1、长输管道离心压缩机的喘振分析及预防摘要：离心压缩机是一种速度式压缩机，是长输管道生产中的关键设备，可以提高管道的输送能力，是管道的心脏。文章简要分析了离心压缩机喘振产生的机理、危害及喘振工况的判断方法，并提出了预防及解决喘振的措施，以供参考。 关键词：长输管道 离心压缩机 喘振 分析 预防 离心压缩机是一种速度式压缩机，是长输管道生产中的关键设备，具有排气压力高、排量大、结构简单、体积小、气体不受油污染以及正常工况下运转平稳、压缩气流恒定无脉动等优点，目前已广泛应用于天然气输送行业。随着我国天然气管道建设的快速发展，川气东送、西气东输二线、三线、中俄、中亚能源大动脉的建成和启动，长输管道对压缩
2、机的需求也日益增加。目前国内长输管道使用的离心式压缩机主要由GE、RR、MAN 等国外公司生产。国内大型离心式压缩机的制造商主要为沈阳鼓风机集团有限公司，其生产的离心式压缩机在天然气管道输送上取得了突破性进展，在西气东输二线也得到了应用。然而，离心压缩机对气体的压力、流量、温度变化比较敏感，易发生喘振。 一、喘振机理 离心压缩机基本的工作原理是利用高速旋转的叶轮带动气体一起旋转而产生离心力，从而将能量传递给气体，使气体压力升高，速度增大，气体获得了压力能和动能。在叶轮后部设置有通流截面逐渐扩大的扩压元件（扩压器） ，从叶轮流出的高速气体在扩压器内进行降速增压，使气体的部分动能转变为压力能。 当
3、离心压缩机的操作工况发生变动，而偏离设计工况时，如果气体流量减小则进人叶轮或扩压器流道的气流方向发生变化，气流向着叶片的凸面（工作面）冲击， 在叶片的凹面（非工作面）的前缘部分，产生很大的局部扩压度，于是在叶片非工作面上出现气流边界层分离现象，形成旋涡区，并向叶轮出口处逐渐扩大。气量越小，则分离现象越严重，气流的分离区域就越大。由于叶片形状和安装位置不可能完全相同及气流流过叶片时的不均匀性，使得气流的边界层分离可能先在叶轮（或叶片扩压器）的某个叶道中出现，当流量减少到一定程度，随着叶轮的连续旋转和气流的连续性，这种边界层分离现象将扩大到整个流道，而且气流分离沿着叶轮旋转的反方向扩展，以至叶道中
4、形成气流旋涡，从叶轮外圆折回到叶轮内圆，此现象称为旋转脱离，又称为旋转失速。发生旋转脱离时叶道中气流通不过去，级的压力突然下降，排气管内较高压力的气体便倒流回级里来。瞬间，倒流回级中的气体补充了级流量的不足，叶轮又恢复正常工作，重新把倒流回来的气体压出去。这样又使级中流量减小，于是压力又突然下降，级后的压力气体又倒流回级中来，如此周而复始，在系统中产生了周期性的气流振荡现象，这种现象称为“喘振” 。 二、喘振的危害 喘振对压缩机的危害主要表现在以下几个方面。 1.喘振时由于气流强烈的脉动和周期性振荡，会使供气参数（压力、流量等）大幅度地波动，破坏了工艺系统的稳定性。 2.会使叶片强烈振动，叶轮
5、应力大大增加，噪声加剧。 3.引起动静部件的摩擦与碰撞，使压缩机的轴产生弯曲变形，严重时会产生轴向窜动，碰坏叶轮。 4.加剧轴承、轴颈的磨损，破坏润滑油膜的稳定性，使轴承合金产生疲劳裂纹，甚至烧毁。 5.损坏压缩机的级间密封及轴封，使压缩机效率降低，甚至造成爆炸、火灾等事故。 6.影响与压缩机相连的其他设备的正常运转，干扰操作人员的正常工作，使一些测量仪表仪器准确性降低，甚至失灵。 一般来说，机组的排气量、压力比、排气压力和气体的密度越大，发生的喘振越严重，危害越大。 三、喘振的判断 由于喘振的危害较大，在喘振的初始阶段，操作人员就应能及时判别，同时及时调整工况，使压缩机尽快脱离喘振区域，只有
6、这样才能保证压缩机的正常运行。压缩机的喘振一般可从以下几个方面判别： 1.从现场仪表的指示值判断 1.1 压缩机的进口气体温度指示值升高，说明压缩机已经进入喘振工况。这是由于高温气体倒流至压缩机进口所致。此时压缩机各级压力会出现急剧波动。 1.2 压缩机流量指示值急剧下降并大幅波动，严重时气体甚至会倒流回吸气管道，在进口过滤器处有时能看到被反吹出的灰尘。 1.3 用电机驱动的压缩机，电机的电流和功率指示值出现不稳定，大幅波动；用汽轮机驱动的机组，汽轮机的转速指示值会出现波动，机组运行工况不稳定。 1.4 通过 DCS 控制系统或现场仪表指示值观察压缩机各轴承的振动情况，应该会发现：喘振时，径向
7、轴承的振动幅度明显增大，推力轴承的位移量显示值更是变化无常。 2.从异常声响判断 2.1 当压缩机接近喘振工况时，排气管道会发出周期性、时高时低的“呼哧” 、 “呼哧”声。进入喘振工况后，压缩机会发出周期性、间断的类似牛的吼叫声。噪声分贝立即增大，影响范围变大。 2.2 压缩机出现强烈而有规律的低频率振动，管道内气流同时发出异常声响。系统内各管线振动剧烈，机身也会剧烈振动，并使出口管道、厂房、辅助机组发生强烈振动。如果是大型离心压缩机进入喘振工况，那么在附近的建筑物上也能感觉到振动。 四、喘振的预防 在实际生产运行过程中，为了防止离心压缩机发生喘振，可以采取以下措施： 1.提高离心压缩机入口流
8、量，使压缩机运行工况脱离喘振区域，图1 为压缩机不同转速下的性能曲线，左侧为喘振区。同时加装低流量报警装置。在流量不变时，可通过降低离心压缩机排气压力、提高入口压力或两者相结合的方法，减小出口、入口压比，以防止压缩机发生喘振。 2.在离心压缩机出口管路上设置自动防喘振装置。目前，绝大多数离心压缩机已采用了防喘振阀，川气东送管道设置了自动化一体的防喘振系统，包括防喘控制阀、防喘控制器、流量监测系统、压力温度监测等几部分；主要采集的信号有压缩机排气量、压缩机进气压力温度、排气压力温度以及防喘振阀的开度，图 2 为利川压气站的流程图。 3.在离心压缩机出口管路上设置放空阀，以确保防喘振阀出现故障时能
9、及时、迅速地卸压，放空阀控制与防喘振系统联锁。 4.设置回流旁路流程，使离心压缩机出口的部分气体经过冷却器后回流到压缩机入口，从而增加压缩机入口流量，减少喘振发生的概率。设计工艺管道时，压缩机出口管路及回流管路的容量应根据实际需要最小化（ 包括减小管径和长度） 。因为管路的容量愈大，喘振的振幅愈大且频率愈低；管路的容量愈小，喘振的振幅愈小且频率愈高。 6.定期调校放空阀、防喘振阀、压力及流量联锁仪表，确保其整定值准确、动作灵敏。要重点做好防喘振系统仪表的定期检查工作，确保该系统开启迅速。另外，要定期维护离心压缩机的出口单向阀，确保其灵活好用。 五、结束语 喘振是离心压缩机的固有特性，具有较大的
10、危害性。应该结合生产实践，逐步了解喘振机理，掌握喘振的主要影响因素，熟悉常见的喘振实例，采取有效的防喘振控制措施，以提高离心压缩机的抗喘振性能和运行可靠性。尽管在实际生产过程中，喘振现象随时都有可能发生，但是只要对喘振现象产生的前兆能快速、准确地判断，并对其加以控制，喘振现象完全可以避免，实现离心压缩机安全、稳定、长周期、高效运行。 参考文献 1刑佑兵，贾言琳. 大型离心压缩机喘振工况的快速判断与控制. 深冷技术， 2010，23-25. 2拜禾，蔡德宇，蒋烁. 天然气管道离心压缩机喘振与预防.风机技术，2010，60-63. 3肖绍嵩. 离心压缩机的喘振分析与控制.压缩机技术，2002，4-7 4徐忠. 离心式压缩机原理. 机械工业出版社，1990. 5王书敏，何可禹. 离心式压缩机技术问答. 中国石化出版社，1995.
