断阀门是否完全关到位。

调整弹簧预紧力，在原来的基础上增加0.02-0.04MPa，安装好阀门，对定位器进行自动校验，检查阀门全关时的定位器输出压力，是否比原来增加。

对现场阀门进行反复调试，最终通过往下旋丝，阀门可以正常工作。

7 防止喘振的措施

（1）部分气流通过防喘振阀放空或者流经防喘振阀后回吸气管，这样可以不论外面需气量是多少，压缩机中流过的气量，总是大于喘振气量而使压缩机能正常工作。

（2）定极限流量法：就是使压缩机的流量始终保持大于某一定值流量，从而避免进入喘振区运行。此法通常用于恒速运行的离心机且一般流量调节器的给定值应大于额定喘振点流量的7%～10%，此法优点是控制简单，缺点是当机组变速运行且处于低负荷情况时，防喘振控制投用过早，造成能耗加大。

（3）变极限流量法：在变速运行的压缩机中，随着不同工况（压缩比、出口压力或转速），极限喘振流量是个变数。变极限流量法是采用随动防喘振流量控制系统在压缩机的不同工况下沿喘振曲线（实际上是沿防喘振操作曲线）自动改变防喘振流量调节器的给定值，使防喘振调节器沿喘振曲线右侧安全控制线（防喘振操作线）工作，这样既安全又节能。

[责任编辑：汤静]