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富气压缩机喘振线计算方法探讨
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自动化综控网站   作者:蒋跃

摘要：

考虑到催化富气分子量变化对喘振线的影响较大，在探讨富气压缩机防喘振控制系统中，喘振线的计算方法时，给出了两种喘振线的计算方法，（一种不考虑分子量的变化，另一种考虑分子量的变化）供大家参考。

 

关键词：分子量变化；     喘振线 ；    计算

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。