膨脹壓縮機進氣組分變化對防喘振控制的影響及對策

摘 要:本文敘述了膨脹壓縮機進氣組分(或平均分子量)的變化對防喘振控制的影響，推導出了減少和消除其影響的算法，并給出了工藝調節、改進措施。

關鍵詞:組分變化影響控制對策

中圖分類號:TH45文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(c)-0074-02

1 組分(或平均分子量)變化對喘振極限的影響

隨著海洋石油、天然氣開采進度或井位調整，天然氣的組分會經常發生變化，這將引起平均分子量的改變，而且不可能人工長期跟蹤調節，需要分析出膨脹壓縮機發生喘振的原因，找出規律，實現自動調節。因此，分析它對喘振極限的影響是很重要的。

從目前運行溫度記錄看，我廠的天然氣溫度隨季節變化不太大，可采用溫度補償的辦法解決，因此可視溫度為恒定，從而從理論上進行推導:

對于防振基本算法:△P=CH(1)

因為能量頭公式為:Hp=1545ZaTs(Rcσ-1)/Mwσ(2)

式中:Za—平均壓縮系數(Zs+Zd)/2

Ts—進口溫度(絕對溫度)

—平均分子量

Rc—壓比(Pd/Ps)

σ—多變指數(k+1)/k

ΔP—壓縮機出進氣差壓(Pd-Ps)

C—常數

H—壓縮機進口節流裝置差壓

Pd—壓縮機出口壓力

Ps—壓縮機進口壓力

對于式(2)，當Hp、Ts、Za為某一給定值時等式化簡為

Rc=(1+ Mwσ)1/σ(3)

從等式中可以看出:分子量Mw和壓差ΔP之間也有一個非線性關系，由于分子量的改變將引起比熱比的改變，所以，σ也將改變，這樣問題更復雜了。由于分子量和比熱比k之間在許多情況下沒有固定關系，因此Rc和ΔP的每一個值都必須單獨計算，以確定變化的方向和大小。

下面，再來看一下分子量Mw變化對H值的影響:因為當分子量變化時，

Q=C(HTs/PsMw)1/2(4)

所以 H=C(PsMw/Ts) (5)

那么對于給定的Q，Ps，Ts

H=CMw(6)

將式(3)和式(6)比較，顯然，對于平均分子量的改變系統不能準確地自動補償，對于輕烴，由于分子量Mw和比熱比有一個比較準確的關系，因此，分子量Mw的改變使ΔP和H的改變在方向上相同，但在數值上不同，所以，如果分子量變化時，應調整控制曲線才能避免喘振。

2 克服膨脹壓縮機進氣氣體組分變化對喘振極限影響的對策

從以上討論可以看出，進氣分子量改變，將引起喘振極限的改變，從而可能導致喘振的發生。而對分子量改變，則對每一種情況，要分別計算喘振曲線的斜率，而頭緒太多時只好采用手動方法去調節振極限的斜率。采用以上方法，無疑加很大操作風險和成本，如要引進溫度信號增加儀表，或要增加回流量造成很大損失，或修改參數，可能造成系統不穩，方法并不科學。

經過對防喘振基本公式的推導，可以得到:

因為Q=CN(7)

Hp=CN2(8)

所以Hp=CQ2 (9)

在此，N為壓縮機轉速，r/min

又因為Q2=HZsTs/MwPs (10)

然后，引入S0—進口狀態氣體的聲速:

S02=1545kZsTsG/Mw (11)

那么，將式(9)兩邊同除S0，得到

Hp/S02=CQ2/ S02

代入以上各式，約簡后得

(Rc(k-1)/k-1)/【(k-1)/η】=H/Psk1545

(12)

因為比熱比相對Rc的影響是次要的，在大部分場合其影響可以忽略不計，可認為是常數，所以，公式可以改寫成

-1=CH/Ps (13)

即H/Ps=C(Pd-Ps)/Ps(14)

式(14)就是目前最為流行的防喘振算式，由推導過程看到:由于用了因子S0，所以，進口溫度Ts和分子量都被約掉，在(Pd-Ps)/Ps，H/Ps坐標系內，Ts、Mw對曲線的影響幾乎沒有了，從而，達到克服進口溫度和分子量變化影響喘振極限值的改變而引起喘振的現象。防喘振控制方程式(14)，這就是克服進氣分子量變化的防振依據圖1。

經過多方考察、論證，加拿大PROPAK公司和中石化中原油田設計院優化設計優化，可以在原建設基礎上增加在線色譜儀、溫度變送器、質量流量計(計算機利用原外輸單元的)，聯網組成IMP分布式性能監測系統，便于隨時自動監測膨脹壓縮機進氣天然氣溫度和組分變化，完善差壓—流量可變極限量防喘振控制模式，使喘振極限流量隨著轉速變化而變化，并留有適當的安全裕度(比喘振流量大5%～10%)，實現膨脹壓縮機全自動采集數據、快速判定、自動調節，有效防止膨脹壓縮機機組的“喘振”發生，也可以避免人為頻繁“過速”調節帶來的不穩定運行。當然，對于控制器的控制執行時間對壓縮機的喘振也有牽連:如控制功能是否完善、執行機構的動作時間以及執行質量等，一般可采用0.25級、過載能力150%、響應時間短的傳感器，消除設備“硬傷”。

我們理論推導出防喘振控制算法，可有效克服溫度和組分變化對防喘振控制的影響，這僅僅是進行防喘振控制的關鍵一步。我們應當結合生產實踐，掌握喘振的主要影響因素，采取有效的防喘振控制措施，提高膨脹壓縮機抗喘振性能和運行可靠性，盡可能消除喘振帶來的巨大危害，實現裝置安全、平穩、連續生產，創造良好經濟效益。

參考文獻

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