离心空压机喘振与控制

收稿日期:2013－12－11作者简介:李海亮，男，工程师，毕业于西安理工大学机电一体化专业，目前在陕化年产60万吨合成氨配套空分项目中担任渭南陕鼓气体有限公司低温液体充装站站长兼销售主管。离心空压机喘振与控制李海亮(渭南陕鼓气体有限公司，陕西渭南714500)摘要:由于离心式空压机结构简单，排气量大，效率高，目前广泛应用于冶金、化工以及空分等行业。但离心式空压机在运行过程中，对气体的压力、流量以及温度变化较为敏感，容易发生“喘振”现象。离心空压机喘振具有较大的危害性，是造成空压机损坏的主要原因之一。因此，研究和预防喘振的发生，弄清和掌握喘振的机理，采取有效控制措施避免喘振的发生是离心空压机控制中的重要任务。关键词:离心空压机;喘振;控制中图分类号:TK3文献标志码:B文章编号:1000－0682(2014)02－0099－03ThesurgeandcontrolofcentrifugalcompressorLIHailiang(WeinanShaanguGasCo.，Ltd.，ShaanxiWeinan714500，China)Abstract:Becauseofthesimplestructureofcentrifugalaircompressor，largedisplacement，highef-ficiency，nowwidelyusedinmetallurgy，chemicalindustryandairseparation，etc．Butthecentrifugalaircompressorintheprocessofoperation，thegaspressure，flowandtemperaturesensitive，pronetosurgephenomenon．Centrifugalcompressorsurgehasgreatharmfulness，compressordamageisoneofthemainreasons．Ｒesearchandpreventthehappeningofthesurge，therefore，tounderstandandmasterthemechanismofsurge，takeeffectivecontrolmeasurestoavoidtheoccurrenceofsurgeisanimportanttaskincentrifugalaircompressorcontrol．Keywords:centrifugalcompressor;surge;control1离心空压机的喘振现象离心空压机主要由进气口、叶轮、扩压器、冷凝器、出气口等6部分构成。气体首先从进气口进入空压机，然后由高速旋转的叶轮带动气体一起旋转产生离心力，驱使气体沿着扩压器叶珊的切线方向，通过截面逐渐扩大的扩压器，使气体达到降速增压的效果，从而实现离心空压机对气体的压缩和能量传递。在工业领域，气体的压缩往往要经过多级压缩才能达到所需的压力。如果是三级压缩，就要将第一级压缩气体再经过连续两级压缩，才能最终获得满足工艺需求的压力。在每一级气体被压缩后，都会因气体分子热运动的加剧而伴随温度升高，所以，在每一级气体压缩后，都要经过空压机内部级间冷凝器的冷却降温，才能实现气体的低温压缩。渭南陕鼓气体有限公司在陕西煤化工集团年产60万吨合成氨项目中，投入了2套4万吨空分装置，为其提供合成氨生产所需的氧气、氮气成分。其中用于空气压缩的离心空压机就是三级低温压缩，其空气压力要达到6．4kPa。其中第一级空气压缩要达到1．6kPa;第二级要达到4．3kPa;到第三级才能实现6．4kPa的空气压力，以满足后序空分管网的工艺要求。当离心空压机的工况发生变化，流量明显减少时，离心空压机内将出现气流的“旋转脱离”，其中一种是渐进脱离，另一种是突然脱离。气体的旋转脱离在叶片高度的局部顶处产生，对于叶片高度较大的离心空压机，分离扩展到整个叶片的过程是渐进的，称为渐进脱离。而对叶片高度较小的离心空压机而言，分离扩展过程很快，称其为突然脱离。但这两种脱离都是与离心空压机的“离心旋转”有关。当离心空压机叶轮发生气体旋转脱离时，大部分气流方向发生了变化，在叶片的凹面(非工作面)形成涡流区，气体流动受到严重阻塞。此时叶轮虽然还在不停地旋转，但效率已经大打折扣，叶片的旋转大·99·2014年第2期工业仪表与自动化装置部分只是在做着消耗能量的无用功，空压机的排气压力很快下降。而空压机出口的管网压力却高于空压机的排气压力，因此会出现气体倒流现象。这股倒流的气体进入空压机后会在瞬时弥补扩压器叶片流道和叶轮中流量不足的问题，使空压机恢复正常压力，然后空压机又把倒流进来的气体压出去，这样又导致级间的流量减少，空压机的出口压力又会下降，这种倒流现象就又开始