注氣往復(fù)式壓縮機脈動控制的設(shè)計

a

LiUTECH注氣往復(fù)式壓縮機脈動控制設(shè)計注氣往復(fù)式壓縮機在運行初期，排壓低。隨著壓縮機持續(xù)工作，排壓逐步升高，最后達到正常運行工況。如遼河油田某注氣項目，壓縮機在注氣初期排壓僅為2MPa，達到正常運行工況時為28MPa。排壓差別引起級間壓力分配和流量變化，由此導(dǎo)致對應(yīng)的脈動控制設(shè)計也有所不同。但一臺壓縮機組只可能有一種脈動控制設(shè)計。這就使得需要同時兼顧正常和低排壓兩種運行工況的注氣往復(fù)式壓縮機脈動控制設(shè)計成為了一個難點。具體地說，低排壓工況下流量大、流速高、壓降大，往往使得在正常工況下滿足API618標準要求的脈動控制設(shè)計，因壓降嚴重超標而不再合格。但如為了保證在低排壓工況下壓降合格，增加孔板內(nèi)徑或濾波管尺寸等，常常又會導(dǎo)致正常工況下的壓力脈動超標。目前，解決這對矛盾的主要方法是進一步增加緩沖罐尺寸。但這種做法不僅提高了生產(chǎn)成本，同時因緩沖罐尺寸變大、機械固有頻率下降，也增加了機械振動的風(fēng)險。通過分析低排壓工況下級間壓力和流量的計算結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)目前大多數(shù)低排壓工況的數(shù)據(jù)，是通過采用經(jīng)驗方法估算級間壓力損失的方法計算得到的。也就是，在工況性能計算程序中，按經(jīng)驗估計級間壓力損失，并據(jù)此計算級間壓力分布和流量。因低排壓工況下的級間壓力損失大，難以按經(jīng)驗一次性估計準確，往往使得計算出來的流量比實際流量大，計算出來的脈動控制壓降也比實際情況下的壓降嚴重得多。這種計算上的誤差，加大了低排壓和正常工況下脈動控制設(shè)計之間的矛盾。很可能將一個由正常工況計算得到、在低排壓工況下實際上合格的脈動控制方案，在低排壓工況檢驗中，計算成“不合格”而導(dǎo)致不必要的重新設(shè)計。為了緩解甚至消除目前低排壓和正常工況下脈動控制設(shè)計之間的矛盾，有必要提高低排壓工況數(shù)據(jù)的計算準確性。為此，本文提出一種迭代方法計算低排壓工況下的級間壓力損失，并據(jù)此計算級間壓力和流量。具體做法是：在工況性能計算程序中，參照正常工況經(jīng)驗數(shù)據(jù)估計級間壓力損失，計算得到各級間壓力和流量;再在脈動分析軟件中，輸入、使用計算得到的工況數(shù)據(jù)，進行脈動控制設(shè)計，并同時得到各級間壓力損失;然后，比較脈動分析軟件中計算得到的和工況性能計算程序中估計的級間壓力損失值。如相差較大，則用前者替代后者，進行新一輪級間壓力和流量計算，脈動控制設(shè)計計算，以及級間壓力損失計算;如此反復(fù)，直到脈動分析軟件中計算得到的級間壓力損失，與本輪工況性能計算程序中所使用的級間壓力損失輸入值接近為止。應(yīng)用這種方法，使用壓縮機工況性能計算程序和BentleyPuls脈動分析軟件，我們成功設(shè)計了國內(nèi)某注氣項目壓縮機脈動控制方案。該項目壓縮機組總體布置如圖1所示，三級壓縮。本文以第3級排氣緩沖罐設(shè)計為例，通過使用一個正常工況和一個低排壓工況為例，說明所提方法的應(yīng)用過程，以及對注氣往復(fù)式壓縮機脈動控制設(shè)計結(jié)果的影響。2、壓縮機組及運行工況壓縮機的主要技術(shù)參數(shù)型式：臥式雙列三級雙作用aUUTECH ……功率：1800kW排量：35-40萬方/天（天然氣）進氣壓力：1.45MPa排氣壓力：28MPa（正常工況）氣缸直徑：一級①245mm;二級①180mm;三級①135mm活塞行程：139.7mm壓縮機轉(zhuǎn)速：990轉(zhuǎn)/分運行工況機組共有120個運行工況，其中40個為正常運行工況，80個為低排壓工況。本文選取工況1（為正常工況:進壓1.45MPa，排壓28.0MPa，流量35.1萬方/天）和工況85（為低排壓工況：進壓1.45MPa，排壓8.0MPa，流量37.2萬方/天）進行示例計算。按一般經(jīng)驗數(shù)據(jù)，估計一、二、三級級間壓力損失分別為管線壓力的2%，1%和1%，使用工況性能計算程序，計算得到工況1和工況85的級間工況數(shù)據(jù)分別如表1和表2所示。注意，低排壓工況下的三級氣缸處于吹過（非工作）狀態(tài)。3、使用目前經(jīng)驗方法的脈動控制設(shè)計使用Puls脈動分析軟件，對第3級排氣系統(tǒng)建立脈動分析模型如圖2所示。按API618（第五版）標準方法3,使用表1所示的正常工況數(shù)據(jù)進行分析，得到脈動控制設(shè)計方案為：緩沖罐尺寸如圖3所示，罐中加NPS2英寸長1080mm的濾波管，并在氣缸和緩沖罐出□加內(nèi)徑45mm的孔板。此時，計算得到系統(tǒng)最大壓力脈動、緩沖罐上的不平衡力、以及脈動控制引起的壓降分別為允許值的92%,20%和15%。脈動控制設(shè)計滿足API618標準要求。使用表2所示的低排壓工況數(shù)據(jù)對此脈動控制設(shè)計進行檢查計算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的最大壓力脈動是允許值的117%（見圖4）,脈動控制引起的壓降是允許值的119%。說明由正常工況計算得到的該脈動控制設(shè)計，在低排壓工況條件下，不滿足API618標準要求，需要進行調(diào)整。0LiUTECH￡ihRdrl^ma^tdrcl|/n>rf-w.砧odtfy附2f<八QWM?即qy；.^riuih.RchtHpX白門Xq-//，尤；Bf?S：；S?管%3V學(xué)戶?金二立尊W即，■攝國?；一■」z%c守。弓*JLUJ1曲刊確312.5*嚙*TRRskq.Lii口匡O&C依據(jù)低排壓工況數(shù)據(jù)，調(diào)整脈動控制設(shè)計如下:增加緩沖罐內(nèi)的濾波管尺寸到2.5英寸，以及去掉氣缸出口處的孔板。在此新的脈動控制設(shè)計條件下，低排壓工況下的最大壓力脈動、緩沖罐上的不平衡力、以及脈動控制引起的壓降分別為允許值的99%，16%和57%，滿足API618脈動控制設(shè)計標準要求。使用正常運行工況數(shù)據(jù)檢查該調(diào)整后的脈動控制設(shè)計，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)最大壓力脈動、緩沖罐上的不平衡力、以及脈動控制引起的壓降分別為允許值的160%，30%和5.5%。雖然脈動不平衡力和壓降滿足標準要求，但系統(tǒng)脈動值超標嚴重。這就說明，調(diào)整前的脈動控制設(shè)計滿足正常工況運行要求，但不滿足低排壓工況要求。調(diào)整后的脈動控制設(shè)計滿足低排壓工況要求，但不滿足正常工況運行要求。因此，脈動控制設(shè)計需要進行進一步調(diào)整，例如加大緩沖罐尺寸等。但是，如前面所敘，加大緩沖罐尺寸會增加制造成本，以及有可能引起新的機械振動方面的問題。4、修正低排壓工況數(shù)據(jù)進行脈動控制設(shè)計

aLiUTECH L上面過程說明了因考慮低排壓工況所導(dǎo)致的脈動控制設(shè)計修改。但查看表3第3、4行可以發(fā)現(xiàn)，對應(yīng)低排壓工況，通過Puls脈動分析軟件計算得到的級間壓力損失與工況性能計算程序所使用的輸入估計值差別很大。這就說明，目前所使用的低排壓工況數(shù)據(jù)是不準確的，需要進行修正，并用修正后的工況數(shù)據(jù)檢查由正常工況計算得到的脈動控制設(shè)計結(jié)果。為此，把Puls脈動分析軟件計算得到的級間壓力損失，作為工況性能計算程序中的級間壓力損失輸入，重新計算低排壓工況數(shù)據(jù)。經(jīng)2次迭代，一、二、三級級間壓力損失分別由最初的估計值（即管線壓力的2%，1%和1%），調(diào)整為管線壓力的2.5%、3.2%和8%。此時，由Puls脈動分析軟件計算得到的級間壓力損失與工況性能計算程序所用的輸入值非常接近（見表3第5、6行數(shù)據(jù)）。按此級間壓力損失，經(jīng)工況性能計算程序得到的級間工況數(shù)據(jù)如表4所示。從表4可以看到，經(jīng)壓力損失調(diào)整后，各級間進、出口壓力也進行了重新分配，其中三級缸由以前的不作用狀態(tài)變?yōu)樽饔脿顟B(tài)，同時流量也有所降低。此工況數(shù)據(jù)與表2所示的數(shù)據(jù)相比，因是通過迭代過程得到，更加接近低排壓工況的實際情況。使用調(diào)整后的低排壓工況數(shù)據(jù)，重新復(fù)核由正常工況得到的脈動控制設(shè)計，結(jié)果表明計算的最大壓力脈動（圖5）、緩沖罐上的不平衡力、以及脈動控制引起的壓降分別為允許值的95%，10%和70%，滿足API618標準要求，無需作進一步調(diào)整。工況一、、二級間他P窺二、三級間化PR三級排氣到出口（kPa）正常工況性能計算程序輸入值70.0110.0280.0工況Pu唇脈動分析軟件計算值66.9106.4283.5低排壓工況性髓計算程序輸入值50.060.080.0工況Puls脈動分析軟件計算值80.2164.3804.0調(diào)整后的低排壓工況工況性能計算程序輸入值80.0160.0700.0Pu底脈勖分析軟件計算值76.0159.0709.0作為參考信息，表3中第1、2行還分別列出了在正常工況下，通過Puls脈動分析軟件計算得到的級間壓力損失與工況性能計算程序中所輸入的壓力損失估計值。兩者非常接近。說明在正常工況下，使用管線壓力的2%，1%和1%作為一、二、三級級間壓力損失估計值是準確的。5、結(jié)論分析結(jié)果表明:aUUTECH ……(1)本文提出的通過迭代調(diào)整級間壓力損失，提高低排壓工況數(shù)據(jù)計算準確性的方法，可有效緩解注氣往復(fù)式壓縮機低排壓和正常工況下脈動控制設(shè)計之間的矛盾，避免不必要的脈動控制設(shè)計修改。同時，設(shè)計的脈動控制方案因工況輸入數(shù)據(jù)準確更加符合實際情況。(2)本文提出的迭代調(diào)整級間壓力損失的方法，也可推廣應(yīng)用到大功率機組正常工況下的級間壓力損失確定，以及其它缺乏級間壓力損失估計。經(jīng)驗數(shù)據(jù)的機組。以提高進行脈動控