注氣往復(fù)式壓縮機(jī)脈動(dòng)控制的設(shè)計(jì)

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LiUTECH注氣往復(fù)式壓縮機(jī)脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)注氣往復(fù)式壓縮機(jī)在運(yùn)行初期，排壓低。隨著壓縮機(jī)持續(xù)工作，排壓逐步升高，最后達(dá)到正常運(yùn)行工況。如遼河油田某注氣項(xiàng)目，壓縮機(jī)在注氣初期排壓僅為2MPa，達(dá)到正常運(yùn)行工況時(shí)為28MPa。排壓差別引起級(jí)間壓力分配和流量變化，由此導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)也有所不同。但一臺(tái)壓縮機(jī)組只可能有一種脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)。這就使得需要同時(shí)兼顧正常和低排壓兩種運(yùn)行工況的注氣往復(fù)式壓縮機(jī)脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)成為了一個(gè)難點(diǎn)。具體地說(shuō)，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(biāo)準(zhǔn)要求的脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)，因壓降嚴(yán)重超標(biāo)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?yàn)V波管尺寸等，常常又會(huì)導(dǎo)致正常工況下的壓力脈動(dòng)超標(biāo)。目前，解決這對(duì)矛盾的主要方法是進(jìn)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(shí)因緩沖罐尺寸變大、機(jī)械固有頻率下降，也增加了機(jī)械振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)分析低排壓工況下級(jí)間壓力和流量的計(jì)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(guò)采用經(jīng)驗(yàn)方法估算級(jí)間壓力損失的方法計(jì)算得到的。也就是，在工況性能計(jì)算程序中，按經(jīng)驗(yàn)估計(jì)級(jí)間壓力損失，并據(jù)此計(jì)算級(jí)間壓力分布和流量。因低排壓工況下的級(jí)間壓力損失大，難以按經(jīng)驗(yàn)一次性估計(jì)準(zhǔn)確，往往使得計(jì)算出來(lái)的流量比實(shí)際流量大，計(jì)算出來(lái)的脈動(dòng)控制壓降也比實(shí)際情況下的壓降嚴(yán)重得多。這種計(jì)算上的誤差，加大了低排壓和正常工況下脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)之間的矛盾。很可能將一個(gè)由正常工況計(jì)算得到、在低排壓工況下實(shí)際上合格的脈動(dòng)控制方案，在低排壓工況檢驗(yàn)中，計(jì)算成“不合格”而導(dǎo)致不必要的重新設(shè)計(jì)。為了緩解甚至消除目前低排壓和正常工況下脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)之間的矛盾，有必要提高低排壓工況數(shù)據(jù)的計(jì)算準(zhǔn)確性。為此，本文提出一種迭代方法計(jì)算低排壓工況下的級(jí)間壓力損失，并據(jù)此計(jì)算級(jí)間壓力和流量。具體做法是：在工況性能計(jì)算程序中，參照正常工況經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)估計(jì)級(jí)間壓力損失，計(jì)算得到各級(jí)間壓力和流量;再在脈動(dòng)分析軟件中，輸入、使用計(jì)算得到的工況數(shù)據(jù)，進(jìn)行脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)，并同時(shí)得到各級(jí)間壓力損失;然后，比較脈動(dòng)分析軟件中計(jì)算得到的和工況性能計(jì)算程序中估計(jì)的級(jí)間壓力損失值。如相差較大，則用前者替代后者，進(jìn)行新一輪級(jí)間壓力和流量計(jì)算，脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)計(jì)算，以及級(jí)間壓力損失計(jì)算;如此反復(fù)，直到脈動(dòng)分析軟件中計(jì)算得到的級(jí)間壓力損失，與本輪工況性能計(jì)算程序中所使用的級(jí)間壓力損失輸入值接近為止。應(yīng)用這種方法，使用壓縮機(jī)工況性能計(jì)算程序和BentleyPuls脈動(dòng)分析軟件，我們成功設(shè)計(jì)了國(guó)內(nèi)某注氣項(xiàng)目壓縮機(jī)脈動(dòng)控制方案。該項(xiàng)目壓縮機(jī)組總體布置如圖1所示，三級(jí)壓縮。本文以第3級(jí)排氣緩沖罐設(shè)計(jì)為例，通過(guò)使用一個(gè)正常工況和一個(gè)低排壓工況為例，說(shuō)明所提方法的應(yīng)用過(guò)程，以及對(duì)注氣往復(fù)式壓縮機(jī)脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)結(jié)果的影響。2、壓縮機(jī)組及運(yùn)行工況壓縮機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)型式：臥式雙列三級(jí)雙作用aUUTECH ……功率：1800kW排量：35-40萬(wàn)方/天（天然氣）進(jìn)氣壓力：1.45MPa排氣壓力：28MPa（正常工況）氣缸直徑：一級(jí)①245mm;二級(jí)①180mm;三級(jí)①135mm活塞行程：139.7mm壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速：990轉(zhuǎn)/分運(yùn)行工況機(jī)組共有120個(gè)運(yùn)行工況，其中40個(gè)為正常運(yùn)行工況，80個(gè)為低排壓工況。本文選取工況1（為正常工況:進(jìn)壓1.45MPa，排壓28.0MPa，流量35.1萬(wàn)方/天）和工況85（為低排壓工況：進(jìn)壓1.45MPa，排壓8.0MPa，流量37.2萬(wàn)方/天）進(jìn)行示例計(jì)算。按一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，估計(jì)一、二、三級(jí)級(jí)間壓力損失分別為管線壓力的2%，1%和1%，使用工況性能計(jì)算程序，計(jì)算得到工況1和工況85的級(jí)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(jí)氣缸處于吹過(guò)（非工作）狀態(tài)。3、使用目前經(jīng)驗(yàn)方法的脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)使用Puls脈動(dòng)分析軟件，對(duì)第3級(jí)排氣系統(tǒng)建立脈動(dòng)分析模型如圖2所示。按API618（第五版）標(biāo)準(zhǔn)方法3,使用表1所示的正常工況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案為：緩沖罐尺寸如圖3所示，罐中加NPS2英寸長(zhǎng)1080mm的濾波管，并在氣缸和緩沖罐出□加內(nèi)徑45mm的孔板。此時(shí)，計(jì)算得到系統(tǒng)最大壓力脈動(dòng)、緩沖罐上的不平衡力、以及脈動(dòng)控制引起的壓降分別為允許值的92%,20%和15%。脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)滿足API618標(biāo)準(zhǔn)要求。使用表2所示的低排壓工況數(shù)據(jù)對(duì)此脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的最大壓力脈動(dòng)是允許值的117%（見(jiàn)圖4）,脈動(dòng)控制引起的壓降是允許值的119%。說(shuō)明由正常工況計(jì)算得到的該脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)，在低排壓工況條件下，不滿足API618標(biāo)準(zhǔn)要求，需要進(jìn)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(guó)?；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(dòng)控制設(shè)計(jì)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(dòng)控制設(shè)計(jì)條件下，低排壓工況下的最大壓力脈動(dòng)、緩沖罐上的不平衡力、以及脈動(dòng)控制引起的壓降分別為允許值的99%，16%和57%，滿足API618脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。使用正常運(yùn)行工況數(shù)據(jù)檢查該調(diào)整后的脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)最大壓力脈動(dòng)、緩沖罐上的不平衡力、以及脈動(dòng)控制引起的壓降分別為允許值的160%，30%和5.5%。雖然脈動(dòng)不平衡力和壓降滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但系統(tǒng)脈動(dòng)值超標(biāo)嚴(yán)重。這就說(shuō)明，調(diào)整前的脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)滿足正常工況運(yùn)行要求，但不滿足低排壓工況要求。調(diào)整后的脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)滿足低排壓工況要求，但不滿足正常工況運(yùn)行要求。因此，脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)需要進(jìn)行進(jìn)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(huì)增加制造成本，以及有可能引起新的機(jī)械振動(dòng)方面的問(wèn)題。4、修正低排壓工況數(shù)據(jù)進(jìn)行脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)

aLiUTECH L上面過(guò)程說(shuō)明了因考慮低排壓工況所導(dǎo)致的脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)修改。但查看表3第3、4行可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)低排壓工況，通過(guò)Puls脈動(dòng)分析軟件計(jì)算得到的級(jí)間壓力損失與工況性能計(jì)算程序所使用的輸入估計(jì)值差別很大。這就說(shuō)明，目前所使用的低排壓工況數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的，需要進(jìn)行修正，并用修正后的工況數(shù)據(jù)檢查由正常工況計(jì)算得到的脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)結(jié)果。為此，把Puls脈動(dòng)分析軟件計(jì)算得到的級(jí)間壓力損失，作為工況性能計(jì)算程序中的級(jí)間壓力損失輸入，重新計(jì)算低排壓工況數(shù)據(jù)。經(jīng)2次迭代，一、二、三級(jí)級(jí)間壓力損失分別由最初的估計(jì)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(shí)，由Puls脈動(dòng)分析軟件計(jì)算得到的級(jí)間壓力損失與工況性能計(jì)算程序所用的輸入值非常接近（見(jiàn)表3第5、6行數(shù)據(jù)）。按此級(jí)間壓力損失，經(jīng)工況性能計(jì)算程序得到的級(jí)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(jí)間進(jìn)、出口壓力也進(jìn)行了重新分配，其中三級(jí)缸由以前的不作用狀態(tài)變?yōu)樽饔脿顟B(tài)，同時(shí)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(guò)迭代過(guò)程得到，更加接近低排壓工況的實(shí)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(dòng)控制設(shè)計(jì)，結(jié)果表明計(jì)算的最大壓力脈動(dòng)（圖5）、緩沖罐上的不平衡力、以及脈動(dòng)控制引起的壓降分別為允許值的95%，10%和70%，滿足API618標(biāo)準(zhǔn)要求，無(wú)需作進(jìn)一步調(diào)整。工況一、、二級(jí)間他P窺二、三級(jí)間化PR三級(jí)排氣到出口（kPa）正常工況性能計(jì)算程序輸入值70.0110.0280.0工況Pu唇脈動(dòng)分析軟件計(jì)算值66.9106.4283.5低排壓工況性髓計(jì)算程序輸入值50.060.080.0工況Puls脈動(dòng)分析軟件計(jì)算值80.2164.3804.0調(diào)整后的低排壓工況工況性能計(jì)算程序輸入值80.0160.0700.0Pu底脈勖分析軟件計(jì)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(guò)Puls脈動(dòng)分析軟件計(jì)算得到的級(jí)間壓力損失與工況性能計(jì)算程序中所輸入的壓力損失估計(jì)值。兩者非常接近。說(shuō)明在正常工況下，使用管線壓力的2%，1%和1%作為一、二、三級(jí)級(jí)間壓力損失估計(jì)值是準(zhǔn)確的。5、結(jié)論分析結(jié)果表明:aUUTECH ……(1)本文提出的通過(guò)迭代調(diào)整級(jí)間壓力損失，提高低排壓工況數(shù)據(jù)計(jì)算準(zhǔn)確性的方法，可有效緩解注氣往復(fù)式壓縮機(jī)低排壓和正常工況下脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)之間的矛盾，避免不必要的脈動(dòng)控制設(shè)計(jì)修改。同時(shí)，設(shè)計(jì)的脈動(dòng)控制方案因工況輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)確更加符合實(shí)際情況。(2)本文提出的迭代調(diào)整級(jí)間壓力損失的方法，也可推廣應(yīng)用到大功率機(jī)組正常工況下的級(jí)間壓力損失確定，以及其它缺乏級(jí)間壓力損失估計(jì)。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的機(jī)組。以提高進(jìn)行脈動(dòng)控