压缩机喘振及其预防

压缩机喘振及其预防 2011年第1期(总225期)?15? ???????? :使用维修:文章编号:1006-2971(2)01_o.l5JD4.??????' 压缩机喘振及其预防 苏灵波.房旭鹏 (中国石油管道公司新建管道运行筹备组,河北廊坊065000) 摘要:首先分析了压缩机喘振产生的原因,然后论述了压缩机喘振对长输管道安全运行的危害.根据 西气东输管道的设计和运行经验,总结出防止压缩机产生喘振的技术措施. 关键词:压缩机;喘振;压力比;天然气管网;防喘振阀 中图分类号:TH45文献标志码:A TheCompressorSurgeandItsPrecautions SULing—bo,FANGXu-peng (ThePreparatoryGroupofNewEstablishedPipelineRunning,ChinaPetroleumPipelineCo mpany,LanKfang,065000,China) Abstract:First,thereasoncausingcompressorsurgeisanalyzed.Secondly,thehazardsofcom pressorsurgeto thesafeoflong—distancepipelinerunning.Accordingtotheexperiencesofdesignandrunningofwesttoeastg as pipelineproject,thetechnicalmeasuresofpreventingcompressorsurgeissummarized. Keywords:compressor;surge;pressureratio;naturalgaspipelinenetwork;anti—surgevalve 0引言 离心式压缩机广泛应用于天然气长输管道中, 是天然气长输管道的动力源.在流量不足的情况 下,离心式压缩机容易发生喘振.压缩机发生喘振 时,可能引起压缩机的密封及轴承损坏,甚至形成气 体外泄,爆炸等恶性事故.因此,必须预防压缩机发 生喘振. 1压缩机的喘振机理 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".对于离心压缩机,在每一速度下, 运行到某负荷时,压缩机工作出现不稳定,这一故障 点称为压缩机的喘振点.超过该点后的不稳定的脉 动工况称为压缩机的喘振. 压缩机出口绝压P与入口绝压P之比为压缩 机的压力比.压缩机的压力比和入口体积流量的关 系曲线,称为压缩机的特性曲线.典型压缩机特性 曲线如图1所示.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,即形成压缩机喘 收稿日期:2010一10—25 振极限线,压缩机的喘振极限线如图2所示. 离心式压缩机最小流量时的工况称为喘振工 况.压缩机的特性曲线是驼峰形状,当离心式压缩 机流量减小到压缩机特性曲线最高点以下时,压缩 机冲角大于临界冲角,这时,几乎所有叶道都充满分 离旋窝.由于来流受阻,能量大为损耗,压力比严重 下降,致使流量不再能向后排出,级后管网中积存的 高压气体将发生倒流,并把级内气体冲出级前.由 于叶轮仍在旋转,气流将进入级中,又会发生叶道严 重分离与倒流,级中时而正流,时而倒流,造成气体 在压缩机中来回震荡,进而造成压缩机的流量和出 口压力剧烈波动.可见压缩机喘振的的内因是叶道 中的旋转失速,气流的严重分离;外因是管网中积蓄 着高压气体. 图1离心式压缩机的特性曲线 压缩机技术2011年第1期 图2喘振极限线及安全操作线 2影响压缩机产生喘振的因素 压缩机产生喘振的主要原因是压缩机的流量小 于压缩机的最小流量.压缩机的流量过小,导致机内 出现严重的气体旋转分离;同时,天然气管网的压力 高于压缩机所提供的排压,造成气体倒流,并产生大 幅度的气流脉动.除了流量之外,影响压缩机产生喘 振的因素还有压缩机的转速,气体相对分子质量,压 缩机人口的温度和压力,以及管网的容积和背压等. 2.1流量 图3为压缩机出口压力P与流量Q的关系曲 随着流量的减少,压缩机的出 线.从图3可以得出, 口压力逐渐增大,当达到该转速下最大出口压力时, 机组进入喘振区.在喘振区内,随着压缩机出口压 力的减小,流量也随之减小,压缩机发生喘振.可 见,压缩机流量是压缩机发生喘振的重要原因之一. 在压缩机运行的过程中,必须控制压缩机的最小流 量,确保压缩机不发生喘振. 图3不同转速下出口压力与流量的关系 图4不同相对分子质量时的性能 2.2转速 压缩机的转速也是影响喘振产生的重要因素. 从图3可以知道,在外界用气量一定的情况下,转速 越高,越容易发生喘振.在压缩机实际运行的过程 中,应该考虑在不同转速的条件下,控制压缩机的最 小流量. 2.3气体相对分子质量 气体相对分子质量同样可以影响压缩机产生喘 振.从图4可以看出,在恒压运行条件下,当相对分 子质量M:20的气体发生喘振时,相对分子质量为 M:25和M=28的气体运行点还远离喘振区.因 此,在恒压运行工况下,相对分子质量越小,越容易 发生喘振. 2.4入口压力 压缩机的入口压力是影响喘振产生的另_个原 因.如图5所示,压缩机的入口压力P>P:>P,在 压缩机恒压的运行工况下,人口压力越低,压缩机越 容易发生喘振. 图5不同入口压力时的性能 6不I司入口温度时的性能 2.5入口温度 影响喘振产生还有一个因素是压缩机的入口温 度.图6是在压力和转速一定的情况下压缩机在不 同入口气体温度时的P—Q曲线.从图中可以得 出,在恒压运行工况下,气体入口温度越高,越容易 发生喘振.也就是说,对同一台离心式压缩机来说, 夏季比冬季更容易发生喘振. 2.6管网的容积和背压 管网的容积和背压决定了压缩机内外的压力 2011年第1期苏灵波,等:压缩机喘振及其预防 差,而压缩机内外的压力差影响喘振的强度.管网 容积越大,背压越高,压缩机喘振的破坏性越大.可 见,管径越大的输气管道,压缩机产生喘振的强度越 大,破坏性越强. 3压缩机喘振对长输天然气管道安全运行 的危害 压缩机喘振是压缩机的固有特点,对压缩机本 身和天然气管道都会产生破坏作用,直接影响长输 天然气管道的安全运行. 离心式压缩机发生喘振时,首先影响到压缩机 本身.由于在喘振过程中,压缩机的转子及定子元 件受交变应力的冲击,从而引起级间压力失调,压缩 机组强烈振动,伴有异常噪声,对压缩机内部的密 封,轴承和叶轮等附属设施造成极大的冲击,严重时 压缩机会受到损坏,极有可能破坏压缩机的密封及 轴承. 离心式压缩机发生喘振时,也会影响到天然气 管网.当压缩机发生喘振后,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,又发生一次喘振,如此反复,使系统呈周期性 振动,与机组出口相连的管道也发生周期性振动,管 道上的压力 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ,温度表及进口相连的管道也发生周 期振动,严重时会产生管道震裂,气体外泄和爆炸等 恶性事故. 4压缩机喘振的预防措施 压缩机产生喘振的根本原因是气体流量过小, 压缩机人口的进气量低于压缩机要求的喘振流量. 所以防止压缩机喘振的基本原理是使流量和压力远 离喘振点,确保流量在稳定工况范围内.经过对西 气东输天然气管道的运行分析,通过优化设计和合 理操作,可以预防压缩机产生喘振. 4.1管道设计方面 4.1.1增设并接的防喘振阀 在压缩机进出口管线增设并接防喘振管线,在 防喘振管线上安装防喘振阀6和流量传感器FTr,其 中阀6为防喘振阀,参见图7.当压缩机流量降低 到接近喘振点时,流量传感器FT传出信号给防喘 振阀的电磁启动7和8,使之开始动作而将防喘振 放空阀VV打开,使部分气流经放空阀放空,或者将 放空的气体接至吸气管循环使用.这样不论外面需 气量是多少,压缩机中流过的气量,总是大于喘振气 量而使压缩机能正常工作. 1.过滤分离器2.电动机3.压缩机 4.冷却器5.控制器6.防喘振阀7.电磁启动 8.电磁启动9.位置传感器l0.行程开关 SV一进口阀DV一出口阀LV一加载阀VV一防空阀 rrr一温度传感器rr一流量传感器PT一压力传感器 图7防喘振控制回路示意图(一) 4.1.2增设压缩机工艺旁路 为了提高压缩机的入口流量,可以经过冷却器 设置旁路管线.这样,可以使压缩机出口的部分气 体经过冷却器后返回压缩机入口,避免产生喘振,参 见图8. 1.过滤分离器2.压缩机3.冷却器4.防喘振阀 图8防喘振控制回路示意图(二) 4.1.3防喘振自动保护系统 防喘振自动保护系统包括防喘振控制阀,防喘 振控制器,流量监测系统,温度传感器和压力传感 器.其原理是当通过压缩机组的流量减少到防喘控 制流量时,压缩机的防喘阀将自动打开.压缩机排 出的部分流量将输送至站场过滤器的人口汇管上, 这样可以确保增加机组的人口流量,同时可以确保 压缩机能够在正常的运行条件下继续运行.当压缩 机停机时,机组控制系统将关闭防喘阀下游阀门. 4.2生产运行方面 为了预防压缩机产生喘振,在压缩机运行管理 过程中,需要注意以下几个问题: (下转第31页) 2011年第1期涂仁辉:轴流压缩机防喘振控制优化改进 优化前后同期的相关检测统计数据进行测算,节能 效益非常可观. 优化前,2006年11月,2007年10月平均气耗 率:3.38(t//万131) 优化后,2007年11月,2008年10月平均气耗 率:3.09(t//万m) 2007年11月,2008年10月总送风量: 128566.3(万m) 2007年11月,2008年10月可节约蒸气: (3.38—3.09)×128566.3=37284.23(t) 节约蒸气(3.43MPa,435~C)折算成标煤: 3807.91(t) 4.3使AV系列轴流压缩机的工况范围扩大 防喘振控制系统优化后,压缩机工作工况范围扩 大5%以上,最大有效送风功率增加10%左右的提升 空间,从而为更好的适应高炉不同工况下的供风需求 挖掘增产潜力创造了可能.图3为防喘振控制系统 优化前,后的轴流压缩机有效工作范围示意图. 4.4更加易于操作 通过在人机界面和控制回路细节上的优化,降 低了防喘振阀的操作难度,可以实现防喘振阀关阀 过程完全自动化,压缩机从放风运行状态切换到送 风状态的复风过程,可以由5min左右缩短到30s 左右,并且确保工况点不会进入喘振区,从而最大程 度地避免了事故发生的可能. AV系列轴流厉【工作范围 图3AV轴流压缩机有效工作范围示意图 5结束语 通过对高炉轴流压缩机防喘振控制系统的优 化,有效地提高了压缩机和高炉的运行安全,扩大了 压缩机工作工况范围,减少能源浪费,而且易于操 作,可以做到"即防压缩机喘振,又防高炉崩料",达 到了安全,节能,降噪等多重效益. 作者简介:涂仁辉(1960一),男,高级 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师,从事电气技术及其管 理工作. (上接第17页) (1)当压气站人口过滤器压差增大时,要及时 更换滤网. (2)冬季加强防冻保温工作.冬季温度低,天 然气中的重烃成分很容易液化,堵塞管路,很可能造 成压缩机喘振,给压缩机的安全运行带来隐患. (3)加强压缩机出,人口的排凝,避免气体带油 水进入压缩机. (4)加强稳定系统压力的调节,不能超压. (5)如果要求流量恒定不变,可通过降低压缩 机出口压力,增加入口压力或两者同时进行,以减小 通过压缩机的压力比,防止压缩机发生喘振. (6)如果要维挣匣定转速,必须提高进入压缩机的 流量或减小压缩机的压力比,避免压缩机发生喘振. (7)如果工艺要求的压力比,比压缩机产生的 压力比高,可通过提高压缩机的转速来得到高的压 力比.转速的提升受压缩机和驱动设备的最大允许 运行转速的限制. 压缩机喘振是天然气管道安全生产的重要隐 患.压缩机发生喘振,不但能损坏压缩机本身,而且 对天然气管网造成严重冲击.借鉴西气东输管道工 程的经验,可以从天然气管道设计和运行管理等方 面预防压缩机发生喘振. 参考文献: [1]闫宝东,李国兴.天然气管道现场技术与管理文集[M]北京: 石油工业出版社,2006. [2]李长俊.天然气管道输送(第二版)[M].北京:石油工业出版 社,2008. [3]徐忠.离心式压缩机原理(修订本)[M].北京:机械工业出版 社,1990. [4]黄春芳.天然气管道输送技术[M].北京:中国石化出版社, 2009 作者简介:苏灵波(1970一),男,满族,辽宁锦州人,中国石油管道公司中 原输油气分公司副经理,现从事天然气管道运行维检修理管理工作.