1、前言
催化裂化富气压缩机是压缩机的一种,它极具有代表性,为此以催化裂化富气压缩机为例,探讨富气压缩机控制系统喘振线的计算方法。
2、喘振点的基本概念
在某一转速,当压比一定时,保证压缩机入口流量,不低于最小流量控制点的值,为喘振点。例如:在某一转速,压比一定时,压缩机入口流量的喘振点,最小流量值为最大流量的30%,如果装置处理量降低,使得压缩机入口流量低于30%,即25%,为保证压缩机入口的最小流量值,就必须用压缩机出口量打回入口,来补充不足的5%流量。这样就起到了防喘振的目的。将喘振点连接成线,称为喘振线。为了安全起见一般喘振线都设有一定的安全裕度(7~10%),称为防喘振线。
3、喘振线作图的基本方法
压缩机喘振控制系统的基本原理,见<图2>,采用压比(出口压力/入口压力)Pd/Ps和C*做喘振曲线,其基本形状为抛物线,而采用Pd/Ps和(C*)2作图时得到的喘振线则基本呈直线形状(简化后,C2,这里的h为孔板的差压,是线性输入)。
其中:Pd------出口压力,KPa;
Ps------入口压力,KPa;
C ------常数,(由孔板尺寸决定),m2;
h ------孔板差压(与流量的关系式为Q2=h),KPa;
基于此方法,计算压缩机喘振线基本有两种:
1)、压缩机出口与入口压力的比,即Pd/Ps(Y轴)和孔板差压h与入口压力Ps的设计压力的百分比,即h/Ps%(X轴)。见<图1>。
2)、由TRICONEX推出的喘振线计算方法,其基本思想与上述方法基本相同,区别在于当气体分子量MW发生变化时,上述的直线是一条折线。见图3。
图3中,A1和A2喘振线为固定分子量的两个不同分子量(14.0和24.2)的喘振线情况。A3和A4为变分子量的喘振线情况。TRICONEX公司,采用A3和A4组成的一条变分子量的线作为喘振线。
4、喘振线的计算
方法1:不考虑分子量的变化
对富气压缩机喘振特性曲线,在工作点附近可以近视为一条直线。
=V*+K
其中:h -------孔板入口流量差压值KPa。
Pd------出口压力(A)KPa;
PS------入口压力(A)KPa;
V ------斜率(ctgα);
K ------常数(截距);
计算压缩机防喘振线参数的确定:
孔板最大设计流量(标立) Q nmax=40000
孔板入口基本压力(绝压A) Psb=101.3KPa
孔板基本入口温度Tsb(°K=℃+273.15 ) Tsb =273.15°K
孔板压缩系数Zb Zb=1.0
压缩机入口压力(绝压A) =200.0KPa
压缩机入口温度Ts(℃) =40℃+273.15=313.15°K
工作点最大分子量MWmax MWmax=32.82
工作点设计分子量MWb MWb=28.841
将体积流量()转换为标立流量():
=*==*1.722143
喘振点计算制作表I:(分子量28.814)取中间三点
|
A1 |
A2(工作点) |
A3 |
(A)
|
1130.0(KPa) |
1390.0(KPa) |
1730.0(KPa) |
(A) |
200.0(KPa) |
200.0(KPa) |
200.0(KPa) |
= |
*100%=100% |
100% |
100% |
|
5.65 |
6.96 |
8.65 |
|
10700.0 |
12200.0 |
14000.0 |
|
=46.07% |
=52.5% |
=60.27% |
:% |
(46.07%)2=21.22% |
(52.5%)2=27.56% |
(60.27%)2=36.32% |
|
=21.22% |
27.56% |
36.32% |
根据 =
∵
∴
其中:--------喘振线与防喘振线的间距,取差压量程百分数。
-------调节器给定值与喘振点之间的间距,取喘振流量的7%~10%(一般取10%)。
---------喘振点相对流量百分数。任取一中间点
=(52.5%*10%)%*[2*52.5%+(52.5%*10%)%]
=5.25%*110.25%
=5.788%
变化10%截距: △K==0.05788
喘振线截距:b=0.3633-=-0.07237
斜率:V=ctgα===0.0517
防喘振线截距:K=b+△K =-0.07237+0.05788=-0.01449
方法2:考虑分子量的变化
对富气压缩机喘振特性曲线可以近视为一条折线。喘振线的计算以TRICONEX喘振线计算方法为例:
①、压比的计算公式(绝压比):Y坐标
== = 5.65
其中:
Pd ---------- 压缩机出口压力 KPa (A)
Y2 ---------- 压缩机出口压力 KPa (G)
Ps ---------- 压缩机入口压力 KPa (A)
Y3 ---------- 压缩机入口压力 KPa (G)
②、最大质量流量Mmax:
Mmax===58555.9 Kg/h
其中:
max ---------最大标准流量Nm3/h
---------压缩机设计入口压力(绝压A)
---------最大分子量
R ----------单位常数
----------压缩机设计入口温度(°K)
-----------孔板压缩系数 Zb
符号与单位参数对照表
R |
ρ |
P |
T |
Z |
单位常数 |
密度 |
压力 |
温度 |
压缩系数 |
10.73125 |
Lbs/Ft3 |
Psia |
°R=°F+459.67 |
无量纲 |
0.084784 |
Kg/m3 |
Kg/cm2 |
°K=°C+273.15 |
无量纲 |
8.3145 |
Kg/m3 |
KPa |
°K=°C+273.15 |
无量纲 |
③、常数C:
C===90.4373
其中:
---------最大质量流量Kg/h
--------压缩机入口温度(绝压)KP
---------最大分子量
---------入口温度°
---------压缩机压缩系数 Zs
④、密度ρ:
ρ===2.21332Kg/m3
其中:
max---------分子量
--------入口压力(绝压)KPa
---------单位常数
---------入口温度°K
---------压缩机压缩系数 Zs
⑤、流量转换比 (X坐标)
=%=%=18.6316%
其中:
-------密度Kg/m3
--------体积流量m3/h (质量流量M=* ,Kg/h)
--------入口温度°K
---------压缩机压缩系数 Zs
---------常数
---------入口压力(A)KPa
---------压缩机分子量
喘振点计算制作表Ⅱ:(分子量28.814)性能曲线略 max=40000.0Nm3/h
|
A1 |
A2 |
A3 |
A4 |
(A)
|
1130.0(KPa) |
1390.0(KPa) |
1730.0(KPa) |
2170.0(KPa) |
(A) |
200.0(KPa) |
200.0(KPa) |
200.0(KPa) |
200.0(KPa) |
|
5.65 |
6.96 |
8.65 |
10.85 |
|
10700.0 |
12200.0 |
14000.0 |
17000.0 |
|
18.6316% |
24.2216% |
31.8963% |
47.0307% |
同样方法计算最大分子量(MWmax=32.82)喘振点计算制作表Ⅲ:
|
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
(A)
|
1250.0(KPa) |
1562.5(KPa) |
1968.75(KPa) |
2500.0(KPa) |
(A) |
200.0(KPa) |
200.0(KPa) |
200.0(KPa) |
200.0(KPa) |
|
6.25 |
7.8 |
9.84 |
12.5 |
|
11000.0 |
12500.0 |
15300.0 |
19000.0 |
|
22.4287% |
28.9627% |
43.3912% |
66.9154% |
将表Ⅱ和表Ⅲ综合起来给出一组喘振曲线(五点)为折线,制作表Ⅳ:
|
C1 |
C2 |
C3 |
C4 |
C5 |
(A)
|
1130.0(KPa) |
1562.5(KPa) |
1968.75(KPa) |
2170.0(KPa) |
2500.0(KPa) |
(A) |
200.0(KPa) |
200.0(KPa) |
200.0(KPa) |
200.0(KPa) |
200.0(KPa) |
|
5.65 |
7.8 |
9.84 |
10.85 |
12.5 |
|
10700.0 |
12500.0 |
15300.0 |
17000.0 |
19000.0 |
|
18.6316% |
28.9627% |
43.3912% |
47.0307% |
66.9154% |
将喘振线的五个喘振点输入到TRICONEX公司提供的喘振函数模块中,设置好参数后,自动生成防喘振线(一般7%~10%)及防喘振线下移的百分比(一般2%)。另外,还有一些其它功能:例如:比例功能可以忽略控制器的调节,强制打开防喘振阀。工作点突然移向防喘振线时,利用喘振盘旋功能将防喘振阀打开。,快开、慢关功能,及手动、半自动、全自动切换操作等功能。
5、结束语
本防喘振线的探讨只是喘振线计算方法中的一种,比如还有:机组出入口差压与入口压力的比(Pd-Ps)/Ps喘振线计算方法等。本喘振线计算方法探讨只是起举一反三作用,目的是让大家掌握喘振线的计算方法。另外喘振线的温度补偿较为重要,合理的温度和压力补偿,可保证喘振线的准确性。喘振线温度、压力补偿一般有两种方法。
1)、在一定入口温度下的喘振线,对压缩机入口流量进行温度、压力补偿(适用于富气压缩机等)。
2)、压缩机入口流量不进行温压补偿,对压缩机喘振线进行温度、压力补偿(适用于轴流风机等)。
有关温度、压力补偿内容,因为比较简单,就不在这里探讨。