文档介绍：对涩宁兰输气管道压缩机喘振的探讨
刘君涛
摘要:本文主要对输气管道压缩机喘振危害、喘振产生的原因进行分析,提出预防和防止喘振的方法,防止在生产中压缩机喘振的发生。
主题词:离心式压缩机喘振管网特性自动化防喘系统
一、喘振定义及其危害
⑴、喘振的定义
在管网中,由于工况改变,流量明显减少,出现严重的旋转脱离,形成突变型失速。此时,工作轮虽旋转,但不能提高气体压力,压缩机出口压力显著下降。而管网容量较大,反应不灵敏,管网压力并不马上减低。于是可能出现管网压力反大于压缩机出口压力的情况,因而管网中的气体就向压缩机倒流,直到管网压力下降到低于压缩机出口压力为止。这时倒流停止,气体又在叶片作用下正向流动,压缩机又开始向管网供气。但当管网压力不断回升,又回复到原有水平时,压缩机正常排气又受到阻碍,流量又下降,系统中的气体又产生倒流。如此周而复始,在整个系统发生了周期性的轴向低频大振幅的气流振荡现象,即为喘振。
图1
图1(a)表示压缩机的正常运行工况;图1(b)表示压缩机的喘振运行工况。图1中C-代表流量 P-代表压力值 Pd-代表排气压力。
⑵、喘振的危害
压缩机是不允许在喘振条件下运行的,它可能造成以下危害:
第一:它可能损坏如密封、O形环等压缩机零部件,特别是损坏轴流压缩机动叶,甚至引起动、静零部件等重大碰撞损坏。对止推轴承产生冲击力,破坏轴承油膜稳定,损坏轴承。可能破坏油密封系统,使油膜密封的油气压差失调,造成油膜密封故障。
第二:可能破坏机器的安装质量,破坏各部分调整好的间隙值,甚至引起轴的变形等,引起机器在以后运行中振动加剧。
第三:可能使一些有关仪表失灵或使仪表准确性降低。
⑴、稳定工况点分析
当离心压缩机向管网中输送气体时,如果气体流量和排出压力都相当稳定(即波动甚小),这就是表明压缩机和管网的性能协调,处于稳定操作状态。这个稳定工作点具有两个条件:一是压缩机的排气量等于管网的进气量;二是压缩机提供的排压等于管网需要的端压。所以这个稳定工作点一定是压缩机性能曲线和管网性能曲线交点,因为这个交点符合上述两个相关条件。为了便于说明,把容积流量折算为质量流量G。图2中线1为压缩机性能曲线,线2为管网性能曲线,两者的交点为A点。假设压缩机不是在A点而是在某点A1工况下工作,由于在这种情况下,压缩机的流量G1大于A点工况下的G0,在流量为G1的情况下管网要求端压为PB1,比压缩机能提供的压力PA1还大△P,这时压缩机只能自动减量(减小气体的动能,以弥补压能的不足);随着气量的减小,其排气压力逐渐上升,直到回到A工况点。假设不是回到工况点A而是达到工况点A2,这时压缩机提供的排气压力大于管网需要的压力,压缩机流量将会自动增加,同时排气压力则随之降低,直到和管网压力相等才稳定,这就证明只有两曲线的交点A才是压缩机的稳定工况点。
图2 离心压缩机的稳定工况点
⑵、喘振工况分析
离心压缩机最小流量时的工况为喘振工况。如图2所示,线1为带驼峰形的离心压缩机P-G特性曲线,A3点为峰值点,当离心式气压机的流量减少到使气压机工作于特性曲线A3点时,如果因某种原因压缩机的流量进一步下降,就会使压缩机的出口压力下降,但是管路与系统的容积较大,而且气体有可压缩性,故管网中的压力不能立即下降,仍大于压缩机的排压,就会出现气体倒流入机器内。压缩机由于补充了流量,又使出口压力升高,直到出口压力高于管网压力后,就又排出气体到系统中。这样压缩机工作在A3点左侧时造成气体在机内反复流动振荡,造成流量和出口压力强烈波动。A3点所对应的工况就是压缩机的最小流量工况。出现喘振的原因是压缩机的流量过小,小于压缩机的最小流量,管网的压力高于压缩机所提供的排压,造成气体倒流,产生大幅度的气流脉动。
⑶、喘振实例分析
当压缩机的性能曲线与管网性能曲线两者或两者之一发生变化时,交点就要变动,也就是说压缩机的工况将有变化,从而出现变工况操作。
离心压缩机的特性曲线(ε-Q)与压缩机的转速、介质的性质及进气状态有关。性能曲线的变化如图3所示。ε-代表进出口压比 Q代表气体流量。
图3 性能曲线的变化
离心压缩机的工况变化并不是在人们有意识控制下变化,而是间接地接受到生产系统乃至驱动机的意外干扰而发生。离心式压缩机经常发生意料之外的喘振。举例如下。
图4 离心压缩机性能变化造成喘振的情况
a、某压缩机原来进气温度为20℃,工作点在A点(见图4-a),因生产中冷却器出了故障,使来气温度剧增到60℃,这时压缩机突然出现了喘振。究其原因,就是因为进气温度升高,使压缩机的性能曲线下移,由线1下降为
1’,而管网性能曲线未变,压缩机的工作点变到A’点,此点如果落在喘振限上,就会出现喘振。
b、某压缩机原在图4-b所示