离心式压缩机主要用于压缩和运输化工生产中的气体。在离心式氮气压缩机运行过程中，出现小流量不稳定流动的情况时，会出现喘振的现象。轻微的喘振虽不会对压缩机造成损害，但若喘振过于严重，会使流量产生过大的波动，从而导致压缩机内件被损坏。因此，需对离心式氮气压缩机喘振进行分析。
1 压缩机的喘振机理及影响因素
（1）压缩机的吸入流量不能满足实际所需。当压缩比与转速保持不变时，倘若所吸入的流量不能满足压缩机的实际运行所需，会造成压缩机运行工况点向左偏移，从而进入喘振区，出现喘振现象，影响压缩机的正常运转。
（2）压缩机的转速较高。在压缩比与吸入流量保持不变的基础上，如果压缩机的转速高于喘振临界值，压缩机的运行曲线也会发生一定的变化，即运行工况点会逐渐上移进入喘振区域，使压缩机发生喘振现象，给设备的正常运行造成种种阻碍。
（3）压缩机排出口的管网压力高于正常值。在吸入流量一定、转速不变的情况下，如果压缩机排出口的管网压力过大，压缩机的运行工况点与正常点的偏差会越大，出现上移进入喘振区，引发压缩机喘振现象。
（4）压缩机进气温度过高。夏季外界温度较高，压缩机进气温度逐渐升高，也会引发压缩机喘振现象。
（5）压缩机在正常运行中如果动力不足，会使压缩机的转速不能满足实际所需，进而引发喘振现象。
（6）气体冷却器换热效果不理想，若未得到及时的处理，会使得压缩机排气温度过高，引发喘振现象。
通常情况下，离心式压缩机在运行中喘振现象的多发时期有：机组开工初期；设备运行终止阶段；压缩机组生产负荷调整过程中。在这几个阶段，由于压缩机的压力比以及吸入流量的不断变化，工作人员若没有及时调整压缩机的转速或返回线开度，压缩机会出现相关故障现象，影响其正常运行，应引起工作人员的足够重视。
2 喘振的危害
喘振现象对压缩机的危害如下：
（1）喘振会使压缩机出现周期性的震荡现象，长时间的震荡未能及时解决，会造成压缩机运行中的各项参数性能比如流量、转速等出现大幅度的变动，影响设备的稳定、有序运行。
（2）压缩机发生喘振现象后，会造成叶轮应力持续增加，叶片出现一定的振动，设备会发出巨大的噪声，不仅对设备的运行造成影响，也给工作人员带来了一定的困扰。
（3）压缩机的喘振现象若没有及时进行处理，轴承与轴颈的长期接触，轴承合金会因长时间的磨损而出现裂纹，缩短轴承的使用寿命。
（4）喘振现象会破坏压缩机机件的密封性，降低压缩机设备的工作效率。如果设备损坏程度较大，在长期的超负荷运作下很可能引发火灾等不安全事故的发生，给工作人员的生命安全造成一定的威胁。
（5）喘振现象会加剧部件之间的摩擦力度，使设备发生变形等现象，影响其正常运转。
（6）喘振在一定程度上会对与压缩机相关联的设备造成影响，特别是一些精密仪器的精确性会大大降低。
3 喘振的判断
离心式氮气压缩机在运行中，为了最大限度避免喘振现象的发生，对设备进行定期的维护与保养则显得尤为重要。与此同时，作为工作人员还应对喘振现象做出准确的判断，以便在第一时间对设备进行维修。可从以下几个层面对喘振现象做出判断：
（1）离心式压缩机在运作过程中会发出连续的噪声，若噪声的音量较低属于正常现象，如果压缩机的排气管中的气流发出的噪声断断续续，忽高忽低，则压缩机会发生喘振现象。
（2）压缩机的机体或者是轴承出现大幅度的振动现象，机组有明显的振动，也会引发喘振现象。
（3）压缩机的进口流量指示值下降速度过快，出口压力发生周期性的大幅度脉动，都是喘振现象发生的迹象。
4 离心式压缩机的防喘振控制
综观各化工生产中所使用到的离心式压缩机不难发现，大多数压缩机均未设置防喘振控制措施，如果压缩机发生喘振现象则很难在短时间内进行处理。而对离心式压缩机防喘振现象的控制主要是通过对压缩机入口流量的有效调节加以实现的，这样可确保压缩机稳定运行。当前，压缩机喘振控制可采取等流量控制法和等压控制法两种方式。在实际使用中，等流量控制法的使用频率较高。等流量控制法的实施措施是借助防喘振控制阀，以压力与气量双参数为准，对压缩机进行等流量调节。具体可参照图1。
图1 双参数控制防喘振控制系统
对图1进行分析可知，压缩机的出口压力值高于临界值或低于临界值，都会发生喘振现象。从理论上来说，在采用防喘振控制系统进行控制时，可结合上式计算结果最终确定防喘振阀的开与闭。然而在具体的作业中，技术人员往往会按照压缩机给定的防喘振曲线与出口压力等进行综合权衡后，最终明确防喘振阀的开关。该厂所配备的离心式氮气压缩机组主要由液力偶合器、电动机、齿轮箱和压缩机四部分组成。现对离心式压缩机的防喘振控制方法进行详细说明。
4.1 等流量控制
如图2所示，在工作点A1状态下，去气柜控制阀采取手动方式进行控制，如果瓦斯外供需求量低于平均水平的话，会使得燃气管网内的压力迅速增高，工作点也会从A1变为A2，接近喘振线。这时，可在确保入口流量稳定的前提下，打开防喘振阀，将压缩机的工作点进行调整，重新回到A1点，有效避免喘振现象。这种等流量控制法也存在一定的不足之处，压缩机在工作中会将已压缩的气体直接排入大气中，会造成资源的无故浪费。
图2 工作点A1状态
4.2 等压控制
在等压控制状态下，如图3所示，在工作点A1状态下，去气柜控制阀采取手动方式进行控制，如果瓦斯外供需求量低于平均水平的话，会使得燃气管网内的压力迅速增高，工作点也会从A1变为A2，接近喘振线。在这种情况下，可通过降低转速的方式将工作点变为A3。转速的降低也会导致压缩机入口流量逐渐减低，管路特性曲线也会变为L3，压缩机的工作点也会在A4点保持平稳状态，管网压力恢复到正常水平，最终实现等压控制。这种等压控制法的优点是能量可利用效率高，但美中不足的是在A3点有可能引发压缩机喘振现象，所以在工作点移至A2区域时，该方法的适用性不强。
图3 等压控制下工作状态
5 离心式氮气压缩机操作过程中的注意事项
为了避免压缩机喘振现象，离心式氮气压缩机在实际操作中以下几点要特别注意：
（1）压缩机入口压力。在进行压缩机入口压力操作时，工作人员应采取恰当的方式进行处理，尽可能避免波动等不良现象的发生，以保障压缩机运行的稳定性。
（2）压缩机入口流量。工作人员应确保压缩机入口流量的测量值与显示值准确无误，只有这样才能将压缩机的工作点准确地显示出来，帮助工作人员做出正确的决策。
（3）压缩机出口管网压力。压缩机出口管网压力不能出现大的波动，压力过高或过低都会影响设备的正常运行，可通过对压缩机流量的适当调节以确保压缩机出口管网压力趋于平稳状态。
（4）压缩机的开停车操作。压缩机的开停车操作不当也会引发喘振现象的发生，因此在开车时要做到先升速再升压，而在停车前，则应先降低压力再逐渐降速，这样可避免压缩机喘振现象的发生。
6 结语
综上所述，在离心式氮气压缩机运行过程中，为了避免喘振现象的发生，可通过打开喘振控制阀，对压缩机的流量进行相应的调节。如果工作点与喘振线之间存在一定的距离，转速调节法也能有效解决喘振现象，以保障离心式压缩机设备的稳定、有序运行。
参考文献
[1]崔继哲，陈留拴．化工机械检修技术问答[M]．北京：化学工业出版社，2001．
[2]张克危．流体机械原理[M]．北京：机械工业出版社，2010．
[3]何家辉．氮气压缩机防喘振控制系统设计优化及DCS实现[D]．兰州：兰州大学，2016.
收稿日期：2015-09-12
作者简介：李玉忠（1965-），男，河北承德人，江苏中能硅业科技发展有限公司工程师，硕士，研究方向：设备管理。
