离心式压缩机的喘振原因及预防-田立华

离心式压缩机的喘振原因及预防

田立华

中石油前郭石化分公司

摘 要:离心式压缩机发生喘振时,转子及定子元件经受交变的动应力,级间压力失调引起强烈的振动,使密封及轴承损坏,甚至发生转子与定子元件相碰、压送的气体外泄、引起爆炸等恶性事故。因此,离心式压缩机严禁在喘振区域内运行。本文针对喘振的原因和预防措施做了详细论述。

关键词:离心式压缩机 喘振 喘振点性能曲线 旋转脱离

一、喘振机理

喘振的产生包含两方面因素:内在因素是离心式压缩机中的气流在一定条件下出现“旋转脱离”;外界条件是压缩机管网系统的特性。当外界条件适合内在因素时,便发生喘振。

1. 喘振的内在因素

当在设计工况M点工作时Q=Q设(图1、图2),气流的进气角基本上等于

叶轮的进口安装角,气流通畅地进入流道,基本上不出现气流附面层脱离现象,损失也很小。当Q

角i随之增加,气流射向叶片的工作面,而在非工作面上出现气流分离现象。当流量减少到某一程度时,由于叶栅距不相等以及进气气流、叶片几何尺寸不均匀

性等原因,气流先在某一个或某几个叶片上产生脱离,形成一个或几个脱离团。脱离团沿圆周方向移动,其移动方向与转子旋转方向相同。这种脱离团的移动现象称之为“旋转脱离”。

2.喘振与管网的关系

离心压缩机的喘振是其本身的固有特性。压缩机是否在喘振工况点附近运行,这主要取决于管网的特性曲线P=Pa+AQ2。

图2为离心压缩机和管网联合工作性能曲线。交点M为稳定工况点,当出气管路中的闸阀关小到一定程度时,管道中的阻力系数A增大,管网特性曲线左移到图2中曲线4的位置时,与压缩机性能曲线2交于N点,压缩机出现喘振工况,N点即为喘振点。相反闸阀开大时,管道中的阻力系数A减小,管网特性曲线1右移,压缩机流量达到Qmax时,出现滞止工况。最小流量与滞止流量之间的流量为离心压缩机的稳定工况范围。

3.喘振的产生

从图2可以看出:由于管网阻力的增加,管网特性曲线左移,致使压缩机工况点向小流量偏移。压缩机的流量Qj减少,气体进入叶轮和叶片扩压器的正冲角i增加,附面层分离区扩大,产生相对于叶轮旋转方向的“旋转脱离”,使叶轮前后压力产生强烈的脉动。发生旋转脱离时在叶轮的凹面形成涡流区,当流量减小到Qmin时,上述的正冲角i增加得更大,涡流区扩大到整个叶片流道,气流受到阻塞,压缩机出口压力突然下降,而管网中气体压力并不同时下降,这时,管网中压力P1大于压缩机出口压力P2,因而管网中气体倒流向压缩机,直至管网中压力下降到低于压缩机出口压力时才停止倒流。这时压缩机又开始向管网压送气体,使管网中的气体压力再次升高至P1时,压缩机的流量Qj减少到Qmin,出口压力突然降到P2,P1>P2后,管网中气体又倒流向压缩机。

如此周而复始地进行,压缩机时而有气流输出,时而有气体由管路倒灌入机器,产生周期性气流脉动,出现喘振。喘振过程中参数变化的频率和幅度的大小与管网容量有很大的关系。管网的容量相当于整个系统的基本谐振器。管网的容量愈大,喘振的频率愈低,振幅愈大;管网的容量愈小,喘振的频率则愈高,振幅愈小。

由此可知,发生喘振的根本原因就是低流量,在操作中造成低流量的因素很多,归纳为以下几个方面:

(1)压缩机出口压力升高,系统压力大于出口压力,使气体流量降到喘振流量。稳定系统压力高,造成压缩机出口憋压,气体倒流入压缩机,造成机内气体低流量。

(2)入口流量低于规定值,反飞动调节阀失灵。在一定转数和一定气体密度下,能维持一定压力,当开、停机时气体流量少,或者放火炬阀开得过大,最容易引起压缩机入口流量低。

(3)气体密度变化,在一定转数下,离心力下降,引起出口压力及排量下降,通常误认为是抽空现象。

(4)分馏系统操作不稳致使压缩机入口气体带油(例如瓦斯罐液位、界位失灵),液体组分进入机体。

(5)汽轮机的蒸汽压力低或质量差(温度低),机组出现满负荷,转速下降。

(6)调速系统失灵,辅助系统故障,真空效率下降,机组不能额定做功。

二、离心压缩机性能曲线的分析

图2离心压缩机和管网联合工作性能曲线

1.管网特性曲线2.压缩机性能曲线3.效率曲线

1、P=Pa+AQ2管网特性曲线的特点(见图2线1)。

A.关小管网中的闸阀开度,阻力系数A增大,曲线向左移动,当移动至4的位置,与压缩机性能曲线2交于N点,压缩机出现“喘振”的不稳定现象。

B.开大闸阀开度,阻力系数A减小,曲线向右移动与压缩机性能曲线2交于N’点,压缩机在N’点稳定工作。

2、Pc(或ε)=f(Qj)压力-流量曲线的特点(见图2线2)

A.Pc(或ε)随Qj的增加而降低。Qj=Qjm时,冲击、分离损失最小,此时压缩机工作最稳定,效率最高,是设计工况点M。

B.Qj≤Qmin时,当流量达到Qmin时离心压缩机发生喘振现象,压缩机严禁在喘振点N运行。Qmin为喘振流量,也叫最小流量。不同转速下的Pc=f(Qj)曲线都有一喘振工况点,各喘振点的连接曲线就是该压缩机喘振边界线,离心压缩机不允许在喘振边界线的左侧工作。

C.Qj≥Qmax时,离心压缩机发生滞止现象。Qmax为滞止流量,也叫最大流量。滞止工况就是当压缩机流量达到Qmax时,叶轮或叶片扩压器最小截面处的气流速度达到音速,此时流量再也不能增加;或者气流速度虽未达到音速,但叶轮对气体做的功全部用来克服流动损失,气体压力并不升高。

D.喘振流量Qmin与滞止流量Qmax之间即为离心压缩机的稳定工况范围。用比值KQ=Qmax/Qmin表示;或者以比值KQ′=(Qmax-Qmin)/Qjm表示。比值KQ、KQ′越大,压缩机的稳定工况范围越宽。衡量离心压缩机的性能好坏,不仅要求在设计流量下应有最高的效率,而且要求稳定工况范围要宽。

3、η=φ(Qj)效率-流量曲线的特点(见图2线3)

A.Qj=Qjm(设计流量)时,冲击、分离损失最小,故效率η最高。该工况点为设计工况点。又称最佳工况点。

B.Qj>Qjm时,随着Qj的增加,冲击、分离损失与摩擦损失增加的很快,使效率下降的很快,故这段η=φ(Qj)曲线较陡。

C.Qj<Qjm时,随着Qj的减少,冲击损失增加,同时相对漏气和轮阻损失增加,使效率下降。

故效率曲线一般为中间(设计工况点附近)高,偏离设计工况点(即Qj>Qjm或Qj<Qjm效率低,形成如图1中所示的η=φ(Qj)曲线的形状。所以离心压缩机应在最高效率点(即设计工况点)附近进行工作。

三、典型的喘振事例

例:前郭炼油厂一催化装置的MB-CH型气压机是七级串联水平中分离心式气体压缩机。

1.由转速变化引起的喘振

正常情况下,压缩机转速的改变是由系统反应的压力信号控制,但在机器发生故障时,压力信号不能使汽轮机转速自由调节。某年冬季,由于蒸汽量不足,蒸汽管网压力低,汽轮机用蒸汽经常出现0.7—0.8MPa,机组出现满负荷时非常多,转速上不去,有时只达到给定信号的80—90%,常出现喘振。

2.气体分子量减小引起喘振

催化装置试验采用掺炼渣油,20天后由于渣油中重金属含量高,引起催化剂中毒,使裂化气体组分发生变化,富气中H2组分高达40%(体积百分比),富气分子量降低到将近35(原设计分子量50)。分子量降低后,压缩机发生喘振。

3.压缩机出口管线节流引起喘振

1990年5-6月份,在压缩机出口管路上入容器前打洗涤水,管内径是150mm,结垢后内径变成30mm,出口管路阻塞,管路性能曲线上移,工作点进入喘振区域,发生喘振。

4.入口节流(进口压力低)导致压缩机喘振。

一次,由于压缩机前油气分离罐破沫网脱落,被吸入压缩机入口管,形成节流,进口压力低,导致喘振。

四、防止喘振的措施

防止喘振的基本原理是使流量和压力远离喘振点,即保证流量在稳定工况范围内Qmin<Q<Qmax。压缩机入口的进气量低于机器的喘振流量即Qmin,必将导致喘振的发生,故一般在管路中考虑防喘振的措施,常用方法有几种:

1.部分气流通过防喘振阀放空

这种防喘振措施的作用原理如图3a实线所示。当机器排气量降低到接近喘

振点时,经常感受着气量变化的文氏管流量传感器1便传出信号给伺服马达2,使之开始动作而将防喘振放空阀3打开,使部分气流经放空阀放空。因此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。该方法的缺点是,被放空的气体是经过压缩的,浪费了部分压缩功。

2.部分气流经防喘振阀后回吸气管

如图3b虚线所示,其防喘振作用原理与上述放空法是一样的,区别是将放空的气体接至吸气管循环使用。主要用于有毒,或易燃、易爆的气体管路,以及经济价值较高不宜放空的情况。

3.使机器与供气系统脱开

见图3b,这种防喘振措施适用于供气系统中有几台机器并联工作,或供气系统的容量很大,因而在一段时间内压缩机停止供气时用户仍能得到所需气量。当压缩机的排气量小到接近喘振点时,流量传感器1发生讯号而使伺服马达2工作,它将反喘振阀3打开。这时压缩机排压便下降到接近于放空的压力,而管路端压Pe>Pc,因此止逆阀4关闭,机器与供气系统脱开。在此同时,由流量传感器1送出的讯号也使伺服马达5工作,进气节流阀6关小到只允许有少量的气流经过机器自反喘振阀3排出,它使机器中的温度不致升高到不允许的数值。采用这种措施时,由于机器与供气系统脱开,同时机器的进气还采取节流措施,故这时机器的功耗大为减小。过一段时间后,因用户不断用气而使供气管路中储气量减小及压力下降,当端压Pe下降到某个规定的最低允许值Pemin时,压力传感器7便起作用。它发出讯号使伺服马达2及5动作,将反喘振阀3关闭而使进气节流阀6打开。这时机器的排压便逐步升高,当排压Pc升高到稍大于Pemin时,止逆阀4自动被打开,机器又重新接入供气系统中工作。

为了有效地防止喘振,必须控制放空阀,使其流量维持在不小于整定压力所限制的流量,另外在操作中还要有具体办法:

(1)增加反飞动量,开、停工时不放火炬,压缩机入口的气体流量小,这样就要增加反飞动量,开工时还要从稳定系统向分馏系统倒气体补充气体流量,来维持压缩机入口的流量,保证其在规定值内。

(2)加强稳定系统压力的调节,不能超压。

(3)加强对分馏系统油气分离器液位、界位的控制,加强脱水。

(4)加强压缩机出、入口的排凝,决不能让气体带油。

(5)保证汽轮机的蒸汽压力平稳,不低于设计值。

(6)反应压力高时,可打开入口放火炬阀,压缩机出口压力高时,可打开出口放火炬阀,但注意出、入口放火炬阀不能同时打开。

五、小结

由于在生产实践中,我们积累了大量有关喘振的数据和条件,掌握了喘振发生的根本原因,摸索出喘振发生的规律,并因地制宜采取了一系列行之有效的预防措施,另外对机组实行了特护管理办法,杜绝了压缩机喘振现象的发生,为机组长周期安全运行提供了可靠的保障,从而大大降低了检维修费用,提高了经济效益。总之,离心式压缩机组是催化裂化装置的关键设备之一,该设备的良好运行是经济效益和安全生产的保证,因此,在生产过程中一定要加强机组的维护和保养,避免喘振等现象的发生。

实践证明,喘振现象是完全可以避免的。所谓旋转失速,是因容积流量偏小,在压缩机叶轮中所形成的气流脉动。在正常工况下,气体在流经由叶片组成的扩压通道时,靠近叶轮壁面处的气体会因粘性而速度降低、压力增高,产生边界层分离,在叶片非工作面靠近出口处形成与主流分离的脱离区。在容积流量降低时,气体在叶轮入口处的绝对速度降低,造成气体在进入叶轮叶片通道后的相对速度与设计工况不一致,而冲向叶片工作面。

这样,原来在外工作面上所产生的气流脱离区因更缺乏主流的推动而扩大。流量进一步减少时,脱离区就会变成形成脱离团而堵塞一个或若干个叶片通道。脱离团使叶轮入口处欲流入该叶道的气体受阻,只能改变方向流入相邻的叶道,流入旋转方向前方叶道的气流冲向叶片非工作面,使原有脱离区消失;流向后方叶道的气流冲向工作面,使非工作面处的气体流动状况更差,脱离区扩大成脱离团堵塞叶道,其堵塞后再次造成叶轮入口处的气流改变方向,冲掉前方叶道的脱离团,又使后方叶道形成堵塞。脱离团的运动方向始终与叶轮旋转方向相反,但又随着叶轮一起转动,因此从绝对坐标系上来看,其旋转速度低于叶轮转速,所以称之为旋转失速,又称为旋转脱离。

旋转失速既可以发生在某一级的某几个叶轮流道中,也可以同时发生在某几级的某几个流道中;既可以发生在旋转的叶轮中,也可以发生在固定元件、如扩压器中。显然,旋转失速发生时,气流产生脉动,并引起出口压力及转子振动同时发生变化旋转失速是喘振的前兆,发生旋转失速后,如果容积流量仍继续降低,那么在叶轮中所形成的脱离团的个数会越来越多,当脱离团充满整个叶轮流道时,气体的流动状况极为恶劣,会造成压缩机的出口压力降低,此时管网的气体倒流入压缩机中,使流量短时得到满足,压力重新升高,流向管网。

管网压力恢复后,压缩机的流量又减小,管网中的气体再次倒流。如此周而复始,压缩机与管网一起产生了周期性振荡现象,即为喘振。喘振的特点十分明显,进出口压力发生大幅度波动、机组产生强烈的振动、伴有间歇性的气流吼叫声,生产企业时有发生,早已为人们所熟知,判断非常容易。

离心式压缩机的喘振原因及预防

田立华

中石油前郭石化分公司

摘 要:离心式压缩机发生喘振时,转子及定子元件经受交变的动应力,级间压力失调引起强烈的振动,使密封及轴承损坏,甚至发生转子与定子元件相碰、压送的气体外泄、引起爆炸等恶性事故。因此,离心式压缩机严禁在喘振区域内运行。本文针对喘振的原因和预防措施做了详细论述。

关键词:离心式压缩机 喘振 喘振点性能曲线 旋转脱离

一、喘振机理

喘振的产生包含两方面因素:内在因素是离心式压缩机中的气流在一定条件下出现“旋转脱离”;外界条件是压缩机管网系统的特性。当外界条件适合内在因素时,便发生喘振。

1. 喘振的内在因素

当在设计工况M点工作时Q=Q设(图1、图2),气流的进气角基本上等于

叶轮的进口安装角,气流通畅地进入流道,基本上不出现气流附面层脱离现象,损失也很小。当Q

角i随之增加,气流射向叶片的工作面,而在非工作面上出现气流分离现象。当流量减少到某一程度时,由于叶栅距不相等以及进气气流、叶片几何尺寸不均匀

性等原因,气流先在某一个或某几个叶片上产生脱离,形成一个或几个脱离团。脱离团沿圆周方向移动,其移动方向与转子旋转方向相同。这种脱离团的移动现象称之为“旋转脱离”。

2.喘振与管网的关系

离心压缩机的喘振是其本身的固有特性。压缩机是否在喘振工况点附近运行,这主要取决于管网的特性曲线P=Pa+AQ2。

图2为离心压缩机和管网联合工作性能曲线。交点M为稳定工况点,当出气管路中的闸阀关小到一定程度时,管道中的阻力系数A增大,管网特性曲线左移到图2中曲线4的位置时,与压缩机性能曲线2交于N点,压缩机出现喘振工况,N点即为喘振点。相反闸阀开大时,管道中的阻力系数A减小,管网特性曲线1右移,压缩机流量达到Qmax时,出现滞止工况。最小流量与滞止流量之间的流量为离心压缩机的稳定工况范围。

3.喘振的产生

从图2可以看出:由于管网阻力的增加,管网特性曲线左移,致使压缩机工况点向小流量偏移。压缩机的流量Qj减少,气体进入叶轮和叶片扩压器的正冲角i增加,附面层分离区扩大,产生相对于叶轮旋转方向的“旋转脱离”,使叶轮前后压力产生强烈的脉动。发生旋转脱离时在叶轮的凹面形成涡流区,当流量减小到Qmin时,上述的正冲角i增加得更大,涡流区扩大到整个叶片流道,气流受到阻塞,压缩机出口压力突然下降,而管网中气体压力并不同时下降,这时,管网中压力P1大于压缩机出口压力P2,因而管网中气体倒流向压缩机,直至管网中压力下降到低于压缩机出口压力时才停止倒流。这时压缩机又开始向管网压送气体,使管网中的气体压力再次升高至P1时,压缩机的流量Qj减少到Qmin,出口压力突然降到P2,P1>P2后,管网中气体又倒流向压缩机。

如此周而复始地进行,压缩机时而有气流输出,时而有气体由管路倒灌入机器,产生周期性气流脉动,出现喘振。喘振过程中参数变化的频率和幅度的大小与管网容量有很大的关系。管网的容量相当于整个系统的基本谐振器。管网的容量愈大,喘振的频率愈低,振幅愈大;管网的容量愈小,喘振的频率则愈高,振幅愈小。

由此可知,发生喘振的根本原因就是低流量,在操作中造成低流量的因素很多,归纳为以下几个方面:

(1)压缩机出口压力升高,系统压力大于出口压力,使气体流量降到喘振流量。稳定系统压力高,造成压缩机出口憋压,气体倒流入压缩机,造成机内气体低流量。

(2)入口流量低于规定值,反飞动调节阀失灵。在一定转数和一定气体密度下,能维持一定压力,当开、停机时气体流量少,或者放火炬阀开得过大,最容易引起压缩机入口流量低。

(3)气体密度变化,在一定转数下,离心力下降,引起出口压力及排量下降,通常误认为是抽空现象。

(4)分馏系统操作不稳致使压缩机入口气体带油(例如瓦斯罐液位、界位失灵),液体组分进入机体。

(5)汽轮机的蒸汽压力低或质量差(温度低),机组出现满负荷,转速下降。

(6)调速系统失灵,辅助系统故障,真空效率下降,机组不能额定做功。

二、离心压缩机性能曲线的分析

图2离心压缩机和管网联合工作性能曲线

1.管网特性曲线2.压缩机性能曲线3.效率曲线

1、P=Pa+AQ2管网特性曲线的特点(见图2线1)。

A.关小管网中的闸阀开度,阻力系数A增大,曲线向左移动,当移动至4的位置,与压缩机性能曲线2交于N点,压缩机出现“喘振”的不稳定现象。

B.开大闸阀开度,阻力系数A减小,曲线向右移动与压缩机性能曲线2交于N’点,压缩机在N’点稳定工作。

2、Pc(或ε)=f(Qj)压力-流量曲线的特点(见图2线2)

A.Pc(或ε)随Qj的增加而降低。Qj=Qjm时,冲击、分离损失最小,此时压缩机工作最稳定,效率最高,是设计工况点M。

B.Qj≤Qmin时,当流量达到Qmin时离心压缩机发生喘振现象,压缩机严禁在喘振点N运行。Qmin为喘振流量,也叫最小流量。不同转速下的Pc=f(Qj)曲线都有一喘振工况点,各喘振点的连接曲线就是该压缩机喘振边界线,离心压缩机不允许在喘振边界线的左侧工作。

C.Qj≥Qmax时,离心压缩机发生滞止现象。Qmax为滞止流量,也叫最大流量。滞止工况就是当压缩机流量达到Qmax时,叶轮或叶片扩压器最小截面处的气流速度达到音速,此时流量再也不能增加;或者气流速度虽未达到音速,但叶轮对气体做的功全部用来克服流动损失,气体压力并不升高。

D.喘振流量Qmin与滞止流量Qmax之间即为离心压缩机的稳定工况范围。用比值KQ=Qmax/Qmin表示;或者以比值KQ′=(Qmax-Qmin)/Qjm表示。比值KQ、KQ′越大,压缩机的稳定工况范围越宽。衡量离心压缩机的性能好坏,不仅要求在设计流量下应有最高的效率,而且要求稳定工况范围要宽。

3、η=φ(Qj)效率-流量曲线的特点(见图2线3)

A.Qj=Qjm(设计流量)时,冲击、分离损失最小,故效率η最高。该工况点为设计工况点。又称最佳工况点。

B.Qj>Qjm时,随着Qj的增加,冲击、分离损失与摩擦损失增加的很快,使效率下降的很快,故这段η=φ(Qj)曲线较陡。

C.Qj<Qjm时,随着Qj的减少,冲击损失增加,同时相对漏气和轮阻损失增加,使效率下降。

故效率曲线一般为中间(设计工况点附近)高,偏离设计工况点(即Qj>Qjm或Qj<Qjm效率低,形成如图1中所示的η=φ(Qj)曲线的形状。所以离心压缩机应在最高效率点(即设计工况点)附近进行工作。

三、典型的喘振事例

例:前郭炼油厂一催化装置的MB-CH型气压机是七级串联水平中分离心式气体压缩机。

1.由转速变化引起的喘振

正常情况下,压缩机转速的改变是由系统反应的压力信号控制,但在机器发生故障时,压力信号不能使汽轮机转速自由调节。某年冬季,由于蒸汽量不足,蒸汽管网压力低,汽轮机用蒸汽经常出现0.7—0.8MPa,机组出现满负荷时非常多,转速上不去,有时只达到给定信号的80—90%,常出现喘振。

2.气体分子量减小引起喘振

催化装置试验采用掺炼渣油,20天后由于渣油中重金属含量高,引起催化剂中毒,使裂化气体组分发生变化,富气中H2组分高达40%(体积百分比),富气分子量降低到将近35(原设计分子量50)。分子量降低后,压缩机发生喘振。

3.压缩机出口管线节流引起喘振

1990年5-6月份,在压缩机出口管路上入容器前打洗涤水,管内径是150mm,结垢后内径变成30mm,出口管路阻塞,管路性能曲线上移,工作点进入喘振区域,发生喘振。

4.入口节流(进口压力低)导致压缩机喘振。

一次,由于压缩机前油气分离罐破沫网脱落,被吸入压缩机入口管,形成节流,进口压力低,导致喘振。

四、防止喘振的措施

防止喘振的基本原理是使流量和压力远离喘振点,即保证流量在稳定工况范围内Qmin<Q<Qmax。压缩机入口的进气量低于机器的喘振流量即Qmin,必将导致喘振的发生,故一般在管路中考虑防喘振的措施,常用方法有几种:

1.部分气流通过防喘振阀放空

这种防喘振措施的作用原理如图3a实线所示。当机器排气量降低到接近喘

振点时,经常感受着气量变化的文氏管流量传感器1便传出信号给伺服马达2,使之开始动作而将防喘振放空阀3打开,使部分气流经放空阀放空。因此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。该方法的缺点是,被放空的气体是经过压缩的,浪费了部分压缩功。

2.部分气流经防喘振阀后回吸气管

如图3b虚线所示,其防喘振作用原理与上述放空法是一样的,区别是将放空的气体接至吸气管循环使用。主要用于有毒,或易燃、易爆的气体管路,以及经济价值较高不宜放空的情况。

3.使机器与供气系统脱开

见图3b,这种防喘振措施适用于供气系统中有几台机器并联工作,或供气系统的容量很大,因而在一段时间内压缩机停止供气时用户仍能得到所需气量。当压缩机的排气量小到接近喘振点时,流量传感器1发生讯号而使伺服马达2工作,它将反喘振阀3打开。这时压缩机排压便下降到接近于放空的压力,而管路端压Pe>Pc,因此止逆阀4关闭,机器与供气系统脱开。在此同时,由流量传感器1送出的讯号也使伺服马达5工作,进气节流阀6关小到只允许有少量的气流经过机器自反喘振阀3排出,它使机器中的温度不致升高到不允许的数值。采用这种措施时,由于机器与供气系统脱开,同时机器的进气还采取节流措施,故这时机器的功耗大为减小。过一段时间后,因用户不断用气而使供气管路中储气量减小及压力下降,当端压Pe下降到某个规定的最低允许值Pemin时,压力传感器7便起作用。它发出讯号使伺服马达2及5动作,将反喘振阀3关闭而使进气节流阀6打开。这时机器的排压便逐步升高,当排压Pc升高到稍大于Pemin时,止逆阀4自动被打开,机器又重新接入供气系统中工作。

为了有效地防止喘振,必须控制放空阀,使其流量维持在不小于整定压力所限制的流量,另外在操作中还要有具体办法:

(1)增加反飞动量,开、停工时不放火炬,压缩机入口的气体流量小,这样就要增加反飞动量,开工时还要从稳定系统向分馏系统倒气体补充气体流量,来维持压缩机入口的流量,保证其在规定值内。

(2)加强稳定系统压力的调节,不能超压。

(3)加强对分馏系统油气分离器液位、界位的控制,加强脱水。

(4)加强压缩机出、入口的排凝,决不能让气体带油。

(5)保证汽轮机的蒸汽压力平稳,不低于设计值。

(6)反应压力高时,可打开入口放火炬阀,压缩机出口压力高时,可打开出口放火炬阀,但注意出、入口放火炬阀不能同时打开。

五、小结

由于在生产实践中,我们积累了大量有关喘振的数据和条件,掌握了喘振发生的根本原因,摸索出喘振发生的规律,并因地制宜采取了一系列行之有效的预防措施,另外对机组实行了特护管理办法,杜绝了压缩机喘振现象的发生,为机组长周期安全运行提供了可靠的保障,从而大大降低了检维修费用,提高了经济效益。总之,离心式压缩机组是催化裂化装置的关键设备之一,该设备的良好运行是经济效益和安全生产的保证,因此,在生产过程中一定要加强机组的维护和保养,避免喘振等现象的发生。

实践证明,喘振现象是完全可以避免的。所谓旋转失速,是因容积流量偏小,在压缩机叶轮中所形成的气流脉动。在正常工况下,气体在流经由叶片组成的扩压通道时,靠近叶轮壁面处的气体会因粘性而速度降低、压力增高,产生边界层分离,在叶片非工作面靠近出口处形成与主流分离的脱离区。在容积流量降低时,气体在叶轮入口处的绝对速度降低,造成气体在进入叶轮叶片通道后的相对速度与设计工况不一致,而冲向叶片工作面。

这样,原来在外工作面上所产生的气流脱离区因更缺乏主流的推动而扩大。流量进一步减少时,脱离区就会变成形成脱离团而堵塞一个或若干个叶片通道。脱离团使叶轮入口处欲流入该叶道的气体受阻,只能改变方向流入相邻的叶道,流入旋转方向前方叶道的气流冲向叶片非工作面,使原有脱离区消失;流向后方叶道的气流冲向工作面,使非工作面处的气体流动状况更差,脱离区扩大成脱离团堵塞叶道,其堵塞后再次造成叶轮入口处的气流改变方向,冲掉前方叶道的脱离团,又使后方叶道形成堵塞。脱离团的运动方向始终与叶轮旋转方向相反,但又随着叶轮一起转动,因此从绝对坐标系上来看,其旋转速度低于叶轮转速,所以称之为旋转失速,又称为旋转脱离。

旋转失速既可以发生在某一级的某几个叶轮流道中,也可以同时发生在某几级的某几个流道中;既可以发生在旋转的叶轮中,也可以发生在固定元件、如扩压器中。显然,旋转失速发生时,气流产生脉动,并引起出口压力及转子振动同时发生变化旋转失速是喘振的前兆,发生旋转失速后,如果容积流量仍继续降低,那么在叶轮中所形成的脱离团的个数会越来越多,当脱离团充满整个叶轮流道时,气体的流动状况极为恶劣,会造成压缩机的出口压力降低,此时管网的气体倒流入压缩机中,使流量短时得到满足,压力重新升高,流向管网。

管网压力恢复后,压缩机的流量又减小,管网中的气体再次倒流。如此周而复始,压缩机与管网一起产生了周期性振荡现象,即为喘振。喘振的特点十分明显,进出口压力发生大幅度波动、机组产生强烈的振动、伴有间歇性的气流吼叫声,生产企业时有发生,早已为人们所熟知,判断非常容易。


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