离心式空气压缩机喘振故障分析与控制预防

离心式空气压缩机喘振故障分析与控制预防

康晓聪,贾凯

沈阳透平机械股份有限公司，辽宁 沈阳110869

摘要：离心式压缩机是一种实现连续运输和高转速的节能设备，依靠高速旋转的叶片带动气体产生离心力并完成做功。离心式压缩机的发展历程已有百年历史。离心式压缩机的出现和发展晚于往复式压缩机，但目前在许多领域，已逐渐代替往复式压缩机而成为了主要的动力机械，特别是在重大化工生产、气体传输和液化等领域得到了广泛的应用。

关键词：离心式压缩机；应用现状；性能；常见故障

引言

某企业煤气化装置空分单元的空气压缩机采用的是四级离心式压缩机，压缩机的安全可靠运行对生产意义重大。喘振是离心式压缩机在入口流量减少到一定程度时所发生的一种非正常工况下的振动，对于离心式压缩机有严重损害。压缩机的流量控制通过改变入口导叶阀的导叶叶片开度即旋转角度来控制进气量大小，由分散控制系统（DCS）根据导叶阀进口流量经过比例积分微分（PID）运算发出4~20mA控制信号，经过阀门定位器使活塞执行机构带动连杆控制导叶叶片来实现。离心式压缩机设有防喘振的自动放散阀，一旦出口压力过高，压缩机接近喘振区或者发生喘振时，该阀门会自动打开，以解除喘振。

1离心式压缩机在发电领域内的应用现状

布雷顿循环是以乔治.布雷顿的名字命名的热力循环系统，包括绝热压缩、等压加热、绝热膨胀和等压冷却4个部分。超临界二氧化碳(S-CO)布雷顿动力循环是指以二氧化碳为工质的传热体系，其结构紧凑，效率高，安全稳定，在化石能源、核能、太阳能等发电领域得到了广泛的应用。以超临界(S-CO)为工质的离心式压缩机大大提高了布雷顿循环热效率以及各种热源形式的利用。美国Sandia国家实验室和能源部对以S-CO,为工质的发电技术进行了大量的实验，并建造S-CO,压缩机实验台用于研究压缩机的性能。2018年，在德州开建了一个S-CO,光热发电示范项目“SupercriticalTransformationalElectricPower”(“S-TEP”，超临界转换发电装置)，成功推进S.co.发电技术的大型化。相比较于传统的离心式压缩机，S-CO,压缩机具有能耗少、结构紧凑、内部机理复杂等特点。但由于工质的高密度性，S-CO,离心式压缩机表现出的盘腔内泄漏损失和鼓风损失的现象较为严重。曹润、李志刚等人考虑盘腔泄漏对压缩机性能造成的影响，得出盘腔泄漏会导致压缩机启动性能的下降。此外，其气动性能、轴向推力和叶轮的强度也是S-CO,压缩机在设计阶段考虑的关键因素。

2离心式空气压缩机喘振故障分析

2.1定位器故障及行程参数设置不合理

定位器故障。第一次停车后，检查了导叶阀的执行机构和机械部件的动作情况，判断导叶阀HV1111定位器存在故障导致导叶叶片关小。定位器参数设置不够合理。第一次停车后定位器的行程整定参数由最慢响应C设置为较快响应H，阀门空载动作正常，由于阀门参数的设定都是在阀门空载下进行，阀门带载后定位器响应不够迅速，阀门在0%~50%行程部分有卡涩现象。

2.2设备、管道的泄漏较多

往复式压缩机采用填料密封，随着运行时间的推移，泄漏量逐渐变大，且泄漏量难以量化，泄漏较大时泄漏气氮封效果不佳，工艺气直接泄漏至主轴箱，从主轴箱的呼吸阀外泄，造成较大的安全隐患。机身主轴箱密封面、主轴箱与中体接缝渗油现象较普遍，此漏油处理难度大，消漏需拆除曲轴、活塞及气缸等关键部件，消漏费用较高。此外，油路、气路管线的测压、测温点多采用螺纹接口，在运行过程中，机组周围油的泄漏点较多且频繁，造成机组面貌差，维护难。机组运行会有一定的振动，部分气路测温、测压点长时间运行会有松动渗漏的现象。

2.3感应磁条偏转及感应行程过大感应磁条偏转

由于空气压缩机振动导致磁条固定轴存在一定角度偏转，安装于轴上的行程传感器磁条也随之偏转，导致定位器测量到的磁场大小发生改变，从而导致在导叶叶片没有动作的情况下，定位器检测到的阀位随着磁条的偏转发生变化。在导叶叶片不动的情况下，阀位反馈磁条的偏转导致阀位反馈信号超过10%的变化时，阀位反馈信号的偏差会导致定位器短时间内无法跟踪给定信号，导叶叶片出现动作滞后以及突然打开或关闭的风险。

3离心式空气压缩机喘振故障控制预防

3.1定以可靠性为中心的预防性维修（RCM）策略

为保证装置长周期的安全运行，将空压机入口导叶阀HV1111纳入RCM管理。RCM管理是通过分析设备功能以及故障模式，采用安全以及最小资源消耗的维修策略，确定设备的维修级别、类型、内容以及检修频率，达到优化维修的目的。首先将导叶阀HV1111识别为装置安全关键设备，根据制造商提供的指导性设备平均无故障运行时间为5年，通过对执行机构、定位器、仪表气源的失效模式和失效原因进行分析，确定设备维修频率为大修期2年，最终编制预防性维修工单。工单内容包括：在日常维护中要经常检查紧固感应磁条转轴，加强对阀位反馈信号的监控；每次大修期间对定位器进行诊断，及时发现类似缺陷；对执行机构进行泄漏性测试，检查是否窜气；并且制定合理的更换周期对阀门定期进行更换，预防因设备老化引起的故障，每次大修定期触发并执行。

3.2冷却水系统

由于冷却水系统故障会引起气缸温度异常上升，要求相关技术人员必须灵活调节冷却水供给量，充分发挥冷却降温作用，以达到控制气缸温度的要求。在实际处理过程中，必须定期安排检查冷却水系统，全面清理气缸缸套的水垢，定期清理换热器管束，以提高换热效果。一旦零部件出现磨损，及时更换，以最大程度延长机组的使用寿命。同时调整气缸与活塞的距离以减小磨损，控制气缸温度，确保气缸始终处于正常工作状态。

3.3更换定位器并优化定位器行程整定参数更换定位器

将原DVC6200定位器更换为智能型分体式定位器DVC6205＋DVC6215，分体式定位器控制信号4~20mA，自带位置反馈。优化定位器行程整定参数。将定位器行程整定参数H改为最快响应M，重新对定位器进行了校验，阀门动作正常。空分开车后对导叶阀进行带载测试，阀位反馈信号与控制信号偏差小于1%，阀门运行稳定。

3.4活塞环

作为往复式压缩机中重要的核心部件之一，活塞环的故障最为常见。实际处理过程中，技术工作人员要更加重视活塞环设计，保证活塞环开口间隙符合要求，重点检查压缩机润滑情况及气体排温情况，解决活塞环表面粗糙问题。活塞环的磨损严重，会导致压缩机泄漏量增大，此时工作人员需要更换活塞环，防止引发安全事故。活塞环的磨损相对轻微时，可以加大注油量。停机检修时，清洗管路、研磨气缸、调整活塞环热间隙等措施是减少活塞环故障的必要手段

结束语

本文论述了离心式压缩机在不同行业的作用和表现，探讨了其运行条件、特点、优缺点以及常见的失效种类和方式，可为离心式压缩机平稳操作和日常维护提供有效的指导意见。离心式压缩机经过多年的研究和不断发展，不仅能满足大流量的输出和高效率运行，在安全保障方面，离心式压缩机简单易操作，安全系数较高，结构紧凑，运行平稳。在现代大型工业制造领域，离心式压缩机逐渐取代往复式压缩机成为主要的动力机械。但受限于国内离心式压缩机的发展技术，大部分的离心式压缩机依赖于国外进口，在未来十年中，中国由制造大国向制造强国转变，离心式压缩机的制造也会得到飞速的发展。

参考文献

[1]陕卫东,李林,兰成威,尚士鑫.制氢压缩机曲轴抱瓦故障分析及改进[J].科技风,2020(19):148.

[2]喻友均,陶建,宋天佐,胡豫吉,王吉福.闪蒸气压缩机级间改造技术应用实践[J].天然气与石油,2020,38(03):18-22.

[3]李岩.离心压缩机振动故障的分析与处理[J].化工设计通讯,2020,46(05):90-91.

[4]乔侽,丛涵松,陈云伟.离心式压缩机故障诊断分析及处理措施方法研究[J].科技创新与应用,2020(16):120-121.

[5]李大鹏,高宏全,王大勇.往复压缩机气阀故障诊断一例[J].设备管理与维修,2020(07):136-138.