LNG 冷剂压缩机的防喘振机理和控制
责任编辑:cnlng    浏览:651次    时间: 2020-01-08 00:25:10      

摘要:离心压缩机是透平式压缩机的一种,是借助高速旋转的叶轮所产生的离心力将气体介质压缩并输送的一种动力设备。具有处理量大、体积小、结构简单、运转平稳、维修量小以及压缩气体不受油污的特点。近几年在石油化工、冶金、机械等行业广泛运用,比如在西气东输工程中全..

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离心压缩机是透平式压缩机的一种,是借助高速旋转的叶轮所产生的离心力将气体介质压缩并输送的一种动力设备。具有处理量大、体积小、结构简单、运转平稳、维修量小以及压缩气体不受油污的特点。

近几年在石油化工、冶金、机械等行业广泛运用,比如在西气东输工程中全线选用的是离心压缩机。离心压缩机的安全可靠运行对工业生产有着非常重要的意义。

然而,离心压缩机对气体压力、流量、温度变化较敏感,易发生喘振。喘振是离心压缩机的一种固有现象,具有较大的危害性,是压缩机损坏的主要原因之一。

如果能有效避免发生喘振,离心压缩机的维修量非常小;而发生喘振往往造成设备叶轮、主轴、轴承、导叶等重要部件损坏,有时甚至导致整个机组报废。因此,应当结合生产实践,逐步掌握喘振的机理,掌握喘振的影响因素,采取有效的防喘振控制措施,提高压缩机的抗喘振性能和运行可能性。

喘振及相关名词

喘振

离心压缩机在运行过程中,当负荷降低到一定程度时,气体的排出量会出现强烈振荡,同时机身也会剧烈振动,并发出“哮喘”或吼叫声,这种现象叫做压缩机的“喘振”。

特性曲线

压缩机出口绝压Pd与入口绝压Ps之比(或称压缩比)和入口体积流量的 关系曲线。

特性曲线

喘振极限线

将不同转速下的压缩机特性曲线最高点连接起来所得的一条曲线,即为压缩机喘振极限线。

喘振工况

离心式压缩机最小流量时的工况称为喘振工况。

喘振的机理

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。

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”。

喘振的危害

喘振的危害性极大,当压缩机发生喘振后,不能正常工作,出口压力减小,低于出口管道系统压力,使气体从管道系统向压缩机倒流,直到管道系统中压力低于压缩机出口压力,此时倒流停止,压缩机恢复工作,但是当出口管道系统的压力恢复到原值时,通过压缩机的气体流量再一次减小,这是又发生喘振,如此反复,使系统呈周期性振荡。

在整个过程中,压缩机组强烈振动,伴有异常噪声,对压缩机内部的迷宫式密封、轴承和叶轮等附属设施造成极大的损伤,严重时压缩机会受到损坏,与机组出口相连的管道也发生周期振动,管道上的压力表、温度表及进口相连的管道也发生周期振动,管道上的压力表、温度表及进口处流量计发生大幅度的摆动,与此同时,压缩机在短时间内反复从空载道过载,这对驱动系统都是非常不利的。

LNG 冷剂压缩机在工作过程中当进入叶轮的气体流量小于机组在该工况下的最小流量时(即喘振流量),管网中的气体会倒流至压缩机,当压缩机的出口压力大于管网压力时,压缩机又向管网排气,短时间内压缩机将反复上述动作,形成气体脉动即喘振。喘振发生时机组强烈振动,伴有异常噪声,严重时会损坏叶轮、破坏密封件、造成轴温迅速升高、耗电量也会增大40%左右。

防止离心式压缩机喘振的方法主要有两种:

1、固定极限流量法:

使压缩机的流量不小于喘振流量,当流量接近喘振流量时打开回路调节阀,将一部分气体回流。

2、可变权限流量法:

是通过查压缩机喘振特性图,得到离心式压缩机在不同转速下运行时,其流量不小于该转速下的喘振流量。前者适用于固定转速压缩机组中,压缩机转速一定,喘振流量为一定值,控制系统简单;后者适用于变速压缩机组中,压缩机转速随时变化,而喘振流量为一动态变化值,控制系统相对复杂。但后者的节能效果优于前者。

LNG项目冷剂压缩机防喘振控制系统示意图如图所示:

防喘振控制系统

冷剂压缩机为二级压缩,每级各设一个回流旁路,进口进来的3公斤压力冷剂通过入口分离器进入离心压缩机一级压缩腔,加压到10公斤压力后从一级出口送出,依次经过冷却器、级间分离器、止回阀、二级入口流量计进入到离心压缩机二级压缩腔,加压到32公斤压力后,依次经过冷却器、出口分离器出工序。

一段入口处设一文丘里流量计,用来检测离心式压缩机一段入口流量,FT为调节器,正作用具有PI比例积分调节特性,其设定值要大于喘振流量值;

调节阀为旁路调节阀,为正作用气关阀,这是一个单向控制回路。当系统负荷降低时,文丘里流量计检测到流量减少,则调节器FT输出减少,作用在调节阀上的压力信号减少,阀逐渐打开,这样通过回流的方式促使离心式压缩机入口流量增加来弥补负荷降低而减少的流量,由此来保证入口不低于造成喘振的最低流量(喘振流量),这是一级防喘振回路(简称一回一)。

二级防喘振回路(简称二回二)原理同上,不再聱述。一回一和二回二调节采用就地手动调节和组态远程手动调节两种。通过一回一和二回二旁路调节流量可以保证冷剂压缩机正常生产过程中负荷降低时的防喘振调节和开机时的防喘振。即便发生喘振,调节器FT还可以发出阶跃信号,使调节阀跳跃开大,瞬间增大回流流量,保证机组快速通过喘振区。

在日常生产操作中为了平稳压缩机工作,防止喘振的发生,必须注意以下几点:

(一)压缩机入口压力。若压缩机入口又过滤器,则入口压力必须指滤后压力这样可以防止在滤网堵塞时造成误操作。压缩机入口压力在操作时应尽量采取适当从事保持平稳或者使波动幅度最小,以确保压缩机运行的平稳。

(二)压缩机入口流量。压缩机的入口流量测量及显示时必须确保准确,这样压缩机工作点的显示才会准确,否则会增加操作难度,且易发生误操作,造成喘振。

(三)压缩机出口管网压力。压缩机出口管道中容器或燃气管网压力应尽量保持平稳,压力突然过高,易发生喘振;压力过低,影响外供瓦斯。

(四)压缩机的开停车操作。在开车时,最好是先升速后升压;在停车时,最好是先降压后降速。

总之,在离心式压缩机运行接近喘振点时,最直接最有效的方法就是打开防喘振控制阀,增加压缩机流量,进行流量调节。而运用转速调节的方法大都运用在工作点离喘振线还有一定距离时采用。

因此,当压缩机工作点在稳定工作区,根据压缩机出口压力,进行适当的转速调节,可以达到节能的目的,影响喘振的因素较多,为保证离心式压缩机高效、可靠地运行,必须设置相应的控制系统,对喘振现象产生的先兆加以快速和准确的预测与判断,从而加以控制,以避免喘振现象的发生。

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