压缩机防喘振控制PPT精选文档

1、 压缩机培训课件 恒力集团 化工组 2015.10.1 压缩机培训课件一、压缩机喘振机理二、压缩机喘振条件三、压缩机喘振现象四、在运行中压缩机喘振原因五、压缩机喘振危害六、压缩机喘振判断七、压缩机喘振预防八、防止与消除喘振的方法九、结束语2 一、压缩机喘振机理离心式压缩机工作的基本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。离心式压缩机的压缩过程主要是在叶轮和扩压器内完成。3压缩机扩压器

2、4 一、压缩机喘振机理当离心式压缩机的操作工况发生变动并偏离设计工况时，如果气体流量减少则进入叶轮或扩压器流道的气流方向就会发生变化。当流量减少到一定程度，由于叶轮的连续旋转和气流的连续性，使这种边界层分离现象讲扩大到整个流道，而且由于气流分离沿着叶轮旋转的反方向扩展，从而使叶道中形成气流漩涡，再从叶轮外园折回到叶轮内圆，此现象称为气流旋离，又称旋转失速。发生旋转脱离时叶道中的气流通不过去，级的压力也突然下降，排气管内较高压力的气体便倒流回级里来。瞬间，倒流回级中的气体就补充了级流量的不足，使叶轮又恢复了正常工作，从而从新把倒流回来的气体压出去。这样又使级中流量减少，于是压力又突然下降，级后的

3、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体振荡现象，这种现象称为“喘振”。5 一、压缩机喘振机理6 二、压缩机喘振条件1、 在流量小时，流量降到该转速下的喘振流量时发生 压缩机特性决定，在转速一定的条件下，一定的流量对应于一定的出口压力或升压比，并在一定的转速下存在一个极限流量喘振流量。当流量低于这个喘振流量时压缩机便不能稳定运行，发生喘振。上述流量，出口压力，转速和喘振流量综合关系构成压缩机的特性线，也叫性能曲线。在一定转速下使流量大于喘振流量就不会发生喘振。2、管网系统内气体的压力，大于一定转速下对应的最高压力时发生喘振如果压缩机与管网系统联合运行，当管网系统压力大大

4、高出压缩机该转速下运行对应的极限压力时，管网系统内高压气体便在压缩机出口形成恒高的“背压”，使压缩机出口阻塞，流量减少，甚至管网气体倒流，造成压缩机喘振。7二、压缩机喘振条件 3、机械部件损坏脱落机械密封，平衡盘密封，O型环等部件安装不全，安装位置不准或者脱落，会形成各级之间，各段之间串气，可能引起喘振；过滤器阻力太大，逆止阀失效或破损也都可以引起喘振。 4、操作中，升速升压过快，降速之前未能首先降压升速、升压要缓慢均匀，降速之前应先采取卸压措施：如放空，回流等；以免转速降低后，气流倒灌5、 工况改变，运行点落入喘振区工况变化，如改变转速，流量，压力之前，未查看特性曲线，使压缩机运行点落入喘振

5、区。8二、压缩机喘振条件6 、正常运行时，防喘振系统未投自动 当外界因素变化时，如蒸汽压力下降或气量波动；汽轮机转速下降而防喘振系统来不及调节；或来气中断等；由于未用自动防喘振装置可能造成喘振7 、介质状态变化造成喘振喘振发生的可能与气体介质状态有很大关系。因为气体的状态影响流量，从而也影响喘振流量，当然影响喘振。如进气温度，进气压力，气体成分即分子量等对喘振都有影响。当转速不变，出口压力不变时，气体入口温度增加容易发生喘振；当转速一定，进气压力越高则喘振流量值也越大；当进气压力一定，转速不变，气体分子量减少很多时，容易发生喘振。9三、压缩机喘振现象 喘振是涡轮压缩机特有的现象， 我们可以从下

6、图的简单模型来解释这一特性 ，从图中可以看出，当容器中压力达到一定值时，压缩机运行点由D沿性能曲线上升到喘振点A流量减 小,压力升高。 这一过程中流量减小压力升高 由A点开始到B点压缩机出现负流量，即出现倒流 ，倒流到一定程度压缩机出口压力下降B-C ,又恢复到正向流动C-D。这样气 流在压缩机中来回流动就是喘振 。伴随喘振而来的是压缩机振动剧烈上升 。类似哮喘病人的 巨大异常响声等。 如果不能有效控制会给压缩机造成严重的损伤，喘振工况的发展非常快速 一般来讲在1-2秒内就以发生。 因而需要精确的控制算法和快速的控制算法才能实现有 效的控制 。10三、压缩机喘振现象11三、压缩机喘振现象 在运

7、行中，压缩机发生喘振的迹象，一般是首先流量大幅度下降，压缩机排气量显著降低，出口压力波动，压力表的指针来回摆动，机组发生强烈振动并伴有间断的低沉的吼声，好象人在干咳一般。判断喘振除凭人的感觉之外，还可以根据仪表和运行参数配合性能曲线查出。12 四、在运行中压缩机喘振原因1、系统压力超高造成这种情况有：压缩机紧急停机，气体为此进行放空或回流；出口管路上的单向逆止阀门动作不灵活关闭不严；或者单向阀距压缩机出口太远，阀前气体容量很大，系统突然减量，压缩机来不及调节，防喘系统未投自动等等。2、吸入流量不足由于外界原因使吸入量减少到喘振流量以下，而转速，使压缩机进入喘振区引起喘振。如下图。这种情况的原因

8、有：压缩机入口滤器阻塞，阻力太大，而压缩机转速未能调节造成喘振；滤芯太脏，或冬天结冰都可能发生这种情况；入口流量减少或切断，如压缩机供气不足，压缩机没有补充气源等等。所有这些情况如不及时发现及时调节。压缩机都可能发生喘振。13 四、在运行中压缩机喘振原因14四、在运行中压缩机喘振原因15四、在运行中压缩机喘振原因16四、在运行中压缩机喘振原因气体相对分子质量气体相对分子质量 如图4所示，离心压缩机在相同转速、不同相对分子质量下恒压进行的曲线，从曲线中可以看出，在恒压运行条件下，当相对分子质量M=20的气体发生喘振时，相对分子质量为M=25和M=28的气体运行点还远离喘振区。因此，在恒压运行工况

9、下，相对分子质量越小，越容易发生喘振。17四、在运行中压缩机喘振原因18四、在运行中压缩机喘振原因入口温度入口温度 恒压恒转速下进行的离心式压缩机在不同入口气体温度时的进行曲线，从曲线上可以看出在恒压运行工况下，气体入口温度越高，越容易发生喘振。19四、在运行中压缩机喘振原因20四、在运行中压缩机喘振原因转速转速 透平式驱动的压缩机，往往根据外界不同流量要求而运行在不同转速下，从图可以知道，在外界用气量一定的情况下，转速越高，越容易发生喘振。 综上所述，出现喘振的根本原因是压缩机的流量过小，小于压缩机的最小流量（或者说由于压缩机的背压高于其最高排气压力）导致机内出现严重的气体旋转分离；外因则是

10、管网的压力高于压缩机所提供的排出压力，造成气体倒流，并产生大幅度的气流脉动。21 五、压缩机喘振危害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。22 五、压缩机喘振危害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，于扰操作人员的正常工作，使一些

11、测量仪表仪器准确性降低，甚至失灵。一般机组的排气量、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。 一般压缩机的排气量、压力比、排气压力和气体密度越大，发生喘振越严重，危害越大 。23控制线喘振线入口流量 (hx)PD/PS止回线转数线24 六、压缩机喘振判断1、听测压缩机出口管路气流的噪音 当压缩机接近喘振工况时，排气管道中会发 生周期性时高时低“呼哧呼哧”的噪音，当进入喘振工况时，噪音立即大增，甚至出现爆声。2、观测压缩机出口压力和进口流量的变化 喘振时，出现了周期性的、大幅度的脉动，从而引起测量仪表大幅度地摆动。25 六、压缩机喘振判断3、观测压缩机的机体和轴承的振动情况

12、 喘振时，机体、轴承的振动振幅显著增大，机组发生强烈的 振动。4、利用故障诊断和状态监测技术进行分析判断 喘振可以分为弱喘振和深度喘振，它们之间没有分界线，一般出现倒流的喘振肯定为深度喘振。弱喘振或级间喘振，仅靠观测故障现象还不能作出准确的判定，这时可以依靠频谱分析等先进的故障诊断和状态监测技术来进行分析判断。26 六、 压缩机喘振判断根据出现振动时的频率特征来判断振动是否因喘振引发的，进而查找故障原因，压缩机接近或进入喘振工况时，振幅要比正常运行时大大增加，喘振频率一般为130Hz。敏感参数变化敏感参数变化随敏感参数变化情况随敏感参数变化情况旋转失速喘振1随着转数变化明显明显2随着介质温度变

13、化变化变化3随着压力变化很明显很明显4随着流量变化很明显很明显5随着负荷变化很明显很明显27 七、压缩机喘振预防1、防喘振系统未投自动的情况下，机组的操作状态必须远离喘振区，留有足够的防喘余度。2、气压机开停与调整时，必须严守“升压先升速，降速先降压”的原则。操作中应缓慢、均匀，多次交替完成升压和变速。3、各岗位应努力平稳操作，控制好冷后温度，力求控制参数在设计范围内。4、操作中必须密切观察主蒸汽和背压蒸汽参数，发现不利趋势及时联系加以调整。28七、压缩机喘振预防 压缩机升压(加负荷)可以通过增加转速和关小直到关死放空阀或防喘振阀阀门来达到，但是这种操作必须小心谨慎，不能操作过快、过急，以免发

14、生喘振。压缩机升压时需要注意几个问题：1、压缩机的升压，有的先采用关闭放空阀来达到，有的采用关闭旁通阀来达到，有的机组放空阀还不止一个。压缩机在起动时这些放空阀或旁通阀是开着的，为了提高出口压力，可以逐渐关闭放空阀或旁通阀。 关阀升压过程中要密切注意喘振，发现喘振迹象时，要及时开大阀门，出口放空阀门全关后，逐渐打开流量控制阀，此时流量主要由流量控制阀来控制。当放空阀全关后，使防喘振流量控制阀投入自动控制。逐渐关小流量控制阀，压缩机出口压力升到规定值。 关阀过程中，同样需要注意避免喘振。如果通过阀门调节，压力不能达到预定数值，则需将汽轮机升速，升速不可太猛过快，以防止发生压缩机的喘振。29七、压

15、缩机喘振预防 2、升压的操作程序的总原则是在每一级压缩机内，避免出口压力低于进口压力，并防止运行点落入喘振区。对各机组应当确定关闭各放空阀和防喘振阀的正确顺序和操作的渐变度。压缩机的出口阀只有在正常转速下，压缩机管路的压力等于或稍高于管网系统内的压力时才可以打开，向管网输送物料。 3、升压时要注意控制中间冷却器的水量，使各段入口气温保持在规定数值。 4、升压后将防喘振自动控制阀拨到“自动”位置。要特别注意压缩机绝对不允许在喘振的状态下运行，压缩机的喘振迹象可以从压缩机发生强烈振动、吼声以及出口的压力和流量的严重的波动中看出来。如果发现喘振迹象应当打开放空阀或旁通阀，直到压力和流量达到稳定为止。

16、30七、压缩机喘振预防压缩机的保压与并网送气当汽轮机达到调速器工作转速后，压缩机升压将出口压力调整到规定压力，压缩机组通过检查确认一切正常，工作平稳，这时可通知主控制室，准备向系统进行送气，即工艺部门压缩机出口管线高压气体送到下一单元。当压缩机出口压力大于工艺系统压力，并接到送气指令后，才可逐步缓慢地打开压缩机出口阀向系统送气，以免因系统无压或压力太大而使压缩机运转状况发生突然变化。当各用气单元将压缩机出口管线中气体导入各工艺系统时，随着导气量的增加，势必引起压缩机出口压力的降低。因此在送气的同时，压缩机必须进行“保压”，即通过流量调节，保持出口压力的稳定。31七、压缩机喘振预防 送气和保压调

17、整流量时，必须注意防止喘振。在调整之前，应当记住喘振流量，使调整流量不要靠近喘振流量；调整过程中应注意机组动静，当发现有喘振迹象时，应及时加大放空流量或防喘振流量，防止喘振。如果通过流量调节还不能达到规定出口压力时，此时汽轮机必须升速。在工艺系统正常供气的运行条件下，所有防喘振阀、放空阀应全关。只有当减量生产而又要维持原来的压强时，在不得已情况下才允许稍开一点回流阀或放空阀，以保持压缩机的功率消耗控制在最低水平。进入正常生产后，一切手控操作应切换到自动控制，同时应按时对机组各部分的运行情况进行检查，特别要注意轴承的温度或轴承回油温度，如有不正常应及时处理。要经常注意压缩机出口、入口气体参数的变

18、化，并对机组加以相应的调节，以避免发生喘振。32八、防止与消除喘振的方法1、防止与消除喘振的根本措施是设法增加压缩机的入口气体流量，采取回流循环。采用上述方法后可使流经压缩机的气体流量增加，消除喘振；但压力随之降低，造成功率浪费，经济性下降。如果系统需要维持等压的话，放空或回流之后应提升转速，使排出压力达到原有水平。在升压、降速、停机前，应当将放空阀或回流阀预先打开，以降低背压，增加流量，防止喘振。还应根据压缩机性能曲线，控制防喘裕度，防喘系统在正常运行时应当投入自动。升速、升压之前一定要事先查好性能曲线，选好下一步的运行工况点，根据防喘振安全裕度来控制升压、升速。33八、防止与消除喘振的方法

19、2、防喘安全裕度就是在一定工作转速下，正常工作流量与该转速下喘振流量之比值，一般正常工作流量应比喘振流量大10513倍。裕度太大，虽然不易喘振，但压力下降很多，浪费很大，经济性下降。在实际运行中，最好将防喘阀门(回流控制阀门)的整定值，根据防喘裕度来整定，太大则不经济，太小又不安全。防喘系统根据安全裕度整定好以后，在正常运行时防喘阀门应当关闭，并投入自动，这样既安全又经济。有的机组防喘振装置不投自动，而用手动，恐怕发生喘振而不敢关严防喘振阀门，正常运行时有大量气体回流或放空，这既不经济又不安全，因为发生喘振时用手动操作是来不及的，结果不能防止喘振。34八、防止与消除喘振的方法3、在升压和变速时

20、，要强调“升压必先升速，降速必先降压”的原则。压缩机升压时应当在汽轮机调速器投入工作后进行；升压之前查好性能曲线，确定应该达到的转速，升到该转速后再提升压力；压缩机降速应当在防喘阀门安排妥当后再开始；升速、升压不能过猛过快；降速降压也应缓慢、均匀。4、防喘振阀门开启和关闭必须缓慢、交替，操作不要太猛，避免轴位移过大，轴向推力和振动加剧。如果压缩机组有两个以上的防喘振阀门，在开或关时应当交替进行，以使各缸的压力均匀变化，这对各缸受力、防喘和密封系统的协调都有好处。35八、防止与消除喘振的方法 “安全压比”升压法对升压时防止喘振是有效的。它的基本原理是根据压缩机各缸的性能曲线，在一定转速下有一个喘

21、振流量值，它与转速曲线的交点便对应一个“喘振压比”（或排出压力）。在此转速下，升压比（或排出压力）达到此数值便发生喘振。因此控制压比也就是控制一定转速下的流量。如果根据防喘裕度，计算出不同转速下的正常流量，也就是安全流量，再查出对应的压比（或排出压力），在升压时根据转速，使压缩机出口压力值不超过安全压比计算出的出口压力，就不会发生喘振了。可以将不同转速下正常流量，排出压力绘成图表和曲线。在升速升压时，根据转速查出安全的出口压力，升压不超过此压力便不会喘振。它们的关系如下图所示。36八、防止与消除喘振的方法37八、防止与消除喘振的方法QC为该转速下的喘振流量；c对应的喘振流量的喘振压比（或排出压

22、力）；QN考虑安全裕度后的正常流量即安全流量；a对应安全流量的安全压比。升压比与出口压力的关系为例：某厂合成气压缩机的“安全压比”计算数据如下表1。本机共有三个缸，选定五个转速即80，85，90，95，100额度转速。38八、防止与消除喘振的方法39八、防止与消除喘振的方法 根据这些转速在性能曲线上查出喘振流量和对应的喘振压比，取防喘振裕度为1.43，正常流量为防喘振流量的1.43倍，这相当安全。再根据正常流量查对应的安全压比，从而算出相应的安全出口压力，再绘出曲线，见下图。 在升速，升压时各转速下，控制出口压力不超过对应的安全出口压力，压缩机就不会喘振。：1.第一段，入口压力0.25MPa。

23、入口温度小于38，分子量8.72.第二段，入口压力取第一段压力降0.15MPa入口温度8；3.第三段，循环气入口温度43，分子量10.94；4.表中压力为绝对压力。一般出口降取0.15MPa。各压缩机都可以根据这个原理算出并绘出安全压比曲线，供升压时使用以防发生喘振。40八、防止与消除喘振的方法41八、防止与消除喘振的方法异常现象异常现象 原原因因处理方法处理方法 喘振压缩机排出流量低于喘振流量 检查防喘振阀并将其调节到喘振流量以上 压缩机吸入温度高调整CW量压缩机吸入气体分子量小 通知反应单元调整或调整返回量压缩机吸入气体压力小 提高压缩机吸入压力 其它单元返回气量、返回温度及压力出现异常

24、切断返回气、调整压缩机吸入排出流量压缩机出口止逆阀失灵停车找维修人员处理 42九、压缩机喘振案例 在合成氨装置开车过程中，2011年12月28日多轴离心式空气压缩机一天内出现了三次喘振放空阀突然打开，二段炉断空气，造成除一段炉及脱碳装置以外其它所有装置停车。2.1 原因分析 2.1.1 第一次喘振放空阀全开 2011年12月28日凌晨010436合成气压缩机汽轮机TK431在投抽汽时，多轴离心式空气压缩机一、二段喘振放空阀突然打开，造成机组甩负荷，其运行状况见图。43九、压缩机喘振案例 从上可见，当汽轮机转速下降5667.6r/m时，其转速已5743r/m，达到了压缩机喘振放空阀突然打开的条件

25、，喘振放空阀打开，因压缩机突然甩负荷，汽轮机转速上升，1m后其转速最高达到6330r/m，但未上升到汽轮机电子跳闸转速6645r/m，所以汽轮机并未跳车。 将中压蒸汽管网的压力、温度及多轴离心式空气压缩机汽轮机转速的状态趋势调出后发现，在010527中压蒸汽管网的蒸汽温度由392下降至258，随之汽轮机的转速下降至5609r/m，见图4。由于图3与图4在不同计算机屏幕上截取的画面，因此存在一定的时间误差。44九、压缩机喘振案例中压蒸汽压力、温度及汽轮机转速45九、压缩机喘振案例 将中压蒸汽管网的压力、温度及多轴离心式空气压缩机汽轮机转速的状态趋势调出后发现，在010527中压蒸汽管网的蒸汽温度

26、由392下降至258，随之汽轮机的转速下降至5609r/m，见图4。由于图3与图4在不同计算机屏幕上截取的画面，因此存在一定的时间误差。图 中压蒸汽压力、温度及汽轮机转速调出合成气压缩机汽轮机TK431抽汽的温度历史记录后发现，010520合成气压缩机汽轮机TK431正在投抽汽系统，在投抽汽前，其抽汽线内的蒸汽温度为126.5，在投抽汽后其温度为258.96，见图5。操作人员曾发现在投抽汽后，温度逐渐下降，很难控制，由此可推断出减温水阀TV7046存在内漏，其内漏会增加暖管难度。46九、压缩机喘振案例TK431汽轮机抽汽温度状况47九、压缩机喘振案例 上述可得，合成气压缩机汽轮机TK431在投

27、抽汽前，因操作人员没有很好地对抽汽管线进行暖管，加之减温水阀内漏，增加了暖管难度，在投汽时将抽汽管线中大量的冷凝水瞬间带入到中压蒸汽管网，使管网内的蒸汽温度很快下降到258，蒸汽温度的下降导致多轴离心式空气压缩机汽轮机转速从5860r/m迅速下降到5743r/m以下，造成压缩机一、二段喘振放空阀突然打开。 2.1.2 第二次喘振放空阀全开 压缩机第一次喘振放空阀全开后造成了二段炉断空气，进而系统连锁反应造成合成气压缩机跳车，这时多轴离心式空气压缩机处于空负荷状态运行，014020多轴离心式空气压缩机加压提负荷，经过00125该压缩机一、二段喘振放空阀突然打开，其运行状况见图6。 从图6可见，在

28、压缩机提负荷时，操作人员逐步关闭一段、二段喘振放空阀，一段出口压力迅速上升。对此，操作人员马上打开一段喘振放空阀，但仍然没有遏制住压缩机一段出口压力的上升，014145一段出口压力达到1.555MPa，其压力已1.5MPa，达到了压缩机喘振放空阀突然打开的条件，喘振放空阀打开，因压缩机突然甩负荷，汽轮机转速急速上升，014201其转速达到6641r/m，汽轮机电子跳闸停车。 48九、压缩机喘振案例49九、压缩机喘振案例调出多轴离心式空气压缩机的出口阀FV2011开度情况、压缩机出口流量以及汽轮机转速状态趋势后发现，在第一次多轴离心式空气压缩机喘振放空阀打开后，压缩机甩负荷，其出口阀FV2011

29、随即关闭，此后该阀一直处于关闭状态，见图7。同时调出压缩机出口副线阀开度趋势后发现该阀也一直处于关闭状态。出口阀FV2011开度及汽轮机转速50九、压缩机喘振案例 上述分析可得，多轴离心式空气压缩机在加负荷提压时，其出口阀FV2011及副线伐一直处于关闭状态，憋压导致压缩机一段出口压力迅速上升，操作人员马上打开一段喘振放空阀，然而其压力仍继续上升达到1.5MPa以上，造成压缩机一、二段喘振放空阀突然打开，紧接着汽轮机转速迅速达到电子跳闸转速而跳车。 2.1.3 第三次喘振放空阀全开 2011年12月28日201812合成气压缩机汽轮机TK431在投抽汽时，多轴离心式空气压缩机一、二段喘振放空阀又一次突然打开，造成机组甩负荷。 通过调查、分析，其原因与第一次喘振放空阀全开原因一样，皆因在合成气压缩机汽轮机投抽汽时暖管不充分，冷凝液瞬间带入到中压蒸汽管网，使管网的蒸汽温度大幅度下降，而造成多轴离心式空气压缩机汽轮机转速下降到5743r/m以下，造成喘振放空阀突然打开。51压缩机喘振案例 2.2 解决措施为防止此类事故再次发生，做出以下操作规定：a）在合成气压缩机汽轮机投抽汽前，操作人员要充分进行暖管，打开导淋放净冷凝液，在其温度280后。方可投汽。 b）为降低暖管难度，对减温水阀TV7046进行检修，避免其内漏。 c）在压缩机提负荷时，压缩机岗位与转化岗位要