LNG 冷劑壓縮機的防喘振機理和控制
責任編輯:cnlng    瀏覽:4088次    時間: 2020-01-08 00:25:10      

摘要:離心壓縮機是透平式壓縮機的一種,是借助高速旋轉的葉輪所產生的離心力將氣體介質壓縮并輸送的一種動力設備。具有處理量大、體積小、結構簡單、運轉平穩、維修量小以及壓縮氣體不受油污的特點。近幾年在石油化工、冶金、機械等行業廣泛運用,比如在西氣東輸工程中全..

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離心壓縮機是透平式壓縮機的一種,是借助高速旋轉的葉輪所產生的離心力將氣體介質壓縮并輸送的一種動力設備。具有處理量大、體積小、結構簡單、運轉平穩、維修量小以及壓縮氣體不受油污的特點。

近幾年在石油化工、冶金、機械等行業廣泛運用,比如在西氣東輸工程中全線選用的是離心壓縮機。離心壓縮機的安全可靠運行對工業生產有著非常重要的意義。

然而,離心壓縮機對氣體壓力、流量、溫度變化較敏感,易發生喘振。喘振是離心壓縮機的一種固有現象,具有較大的危害性,是壓縮機損壞的主要原因之一。

如果能有效避免發生喘振,離心壓縮機的維修量非常;而發生喘振往往造成設備葉輪、主軸、軸承、導葉等重要部件損壞,有時甚至導致整個機組報廢。因此,應當結合生產實踐,逐步掌握喘振的機理,掌握喘振的影響因素,采取有效的防喘振控制措施,提高壓縮機的抗喘振性能和運行可能性。

喘振及相關名詞

喘振

離心壓縮機在運行過程中,當負荷降低到一定程度時,氣體的排出量會出現強烈振蕩,同時機身也會劇烈振動,并發出“哮喘”或吼叫聲,這種現象叫做壓縮機的“喘振”。

特性曲線

壓縮機出口絕壓Pd與入口絕壓Ps之比(或稱壓縮比)和入口體積流量的 關系曲線。

特性曲線

喘振極限線

將不同轉速下的壓縮機特性曲線最高點連接起來所得的一條曲線,即為壓縮機喘振極限線。

喘振工況

離心式壓縮機最小流量時的工況稱為喘振工況。

喘振的機理

離心式壓縮機工作的基本原理是利用高速旋轉的葉輪帶動氣體一起旋轉而產生離心力,從而將能量傳遞給氣體,使氣體壓力升高,速度增大,氣體獲得了壓力能和動能。在葉輪后部設置有通流截面逐漸擴大的擴壓元件(擴壓器),從葉輪流出的高速氣體在擴壓器內進行降速增壓,使氣體的部分動能轉變為壓力能。離心式壓縮機的壓縮過程主要是在葉輪和擴壓器內完成。

當離心式壓縮機的操作工況發生變動并偏離設計工況時,如果氣體流量減少則進入葉輪或擴壓器流道的氣流方向就會發生變化。當流量減少到一定程度,由于葉輪的連續旋轉和氣流的連續性,使這種邊界層分離現象講擴大到整個流道,而且由于氣流分離沿著葉輪旋轉的反方向擴展,從而使葉道中形成氣流漩渦,再從葉輪外園折回到葉輪內圓,此現象稱為氣流旋離,又稱旋轉失速。發生旋轉脫離時葉道中的氣流通不過去,級的壓力也突然下降,排氣管內較高壓力的氣體便倒流回級里來。瞬間,倒流回級中的氣體就補充了級流量的不足,使葉輪又恢復了正常工作,從而從新把倒流回來的氣體壓出去。這樣又使級中流量減少,于是壓力又突然下降,級后的壓力氣體又倒流回級中來,如此周而復始,在系統中產生了周期性的氣體振蕩現象,這種現象稱為“喘振”。

喘振的危害

喘振的危害性極大,當壓縮機發生喘振后,不能正常工作,出口壓力減小,低于出口管道系統壓力,使氣體從管道系統向壓縮機倒流,直到管道系統中壓力低于壓縮機出口壓力,此時倒流停止,壓縮機恢復工作,但是當出口管道系統的壓力恢復到原值時,通過壓縮機的氣體流量再一次減小,這是又發生喘振,如此反復,使系統呈周期性振蕩。

在整個過程中,壓縮機組強烈振動,伴有異常噪聲,對壓縮機內部的迷宮式密封、軸承和葉輪等附屬設施造成極大的損傷,嚴重時壓縮機會受到損壞,與機組出口相連的管道也發生周期振動,管道上的壓力表、溫度表及進口相連的管道也發生周期振動,管道上的壓力表、溫度表及進口處流量計發生大幅度的擺動,與此同時,壓縮機在短時間內反復從空載道過載,這對驅動系統都是非常不利的。

LNG 冷劑壓縮機在工作過程中當進入葉輪的氣體流量小于機組在該工況下的最小流量時(即喘振流量),管網中的氣體會倒流至壓縮機,當壓縮機的出口壓力大于管網壓力時,壓縮機又向管網排氣,短時間內壓縮機將反復上述動作,形成氣體脈動即喘振。喘振發生時機組強烈振動,伴有異常噪聲,嚴重時會損壞葉輪、破壞密封件、造成軸溫迅速升高、耗電量也會增大40%左右。

防止離心式壓縮機喘振的方法主要有兩種:

1、固定極限流量法:

使壓縮機的流量不小于喘振流量,當流量接近喘振流量時打開回路調節閥,將一部分氣體回流。

2、可變權限流量法:

是通過查壓縮機喘振特性圖,得到離心式壓縮機在不同轉速下運行時,其流量不小于該轉速下的喘振流量。前者適用于固定轉速壓縮機組中,壓縮機轉速一定,喘振流量為一定值,控制系統簡單;后者適用于變速壓縮機組中,壓縮機轉速隨時變化,而喘振流量為一動態變化值,控制系統相對復雜。但后者的節能效果優于前者。

LNG項目冷劑壓縮機防喘振控制系統示意圖如圖所示:

防喘振控制系統

冷劑壓縮機為二級壓縮,每級各設一個回流旁路,進口進來的3公斤壓力冷劑通過入口分離器進入離心壓縮機一級壓縮腔,加壓到10公斤壓力后從一級出口送出,依次經過冷卻器、級間分離器、止回閥、二級入口流量計進入到離心壓縮機二級壓縮腔,加壓到32公斤壓力后,依次經過冷卻器、出口分離器出工序。

一段入口處設一文丘里流量計,用來檢測離心式壓縮機一段入口流量,FT為調節器,正作用具有PI比例積分調節特性,其設定值要大于喘振流量值;

調節閥為旁路調節閥,為正作用氣關閥,這是一個單向控制回路。當系統負荷降低時,文丘里流量計檢測到流量減少,則調節器FT輸出減少,作用在調節閥上的壓力信號減少,閥逐漸打開,這樣通過回流的方式促使離心式壓縮機入口流量增加來彌補負荷降低而減少的流量,由此來保證入口不低于造成喘振的最低流量(喘振流量),這是一級防喘振回路(簡稱一回一)。

二級防喘振回路(簡稱二回二)原理同上,不再聱述。一回一和二回二調節采用就地手動調節和組態遠程手動調節兩種。通過一回一和二回二旁路調節流量可以保證冷劑壓縮機正常生產過程中負荷降低時的防喘振調節和開機時的防喘振。即便發生喘振,調節器FT還可以發出階躍信號,使調節閥跳躍開大,瞬間增大回流流量,保證機組快速通過喘振區。

在日常生產操作中為了平穩壓縮機工作,防止喘振的發生,必須注意以下幾點:

(一)壓縮機入口壓力。若壓縮機入口又過濾器,則入口壓力必須指濾后壓力這樣可以防止在濾網堵塞時造成誤操作。壓縮機入口壓力在操作時應盡量采取適當從事保持平穩或者使波動幅度最小,以確保壓縮機運行的平穩。

(二)壓縮機入口流量。壓縮機的入口流量測量及顯示時必須確保準確,這樣壓縮機工作點的顯示才會準確,否則會增加操作難度,且易發生誤操作,造成喘振。

(三)壓縮機出口管網壓力。壓縮機出口管道中容器或燃氣管網壓力應盡量保持平穩,壓力突然過高,易發生喘振;壓力過低,影響外供瓦斯。

(四)壓縮機的開停車操作。在開車時,最好是先升速后升壓;在停車時,最好是先降壓后降速。

總之,在離心式壓縮機運行接近喘振點時,最直接最有效的方法就是打開防喘振控制閥,增加壓縮機流量,進行流量調節。而運用轉速調節的方法大都運用在工作點離喘振線還有一定距離時采用。

因此,當壓縮機工作點在穩定工作區,根據壓縮機出口壓力,進行適當的轉速調節,可以達到節能的目的,影響喘振的因素較多,為保證離心式壓縮機高效、可靠地運行,必須設置相應的控制系統,對喘振現象產生的先兆加以快速和準確的預測與判斷,從而加以控制,以避免喘振現象的發生。

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