离心式压缩机喘振原因及其预防措施分析

李泽洋

（陕西延长石油延安能源化工有限责任公司，陕西延安 727500）

0 引言

喘振现象能够损坏离心式压缩机结构，是设备不平稳的运行状态，不仅会降低离心式压缩机综合性能，还会阻碍机组正常工作，缩短离心式压缩机的使用寿命。为保障工作效率及综合效益，应注意总结产生喘振的原因及预防措施，尽可能降低喘振频率，避免喘振现象。

1 离心式压缩机喘振现象分析

1.1 喘振现象

分析喘振现象应从以下3 个角度入手，全方位了解离心式压缩机喘振现象：①观察离心式压缩机进出口压力数值及入口流量，运用CCS 软件得出数值波动幅度轨迹趋势图，分析CCS趋势图特征，若此时存在较大波动或周期性波动，则离心式压缩机可能出现喘振现象；②采用“听”的方式判断喘振，若离心式压缩机进出气管出现“呼哧呼哧”的气流噪声，则证明离心式压缩机运行不稳定，机组存在喘振问题[1]；③根据离心式压缩机实际情况分析其轴系振动图，若发现离心式压缩机内出现轴系急剧振动的情况，且振动相对明显，则说明离心式压缩机存在喘振现象。在离心式压缩机日常应用期间，可采取上述3 种手段判断离心式压缩机是否存在喘振现象。

1.2 喘振位置

当气流在离心式压缩机叶片扩压器或叶轮的流动路径内时，将引发喘振现象。离心式压缩机发生喘振现象的位置并不具体，可能为某个部位或某个阶段区域，还可能是整个单元发生喘振，但通常情况下，离心式压缩机喘振发生位置存在一定规律：①若离心式压缩机内存在叶片扩压器，在该部位是出现喘振的第一区域；②若离心式压缩机未设置叶片扩压器，则叶轮为首个出现喘振现象的部位，当离心式压缩机气体激增时，该气体将在叶轮位置紊乱流动，并使喘振现象逐步扩散，若不加以控制，将直接影响整个机组。

1.3 喘振危害

离心式压缩机喘振存在较大危害，具体如：①出现喘振现象时，将使离心式压缩机进出口相关参数产生大幅度波动变化，继而影响整个工艺流程；②喘振现象将对离心式压缩机的隔板、密封装置、轴承、转动部件产生较大冲击，使离心式压缩机的转子出现不平衡转动，对设备内部静止件产生磨损刮碰；③喘振现象将直接阻碍离心式压缩机配套设施的运行，以干气密封装置为例，当产生喘振现象时，将直接损坏干气密封装置，继而产生联锁停车现象；④喘振现象将对内部结构造成巨大冲击，引发轴瓦密封型环烧蚀变形、刮碰磨损等问题；⑤在喘振现象作用下，导致转子与内部密封元产生异常摩擦，产生间隙超差，并使压比不达标，若在此期间造成有毒有害、易燃易爆介质产生泄漏，将造成较大经济损失，严重时甚至出现人员伤亡。

1.4 喘振原因

离心式压缩机出现喘振现象的原因众多，但多集中在设计、调试、运行3 个方面。①设计原因。在离心式压缩机设计期间并未严格设计防喘振系统，或旁通阀、放空阀等防喘振阀的设计循环气量无法满足要求。若在设计期间并未将防喘振系统与气体分析仪进行连接，同样可引发喘振现象，此外，在设计阶段未补偿修正温度压力同样是引发喘振现象的原因；②调试原因。主要指离心式压缩机的防喘振系统存在缺陷但并未在试运行期间进行调试，在离心式压缩机内部埋下了质量隐患；③运行原因。在正式投入使用前并未全面校核心式压缩机性能，并未组织气体喘振试验，继而导致部分质量隐患未被发展；在运行期间，可能因错误操作等因素导致防喘振系统无法自动运行，继而出现防喘振系统失灵等问题，使喘振预防措施无法发挥效果；若在设备运行期间实际进气温度压力数值与设计数值相差较大，将引发喘振现象。

2 离心式压缩机喘振的预防措施

2.1 控制设计源头

2.1.1 部件几何尺寸

按照离心式压缩机设计标准合理控制各部件几何尺寸，规范离心式压缩机内部通流结构，为离心式压缩机的稳定运行留出足够安全裕度。防喘振是离心式压缩机的设计重点，其工作原理如图1 所示。为留出足够安全裕度，离心式压缩机内部各部件最小体积流量应控制在（1.05～1.10）qv。因此，为保障设计效果，应在喘振线右侧设置防喘振保护线，而防喘振保护线与喘振线之间的空间为安全裕度。在图1 中，以最大连续转速线、最大压力线作为上方边界，以最小工作转速线作为下方边界，以阻塞流量线为右方边界，以喘振线为左方边界，但为留出安全裕度，左方边界区防喘振保护线，图1 中阴影部分是离心式压缩机工况点的移动范围，工况点越接近喘振线则越危险，当工况点与喘振线重合时则会出现喘振现象，因此当工况点接近防喘振保护线时，需执行防喘振操作。

为进一步增强离心式压缩机抗喘振能力，在设计阶段应注意以下3 点：①若采用多级压缩机，在设计时应为级间气流营造良好通流条件；②多缸离心式压缩机的后缸或小流量离心式压缩机，在设计时应将无叶扩压器作为离心式压缩机的通流截面部件；③在可变速离心式压缩机内，应结合实际情况设计好转速参数[2]。

2.1.2 设置逆止阀

在离心式压缩机出口部位增设逆止阀结构，若离心式压缩机在运行期间出现喘振现象，可通过逆止阀避免气体回流，对设备产生保护效果，此外，离心式压缩机出口部位的第一个阀门，应在确保设计合理的基础上尽可能靠近出口法兰，以此缩减管网容量，控制通流能量。

2.1.3 强化防喘振控制

为良好预防离心式压缩机喘振现象，需于设计期间搭建完整的防喘振系统。①设置高温报警装置，将其安装至平衡盘管线上，喘振现象出现前将引发气体温度上升，高温报警装置内的传感器捕捉到温度数据，当气体温度超出限值后将自动发出警报；②在离心式压缩机缸间、段间设置防喘振调节装置，为避免喘振现象产生，应确保离心式压缩机工况点处于图1 中阴影区域内，当离心式压缩机的喘振曲线移动至防喘振保护线时，则意味着存在喘振隐患，此时需尽快打开防喘振阀，通过扩大进口流量来减缓管网阻力，使离心式压缩机喘振曲线逐渐向右移动，远离防喘振保护线。喘振线与防喘振保护线之间的安全裕度通常为整个工况区域的8%～10%，此时可根据该比例设置离心式压缩机防喘振控制系统参数；③随着科技的进步，自动化防喘振控制系统已应用在离心式压缩机内，但为全面规避喘振现象，应在保障自动化防喘振控制系统完整高效的同时，设计手动控制系统，并将自动化、手动化控制手段进行单独设置，当自动化防喘振控制系统手失灵或功能滞后时，可采用手动化控制方式进行调节。

图1 离心式压缩机防喘振工作原理

2.1.4 可视化控制界面

为使防喘振措施良好落实，并帮助离心式压缩机操作人员能够准确把握运行工况，应设置可视化防喘振控制界面，当离心式压缩机工况点出现喘振隐患时，操作人员可第一时间发现并采取应对措施，使防喘振效果更为优异。

2.2 做好试运行调试

当离心式压缩机设计并制造完毕后，必须进行试运行环节，并根据试运行结果进行调试：①在正式试运行前引导操作人员学习离心式压缩机的应用流程，熟悉相关操作及工艺原理，掌握管网特性、结构性能、进口条件、转速参数等关键点，并要求操作人员理解喘振原理及预防措施；②以离心式压缩机性能曲线为依据，设置增速曲线、减速曲线，并按照“降速先减压、升压先增速”的原则操作离心式压缩机[3]；③离心式压缩机试运行启动前，需打开防喘振阀、回流阀、进口阀，检查出口阀是否处于关闭状态，为后续空载启动奠定基础。依据增速曲线将离心式压缩机调节至最小转速时，即可进行增压；④在升压操作前，需打开出口阀门，缓慢关闭防喘振阀，以此方可执行下一步操作。但在升压、增速期间应注意，应确保增速速度快于升压速度；⑤双缸离心式压缩机内部存在2 个防喘振回路，在设备启动后需按照“先低后高”的原则依次提升低压缸、高压缸的压比，即先关低压缸防喘振阀；⑥在关闭离心式压缩机前，需将回流阀适量打开，待出口压力适宜后调节转速，使速度与压力交替降低，采用此方式消除出口压力后即可关闭离心式压缩机。而对于双缸离心式压缩机，需以“先高后低”为顺序关闭回流阀；⑦离心式压缩机的喘振点及性能曲线均由设计人员参数计算得来，可能存在误差，且离心式压缩机的、安装装配期间同样可能出现误差，因此离心式压缩机喘振线可能存在偏差。

在试运行调试期间，应根据实际使用条件对喘振线进行实测校准，通常情况下为保障试验效果，仅可在离心式压缩机运转稳定正常后方可组织喘振试验。喘振现象对设备具有巨大破坏性，在喘振试验期间应有专业技术人员从旁指导，当出现喘振隐患时快速应对。为保障喘振试验效果，需由慢到快设置5 个转速条件，了解离心式压缩机在各个转速条件下的喘振现象，当离心式压缩机启动后，其进口压力温度数值持续不变，离心式压缩机进口压力逐渐变大，而进口体积流量逐渐变小，若离心式压缩机在喘振试验期间出现喘振现象，则需记录距离喘振最近的稳定点数据，将该数作为离心式压缩机在各个转速条件下的喘振点，在此基础上得出喘振线，根据实测数值修正防喘振控制系统内的曲线，以此提高控制系统效果。

2.3 落实运行维护

在离心式压缩机运行期间，应定期维护保养，使设备能够保持优良性能：①定期清理进口管路，避免其被污垢、杂质、灰尘等杂物堵塞；②离心式压缩机运行时注意观察并记录温度、压力、气体分子相对质量、进气流量、管网压力、转速等数据，了解各类参数对管路体系的作用变化，同时注意管线堵塞问题，定期观察工况点动态，当其趋向防喘振保护线时及时调节回流阀、转速、进口节流及导叶角度，用以改变工况点，缓解出口阻力，使离心式压缩机工况点处于稳定状态，远离防喘振区域，在此基础上调查出现该现象的原因，有针对性地做出优化[4]；③在离心式压缩机实际操作期间，要求操作人员严格按照标准规定执行操作，并引导操作人员定期回顾喘振的预防措施，当出现喘振现象时，确保操作人员能够及时应对。发生喘振时不可第一时间停机，需使离心式压缩机远离喘振区域后查明原因，检查设备存在损坏现象，当所有事项严格落实且离心式压缩机恢复正常后，即可正常操作。

3 结束语

喘振是离心式压缩机运行期间常见危害性现象，设计不当、调试不佳、运行失误等均可引发喘振，阻碍正常生产工作，因此必须重视离心式压缩机的喘振预防工作。在离心式压缩机设计阶段，应搭建完整的防喘振控制系统，合理设计结合尺寸与逆止阀，并按规定做好试运行与设备调试工作，最后于离心式压缩机运行期间时作为维护保养，以此全方位避免喘振现象的产生。