影响气体输送机械稳定运行的因素及日常维护

姜明发，盖延浩，薛蓉

(陕西未来能源化工有限公司，陕西 榆林 719000)

0 引言

化学工业中一些化学反应过程需要在高压下进行，如：费托合成反应、合成氨反应、乙烯的本体聚合等，为了克服管道的阻力，需要提高气体的压力。而气体输送量较大，对相关气体的输送机械出口压力要求较高。在大型化工生产装置中，离心式压缩机是压缩和输送各种气体的关键设备，对整个系统稳定运行具有一定决定作用，压缩机的安全、稳定、良好运行直接影响着整个系统生产稳定性。在实际生产运行中，随着系统长周期运行，压缩机因各种因素导致故障而影响其正常运行效果，甚至影响整个系统的安全稳定运行。

文章首先对常见的气体输送设备对比，简述压缩机的本体结构及基本工作原理。并根据离心压缩机在实际生产运行中出的故障，分析总结出影响其运行效果的主要因素，并对日常维护检修要点提出建议。

1 常见气体输送设备

气体输送设备按其结构和工作原理分为离心式、往复式、旋转式和流体作用式等类型。因气体具有可压缩性，在输送过程中，当气体压力发生变化时，其体积和温度也将随之发生变化，对气体输送机械的机构、形状有很大的影响。因而气体输送根据产生的出口压力或压缩比(即气体出口压力与进口压力之比)进行分类，分为通风机、鼓风机、压缩机、真空泵。其出口压力和压缩比如表1所示。

从表1可以看出：

表1 不同气体输送对比

(1)通风机的压缩比为1.0～1.5之间，结构比较简单；

(2)鼓风机压缩比一般小于4，送气量较大；

(3)压缩机的压缩比与鼓风机刚好相反，其压缩比一般大于4，叶轮数较多，同时压缩机的出口压力相对通风机、鼓风机、真空泵来说是最大的，一般>300 kPa；

(4)真空泵的压缩比一般较大，分为干式真空泵和湿式真空泵。干式真空泵只从容器中抽出干气体，其真空度最高可以达到99.9%；而湿式真空泵由于在抽吸气体的同时带有少量液体，所以湿式真空泵的真空度最高只能达到90%，如水环式真空泵就属于典型的湿式真空泵，其结构简单经凑、没有阀门，且真空泵的出口压力小于当地大气压。

压缩机又根据其结构和工作原理不同，分为往复式和离心式。因离心式压缩机具有排气量大、体小、生产能力大、结构紧凑、质量轻、维护方便、运转平衡可靠、周期长、机器利用率高、供气均匀、易损部件少、气体不与润滑系统接触、动力利用好、投资小、操作费用低等诸多优点，在大型石油化工生产中应用越来越广泛[1-2]。

2 离心压缩机本体结构及工作原理

离心压缩机也称为透平式压缩机，是一种多级离心压缩机，机壳为水平剖分式，其外观图如图1所示，其主要构造如图2所示，其工作原理与离心式鼓风机相同。压缩机主要由定子、转子及支撑轴承、推力轴承、轴端密封等组成，其中压缩机的转子包括主轴、叶轮、轴套、轴螺母、隔套、平衡盘和推力盘等，转子与定子之间设有密封元件。

图1 压缩机构造图

图2 压缩机外观图

离心式压缩机是通过叶轮旋转带动流经叶轮的空气旋转，使气体受到离心力。气体在离心力的作用下产生一定压力，获得速度，空气被甩到叶轮后面的扩压器(如图1中的2和3所示)中去。空气经扩压器逐渐降低速度，动能转变为静压能，使气体压力进一步提高。就这样叶轮不断旋转，空气不断被吸入然后甩出，维持压缩空气的连续流动[3]。

3 影响离心压缩机稳定运行的主要因素

离心式压缩机运行过程中，若调节操作不当，就会出现一系列故障，影响其正常运行，如：

(1)驱动机不启动或关闭；(2)油温油压降低或过高；(3)压缩机轴承故障；(4)供油温度太低或太高；(5)压缩机油喘振与堵塞；(6)密封系统失效、漏气；(7)叶轮损坏；(8)异常振动及噪声等[4]。

主要针对压缩机出现喘振与堵塞现象以及喘振原因，分析并提出相应防范措施，具体如下。

3.1 离心式压缩机喘振与堵塞现象

喘振又叫“飞动”，是离心压缩机的一种特殊现象。当实际流量小于设计流量一定值后，气流进入叶片的方向与叶片进口角度不同发生严重冲击，产生气体分离，压缩机不在排气管路中的气体被倒流回来，经过叶轮压缩后重新压出去。这样是流量又减小，压力突然下降，气体又倒流回来，这样往复循环产生“低频高振幅”的周期性气流脉动，噪声严重，强烈震动，压缩机无法正常工作。如若不及时采取措施，压缩机遭到破坏，这就是喘振。

当实际流量大于某一值时，摩擦和冲击损失增大，气体压力提高受阻，气流速度也不能再提高，流量达到最大，这就是堵塞。流量过小或过大都不利用压缩机正常工作，喘振与堵塞之间区域称之为稳定区，如图3所示。

图3 压缩机性能曲线图

3.2 压缩机喘振原因分析及防范措施

引起压缩机喘振的因素有很多，根据离心压缩机的性能变化曲线图分析主要原因有流量因素、压力、机械部件、转速几方面，具体影响分析如下：

(1)气体流量小，压缩机出口压力下降，进入喘振区域，导致压缩机出现喘振。

实际运行流量小是造成压缩机喘振的根本原因[5]，在转速一定的情况下，流量达到最大时，压比和效率快速下降，将进入阻塞工况区域，所以可以通过增加压缩机入口气体流量的方式。即使气体流量循环使用可以有效控制喘振，避免入口流量过低现象，无论压缩机的压缩比是多少，要保证压缩机的吸入流量比喘振流量大。

(2)气体入口压力过低、出口压力过高，进入喘振区域。

原因可能是压缩机入口过滤器的压差大，产生阻力，导致气体流量减少，进入喘振区。所以平时操作时密切关注压缩机入口过滤器压差情况，若发现压差不在正常范围内需要及时对过滤器进行清理或者将过滤网彻底更换，防止压缩机入口压力过低造成喘振。

(3)机械部件损坏引起喘振。

离心式压缩机内部零件较多且复杂，若初始安装操作不按规范标准，那么压缩机随系统长时间运行就会出现零部件脱落甚至被破坏，进而引起喘振。所以在安装前，需仔细检查基础尺寸和设备的保管情况，参照安装和基础图。同时检查机器的水平及找正，安装联轴器时用定位环定位，加之要定期对压缩机检修和维护。

(4)转速突然降低，被压缩介质的温度、重度等大幅度波动，进气压力低引起喘振。

随系统负荷的提高，压缩机需及时提转速来输送大量的气量。当气量一定时不能一味地提高转速，会引起喘振，但也不能在低速下运行时间过长，不然干气密封中动、静环之间无法形成气膜[6]，导致动、静环无法分离，密封面产生摩擦损坏。所以，压缩机正常运行中若入口流量变化需及时调整转速满足工艺要求，系统加负荷时应先提速后提压。

4 离心式压缩机日常维护保养

设置离心压缩机在运行过程中的自我保护系统，如：干气密封压差调节系统、防喘振控制系统、轴向位移保护系统、油压低保护系统、轴承温度保护系统、震动保护系统。

离心压缩及启动前先进行盘车。为了保证压缩机安全运行，在机组启动前一定要盘车主要为了调整转子、使轴瓦过油、冲动转子减小惯性、发现异常可以及时进行处理。

离心压缩机进行两级养护[7]。一是专业人员要定期对易出现磨损的关键零部件进行加油并保持卫生清洁；二是对长时间停止运行的压缩机要做好润滑管理，再次启用前对油封清洗更换新油。

完善日常维护方案及监管措施。对压缩机日常运行中易出现的故障问题，进行充分分析并总结，制定有效且操作性强的维护技术方案。同时技术管理人员定期进行监控抽查，操作人员对方案的落实执行情况，确保压缩机高效稳定运行。

5 结语

煤化工生产最主要的安全稳定运行，离心式压缩机是大型化工生产中压缩和输送各种气体的关键设备，其结构特殊，零部件复杂，影响离心式压缩机稳定运行的因素较多。因此，本文根据压缩机结构和机理，针对主要影响因素进行分析，并对日常维护保养提出建议，以期提高压缩机运行效率、维护系统稳定、延长使用周期为盼。