1、壓縮機異常喘振原因分析及有效對策1、引言 在多年對電力、冶金、石油化工、煤化工、油田、航空等行業(yè)軸流式壓縮機和離心壓縮機的 狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷工作中，發(fā)現(xiàn)不論是新投產(chǎn)的機組、還是運行多年的機組，都由于各種 不同原因引起喘振或旋轉(zhuǎn)分離，經(jīng)常看到因為喘振問題造成機組振動過大，聯(lián)鎖停機、推力 瓦磨損、徑向瓦磨損、葉輪開裂、葉片斷裂、部件磨損、管線開裂等等問題，引起問題的原 因很多，本文列舉了13 種，并給出7 種典型喘振原因案例，包括相應對策和效果，案例和 方法基本都是筆者獨創(chuàng)和首次提出應用的，沒有資料可以參考和借鑒，而應用效果驗證了解 決問題方法的正確性。同時本文提出一點設想。2、旋轉(zhuǎn)分離與喘振常

2、見的與不常見的原因 對于離心與軸流式壓縮機，由于入口流量低于性能曲線對應的轉(zhuǎn)速下的流量，因為葉片入口 安裝角的微小誤差，會在某只或某幾只葉片的非工作面發(fā)生邊界層分離，并且沿著旋轉(zhuǎn)方向 依次發(fā)生，故稱為：旋轉(zhuǎn)分離，當流量進一步降低，旋轉(zhuǎn)分離在所有流道和整級、整機發(fā)生， 并和出口罐及管系聯(lián)合作用，就會發(fā)展成喘振；造成喘振的物理機理很簡單，而對于一起起 發(fā)生在具體機組上的喘振故障，所引起喘振的具體原因，卻是形形色色、各種不同的存在。 比如發(fā)生在西南地區(qū)某石化乙烯氣透平壓縮機進口管線、或出口管線、及機內(nèi)通流截面局部 堵塞引起的， 發(fā)生在中油遼寧某石化的乙烯氣離心壓縮機組的喘振是防喘系統(tǒng)控制邏輯問題造成

3、，每天損 失產(chǎn)值過億圓， 中石化武漢中韓石化開工過程中乙烯氣透平壓縮機組喘振是由于入口罐引液不足問題造成， 損壞了干氣密封； 中油東北某石化空分裝置透平壓縮機的喘振是因為環(huán)境濕度過大造成； 山東某石化丙烯氣透平壓縮機喘振是入口氣體溫度過低造成的； 華能公司某電廠的多軸式離心壓縮機引起的喘振是環(huán)境粉塵造成的，造成機組無法運行； 神華某煤化工企業(yè)甲醇氣透平壓縮機喘振是工藝系統(tǒng)反應收率低引起的，每年損失1.8億圓； 西南某石化丙烯氣循環(huán)壓縮機喘振是機后換熱器管束粘結(jié)物料問題引起的； 東北某石化甲烷氣透平壓縮機喘振是降速過程轉(zhuǎn)速與流量不匹配問題引起的， 中海油某石化透平壓縮機喘振是現(xiàn)場沒有進行實際氣體

4、防喘標定造成的， 東北某石化焦化裝置透平壓縮機喘振是選型過大引起， 中油、中石化多臺新比隆二氧化碳透平壓縮機喘振是設計問題造成的， 西北某煤化工企業(yè)透平壓縮機喘振是改造問題引起的，等等。3、引起喘振的 7種原因及解決方案和效果驗證因為篇幅關系，上述13 種引起喘振原因及解決辦法不能全部列出，這里僅通過近幾年完成 的 7 個效益顯著的案例，介紹引起喘振的不同原因的解決方案；3.1、案例 1 中油遼寧某石化防喘系統(tǒng)控制邏輯問題造成的乙烯氣離心壓縮機組 的喘振案例該機組2012年10 月與80萬噸乙烯裝置同步投產(chǎn)運行，剛剛投入正常生產(chǎn)，突然出現(xiàn)因為 振動過大，聯(lián)鎖停機的問題，每天一到三次振動過大聯(lián)鎖

5、停機，我們利用機組的互聯(lián)網(wǎng)遠程 在線監(jiān)測系統(tǒng)及時進行了遠程監(jiān)測診斷分析， 根據(jù)遠程數(shù)據(jù)分析，立即給出書面分析報告，振動聯(lián)鎖停機原因是屬于喘振引起的；但是數(shù) 次發(fā)出書面診斷報告后，現(xiàn)場采取相應措施后，喘振一直沒有得到抑制。每停機一次就會損 失 1 仟多萬元的乙烯氣原料，每天停機兩次就會造成一億多圓人民幣的產(chǎn)值損失，面臨著嚴重的經(jīng)濟效益和環(huán)保等社會效益問題。急生產(chǎn)所急，立即趕到現(xiàn)場，進一步解決問題。現(xiàn)場 調(diào)取在線監(jiān)測系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)，確認故障性質(zhì)與遠程診斷一致。然后在控制室調(diào)取DCS數(shù)據(jù)， 發(fā)現(xiàn)機組發(fā)生喘振時，控制系統(tǒng)中的防喘控制系統(tǒng)，已經(jīng)動作，防喘系統(tǒng)執(zhí)行了降速、提流 量控制程序，但是我們根據(jù)歷史流

6、量趨勢曲線、降速趨勢曲線、聯(lián)鎖停機時間點等數(shù)據(jù)綜合 分析，防喘控制系統(tǒng)程序的邏輯存在問題，不適合該機組。于是我們與壓縮機控制系統(tǒng)提供 商 3C 公司進行了溝通，立即修改了防喘控制邏輯參數(shù)，此后再沒有因此造成喘振停機問題， 為企業(yè)贏取了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益！由此改變了一個日產(chǎn)值過億圓的大型化工裝置開 工過程的命運。um3HVI 1693M*S2O12-10-2905: 00:36. 614BumfumiriVVIDO- 27 3177um|K-1650（歷史轉(zhuǎn)速甜射圉）um3HVI 1693M*S2O12-10-2905: 00:36. 614BumfumiriVVIDO- 27 3177u

7、m|K-1650（歷史轉(zhuǎn)速甜射圉） 二一 .05；W：17加曲凸的;(W胡05:0032M:dS,3600040452012-1029卻14釧苗翌_ 曲VI価羽 41-1 V11陰理 4V VI 1631案例 2 中石化武漢中韓石化開工過程中由于入口罐引液不足問題造成乙烯 氣透平壓縮機組喘振案例2013 年7月，中石化武漢中韓石化開工，年產(chǎn)80萬噸乙烯裝置的乙烯氣透平壓縮機組投入 運行，開機時間不長，帶負荷運行了數(shù)分鐘，發(fā)生了多次振動過大現(xiàn)象，只好停機分析原因。 當時指揮開工的企業(yè)副總經(jīng)理，在機組發(fā)生強烈振動時，他恰好位于單向閥附近，感覺單向 閥振動非常大，建議拆檢單向閥，其他人沒有異議，最后

8、設備監(jiān)測診斷人員，根據(jù)在線監(jiān)測 系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)和圖譜，分析認為機組強烈振動不是單向閥的問題，例如，振動信號中 20Hz 的低頻分量遠遠高于轉(zhuǎn)頻分量等跡象，說明機組發(fā)生了喘振！此時自控專業(yè)開工領導認為： 防喘系統(tǒng)調(diào)試得非常正常，不會喘振；我們認為：防喘系統(tǒng)正常并不能完全防止喘振，關鍵 是要有足夠的體積流量，就如同人餓了，僅僅張開嘴，并不解決饑餓問題，必須有食物進入 口中并咽下，才起作用！此時工藝專業(yè)開工專家指出：主機廠負責人擔心降溫太快造成轉(zhuǎn)子 彎曲，不允許操作人員引足夠介質(zhì)液進入入口緩沖罐；證實了引起喘振的原因是機組入口流 量不足，防喘系統(tǒng)也無法真正發(fā)揮作用。第二天發(fā)現(xiàn)干氣密封及動環(huán)已經(jīng)由于喘

9、振過大而損 壞！現(xiàn)場無法修復，返廠修復。案例 3 神華某煤化工企業(yè)因為工藝系統(tǒng)反應收率問題引起的甲醇氣透平壓 縮機喘振案例2015 年 4 月，神華某煤化工企業(yè)的甲醇氣透平壓縮機組出現(xiàn)振動過大問題，無法滿負荷運 行，只能帶50%負荷運行，造成每天派出30 臺大罐車長途運回甲醇，滿足后續(xù)生產(chǎn)，每年 經(jīng)濟損失1.8 億人民幣，同時還存在極大的安全環(huán)保隱患！我們應邀去分析原因和解決問題。 初步的信息是：機組一加負荷就會振動過大停機。我們對該機組不同轉(zhuǎn)速工況的振動信號進 行了分別采集分析， 現(xiàn)場實際情況是，一臺汽輪機驅(qū)動一臺離心壓縮機，壓縮機一個缸內(nèi)一根轉(zhuǎn)子分為兩段：合 成段，壓縮輸送新鮮甲醇氣體、循

10、環(huán)段，壓縮輸送反應塔內(nèi)反應后剩余的甲醇氣體，工藝包 設計為合成段+循環(huán)段總流量，在同一工況下為常數(shù)，我們監(jiān)測到的數(shù)據(jù)說明，轉(zhuǎn)速即負荷 一提高合成段就會發(fā)生喘振，因為負荷一旦提高，來自合成反應塔的循環(huán)段氣體流量就增加， 合成段流量就會隨之下降，造成合成段發(fā)生喘振。這種狀況下負荷需要增大，循環(huán)段需要提 流量增速，而為了保證系統(tǒng)的總流量，合成段需要降低流量及降速，汽輪機只有一臺，壓縮 機轉(zhuǎn)子只有一根，不可能循環(huán)段升速、合成段降速；企圖在機組本體上解決喘振問題是不可 能的！于是我們想到一個降低循環(huán)段流量的辦法，循環(huán)段流量能降低，合成段流量就可以提 高，也就能消除喘振問題！據(jù)此我們向企業(yè)提出提高合成反應

11、塔收率即提高反應塔內(nèi)溫度的 辦法，第一步提高10C，神華包頭煤化工企業(yè)人員立即咨詢國外的反應塔生產(chǎn)商，外商回 復是：合成反應塔可以提高10 C。我們在現(xiàn)場立即出具分析書面診斷報告，給出診斷結(jié)論 和解決方案；結(jié)論： 1、通過升降速排除油膜渦動和油膜震蕩問題；2、振動過大屬于因合成 段流量過小、循環(huán)段流量過大，造成的合成段旋轉(zhuǎn)分離和喘振問題；建議： 1、合成反應塔 溫度提高10C； 2、盡量保證合成段質(zhì)量流量約在300T/H （根據(jù)組成略作調(diào)整），循環(huán)段盡 量保證流量在額定流量。企業(yè)采用我們的措施后，負荷提高到95%以上。企業(yè)再也不需要每 天 30 臺大罐車長途運回甲醇啦！每年可節(jié)省1.8 億圓人

12、民幣，取得明顯的經(jīng)濟效益和社會 效益。案例 4 西南某石化因為機后換熱器管束粘結(jié)物料引起的離心壓縮機喘振案 例2018 年 3月 5日 8:40到 9：30，該企業(yè)一臺丙烯氣循環(huán)離心壓縮機，突然出現(xiàn)異常振動， 軸振動峰峰值達到85 微米以上，該壓縮機軸振動報警值60微米、聯(lián)鎖停機值80微米，轉(zhuǎn) 速 999 轉(zhuǎn) / 分，之前多年運行時正常軸振動峰峰值 20-35 微米之間，振幅正常時頻譜中主要 是轉(zhuǎn)頻分量，頻率16.54Hz、幅值22.4微米，而振動增大時，僅可明顯見到15Hz分量、幅 值達到 51.9 微米，高于正常時的通頻振幅。我們快速排除其他不可能原因，認為該壓縮機發(fā)生了喘振，在再次出現(xiàn)過

13、大振動之前，我們 向客戶提交了分析診斷結(jié)論：機組因為體積流量過小發(fā)生了喘振；原因是介質(zhì)入口溫度偏低、 并且機組氣流通流系統(tǒng)通流截面存在減小問題。確認該機組振動原因的難點在于，出現(xiàn)振動 變化前后，見圖（5），頻率之比是15Hz（異常頻率）/16.5Hz（轉(zhuǎn)頻）=0.91倍頻，這種情況下， 下喘振的結(jié)論，受到國內(nèi)外設備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷專業(yè)書籍、資料、案例的約束！國內(nèi)外 資料、書籍，給出的喘振頻率及旋轉(zhuǎn)分離頻率都在0.8 倍頻之下，那么這起喘振案例的0.91 倍頻，屬于史上少見、顛覆傳統(tǒng)的存在。我們認真全面分析之后，沖破約束、打破現(xiàn)有資料 的條條框框，從故障機理與離心壓縮機的氣動熱力分析原理的角度

14、大膽給出結(jié)論， 3 月 12 日再次從技術角度與業(yè)主溝通，達成共識，決定進一步查清引起罕見喘振的原因。3 月 16 日停機，全面檢查壓縮機通流系統(tǒng)：閥門、管線、機后冷卻器等部位，檢查發(fā)現(xiàn)機組的列管 式后冷卻器的管束被物料堵塞、反應器內(nèi)大量結(jié)塊物料堵塞流道，驗證了我們的結(jié)論。祀!紳耐-|WiA/祀!紳耐-|WiA/血 vWuWUAMaW0AAA/v：QlWVW*4I *4I 案例 5中油、中石化多臺透平壓縮機因為設計問題引起的喘振案例 前些年，中石油、中石化等從國外引進的十三套大化肥裝置，其中關鍵的五大機組中的二氧 化碳透平壓縮機，機組是由一臺汽輪機驅(qū)動壓縮機的低壓缸、再連接增速箱驅(qū)動壓縮機的高

15、 壓缸，高壓缸工作轉(zhuǎn)速13900-15000轉(zhuǎn)/分，出口壓力150kg/cm2，均由意大利新比隆壓縮 機公司設計制造（之前是美國的技術）。在對該機組進行長達二十多年的離線與在線監(jiān)測過 程中，我們發(fā)現(xiàn)機組無論在任何工況下運行，都避不開輕度的喘振即旋轉(zhuǎn)分離狀態(tài)，在任何 工況下監(jiān)測機組高壓缸的振動信號中都存在0.75倍頻的分量，轉(zhuǎn)頻231.8Hz,同時始終存在 一個低頻 170.835Hz， 170.835/231.8=0.74 倍頻。我們對該機組高壓缸的額定流量、壓力、級數(shù)、效率、壓比分配等，采用流道法進行了氣動熱力校核，模擬現(xiàn)場運行環(huán)境，得出結(jié)果是，在該機高壓缸的特定介質(zhì)、流量、壓力等參數(shù) 下，

16、常規(guī)設計方法，試圖保證運行時不發(fā)生輕度喘振即旋轉(zhuǎn)分離是很難做到的。三期妁M 11.0115:3439陽主澹標如了引11. Im2&20了41S. 5,f. 6妣6.40Z5. 4. 611032Li1?J100三期妁M 11.0115:3439陽主澹標如了引11. Im2&20了41S. 5,f. 6妣6.40Z5. 4. 611032Li1?J1002004007008Q0 9麗 10001035丙烯壓縮機1160VIAEQ2X （通頻趨勢圖）】阿!：00朋dwjaa：D0.M羽財曲硼100X)0.0002(kon：.wi4M-OC丙烯壓縮機1160VIAEQ2X （通頻趨勢圖）】阿!：00

17、朋dwjaa：D0.M羽財曲硼100X)0.0002(kon：.wi4M-OC：O0jOCOUM生畀.(NW J2：ODXNJ.OOO 20ie-12-時間0:457.000dm 2aiB12/30 4創(chuàng)沖9恥7主衢標QH工，Dum丙1 VI AB02X （歷史頻譜劇 51我岸3Q.620沖血ma59Hz1QOO1240Hzj案例 6某煤化工企業(yè)因為改造引起的喘振案例 這是一臺煤化工企業(yè)的丙烯氣透平壓縮機組，額定轉(zhuǎn)速3618轉(zhuǎn)/分，工作轉(zhuǎn)速3455轉(zhuǎn)/分， 6級5段。2018年該壓縮機投入使用后流量和壓力達不到設計和生產(chǎn)的需求；為此進行改造， 增加了1級葉輪的直徑及隔板尺寸，以及3、4級的隔板

18、幾何尺寸。改造后運行時發(fā)現(xiàn)軸振 動增大HS:45:37.M lDDdOO.OaQ lODzN.Oaa 201B-12-2!9anbi wyiaboy軸振動報警值63.5微米，實際振幅達到88.7微米以上，并且振動信號中出現(xiàn)了之前不存在的 29Hz 分量，而且幅值明顯大于 59Hz 的轉(zhuǎn)頻分量幅值，同時壓縮機的軸位移值也出現(xiàn) 30 微米以上的振幅波動，我們分析認為振動過大的原因是，壓縮機流道改造時，一級葉輪直徑 的設計尺寸過大，工藝系統(tǒng)工況的實際體積流量，不能滿足葉輪改造后的體積流量，壓縮機 內(nèi)發(fā)生了喘振。我們建議優(yōu)化各段流量分配、適當降低轉(zhuǎn)速、提高機組防喘能力。案例 7某企業(yè)因為環(huán)境濕度引起的軸流+離心壓縮機喘振案例該機組是一臺工業(yè)汽輪機拖動的軸流壓縮機+離心壓縮機，介質(zhì)是空氣，工作轉(zhuǎn)速 8100 轉(zhuǎn)/分，流量48000-49000M3/H。某年夏季，該壓縮機組突然出現(xiàn)振動波動，軸振動波動范 圍30 微米到60 微米，存在一定的規(guī)律，每天白天下午振動增大，夜間振動減小，生產(chǎn)工藝 參數(shù)沒有做任何調(diào)整。我們采集了機組不同振動狀態(tài)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)白天振動大通頻軸振幅峰 峰值60微米時，主要是45Hz的低頻分量增大，幅值超過工頻；夜間振動小的時候通頻軸 振幅峰峰值 31微米時，譜圖中只有明顯的工頻分量幅值， 45Hz 的低頻分量幅值很低。見圖據(jù)此數(shù)據(jù)我們診斷分析，結(jié)論是：振動波動是因為