管线离心压缩机入口流量波动诊断及对策研究--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

管线离心压缩机入口流量波动诊断及对策研究

发表时间：2020/9/23 来源：《基层建设》2020年第17期作者：朱兴来韩志萍

[导读] 摘要：近年来，我国对天然气资源的需求不断增加，防喘振测试过程中多次出现流量大幅波动现象，影响测试效果和机组的平稳运行。

        中石化宁波工程有限公司上海分公司上海市 200030
        摘要：近年来，我国对天然气资源的需求不断增加，防喘振测试过程中多次出现流量大幅波动现象，影响测试效果和机组的平稳运行。从仪表、控制、防喘阀、孔板、流态等逐项排查流量波动的诱导因素，根据孔板前后压力测试和流态分析，诊断出流场不稳定是造成流量波动的根本原因。本文通过内件改造与整机改造的不同关注点，分析流量波动诱导因素排查以及基础、管线等外围条件的确认，对多孔孔板力学分析与验证测试，分析了压缩机结构设计注意点，对离心压缩机组工艺和配套设备的设计选型具有一定的借鉴意义。
        关键词：离心压缩机；流量波动；多孔孔板；诊断
        引言
        各个装置中离心压缩机组的高效、稳定、长周期运行始终是装置设备管理人员研究的方向及追求的目标，目前，我们国家的化工、化肥、炼油等装置在运行的离心压缩机组还有20世纪进口的部分机型或国产相对落后的机型，在装置提高效率、降低能耗的运行要求下，离心压缩机的改造首当其冲，在各装置中离心压缩机往往处于核心位置，因此，成功的改造尤其重要，在提高效率同时，离心压缩机的改造往往伴随新技术的应用及产能的提高。所以改造的前期论证、工艺系统设计、压缩机系统设计、施工、试车及最后的标定等各环节，如何实施，有哪些要点，注意什么，如何达到最终效果，这些都是设备管理人员首先需要考虑的。
        1内件改造与整机改造的不同关注点
        内件改造通常适合小范围改动，例如，更改某级隔板及叶轮或某段隔板及叶轮，以达到提升效率、提高产能、降低振动或降低推力的目的。整机改造通常适用于大范围改动，但整机改造需要考虑的更多，例如，如何设计机组、基础是否利旧？技术确认更为复杂，但是可以解决一些内件改造无法解决的问题，例如，缸体存在问题、轴承箱存在问题、干气密封改造等[1]。无论选择内件改造还是整机改造，都需要因地制宜，综合考虑，选择最优方案。
        2流量波动诱导因素排查
        （1）仪表。通过孔板流量计变送器阀组排污，清理出少量污物，清理后问题未解决。随后，数次更换标定的差压变送器，并吹扫引压管、取压阀等组件，问题未解决，排除仪表本质故障的可能性。（2）自控系统。机组采集的流量计差压值传输至试车合格机组的自控系统后，依然存在流量波动现象，且经专业工程师诊断自控系统后未发现异常，因此，排除自控系统硬件和程序可能存在的问题。（3）防喘阀。防喘阀内部堵塞引起流通面积缩小可能导致流量波动且偏小，拆卸并检查防喘振阀，内部存在少量杂质但阀门动作正常，专业工程师分析判断后，认为少量杂质不会影响阀门性能[2]。（4）孔板。拆卸并查看孔板流量计表面清洁度，表面附着少量黏稠杂质，但不会引起流量波动；随后，依据图纸核对流量计安装方向是否正确，经检查安装无误；最后，核验孔板流量计规格型号、内径尺寸等参数是否与设计图纸相符，经查验各参数符合设计要求。
        3基础、管线等外围条件的确认
        外围条件主要包括机组基础是否利旧，管线管口方位是否需要变更，管口载荷考虑足够，与驱动机的配合包括联轴器间距、中心高、转速等，透平控制系统的匹配，机组润滑油系统、干气密封系统参数的匹配等。一般情况下，基础重新施工工期很长，多数选择利旧。因此，就需要考虑基础强度问题。压缩机作用于基础上有静载荷和动载荷，取决于压缩机的转速、总体质量、重心与质心的偏离程度等，结合标准规范，基础能否利旧，往往需要压缩机设计与基础校核反馈迭代核算，最终确定机组型号[3]。对于整机改造，在原则上新机重量、重心、转速等不应偏离太大，最好不高于原机。管口载荷及热位移对于控制机组振动也很关键，尤其是汽轮机，汽轮机在热膨胀时如果管线应力过大，或管线热膨胀与汽轮机不一致时，相当于限制了汽轮机的热膨胀，汽轮机胀差的出现是非常危险的。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        4多孔孔板力学分析与验证测试
        更换前进行孔板流量计的应力应变分析和水压试验，验证其可靠性。使用有限元分析软件对孔板流量计做应力应变分析。经模拟分析得出正常工况下孔板的等效应力分布云图和总变形图，其最大等效应力为54.4MPa，远小于材料屈服强度310MPa；其最大变形为0.06mm，满足设计要求。经水压试验验证，孔板流量计能够满足现场高压工况[4]。更换多孔孔板流量计后启机测试，未出现流量波动现象。现场安装的轴流式防喘阀选型过大，调节回流流量时开度变化灵敏。通过进一步分析和行业内调研，防喘振测试时出现流量波动，是由于防喘阀选型时尺寸过大（DN250），与压缩机入口管径（DN500）不匹配，造成防喘阀回流气量过大，冲击入口天然气，导致流体出现紊流，紊流流体通过孔板流量计测量，出现大幅度流量波动[5]。
        5压缩机结构设计注意点
        在确定机组改造单位后，应该对原有机组测绘并进行数值模拟，测绘包括转子和隔板及其他部件。利用计算机技术对原有机组进行流场、气动性能、性能曲线的绘制，效率的计算。只有这样，才能确定原有机组的特性，新设计机组的特性不应相差过多。机组设计完毕后可以进行试制，并进行气动性能试验，以验证机组性能。离心压缩机一般的扩容改造主要有以下途径：改变进气压力；改变流道的几何尺寸和角度；采用导叶产生负预旋、提高转速、更换压缩机等。因此，在压缩机设计选型时，在测绘原有机组的基础上，压缩机叶轮和隔板流道设计及内部结构优化是非常关键的。依据工艺数据，压缩机结构设计要充分考虑各个工况[6]。除此之外，压缩机管口布置、轴承箱结构等，均应该统筹考虑。
        6考虑拆装方案
        施工前，施工方案与吊装方案是必须的，尤其是吊装方案。整机改造时，一般分体拆装，但机组底座多数为整体结构。需要一次吊装就位。在某化工厂，三缸联合底座（12m×3m×1.5m）采用多点吊装法，由2台汽车吊与2台行车多点吊装接力倒运的方式通过机房侧面吊装就位。施工进度统筹控制这里不再赘述[7]。
        结语
        综上所述，由于压缩机组设计选型阶段未充分考虑防喘振阀与工艺管线的匹配性，导致防喘振小循环回流的气流过大，造成压缩机入口流体的紊流状态，标准孔板流量计无法准确测量真实流量。多孔孔板流量计具备良好的整流作用，能够提高抗干扰能力，流量更稳定，测量值更符合实际。建议依据实际系统特性，全面充分考虑压缩机与工艺管线、配套设备的匹配度，辅助管线离心压缩机组的设计选型；设计阶段应对防喘振阀、孔板流量计等设备与工艺系统做流体力学计算分析和流态模拟，以满足压缩机系统的运行需要。
        参考文献：
        [1]肖航，贾博，韩冲，等.川气东送管道压缩机干气密封技术及故障分析[J].石化技术，2019，26（9）：85-86，107.
        [2]宋晓明，贾志宁，杨洋等.一种对称多孔孔板差压式流量计设计[J].电子测量与仪器学报，2018（6）：33-38.
        [3]朱文斌.新型差压式流量计的研究[D].浙江大学，2017：1-40.
        [4]徐炜芳，沈新荣，潘康等.一种流线型孔板流量计的研究[J].液压与气动，2008（2）：34-36.
        [5]于洪仕，张涛，赵珊珊，蒋伟.多孔孔板流量计流场仿真[J].天津大学学报，2014（1）：61-66.
        [6]田红，高旭，汤珂，陈虹，金滔.结构参数对多孔板低温流量计性能影响分析[J].低温工程，2015（4）：43-48.
        [7]程宇，刘玉长.多孔孔板流量计的函数孔结构研究[J].仪表技术与传感器，2015（2）：23-25+28.