梁 华，陈 超,徐 辉
(1. 中国石化工程建设有限公司，北京 100101; 2. 山东裕龙石化有限公司，山东 烟台 256716)
往复压缩机作为最常用的气体增压设备，适用于中小流量、高压比的工况，广泛应用于炼化企业【1】。
往复压缩机在设计时往往按照特定的工况设计，而实际运行过程中，压缩机出、入口的压力往往是波动的，从而导致级间压力的重新分配。对于已有的压缩机，主要的结构尺寸是已知的，但是由于工艺流程等原因，进气压力、排气压力或容积流量发生了变化，这就需要重新计算其级间压力以及该压力下的其他参数，用以判断压缩机能否满足新的使用条件下的工况，这种复算称为压缩机的热力性复算【2】。
热力性复算需要知道压缩机的基本参数，如压缩机的每一级的缸径，行程，活塞杆直径，余隙容积，压缩机每一级的入口温度，压缩机的出、入口压力，以及压缩机的压力系数、温度系数、泄漏系数、析水系数、净化系数等参数。
表1 三级压缩的纯氢气压缩机相关参数
为简化计算，认为气体为理想气体，级间的冷却、分离及相关管路没有压降，前一级的出口压力就是下一级的入口压力。
初步计算入口压力变化前的吸气量如下(所有流量均换算到第一级入口状态)：
V1=λP1λT1λL1λφ1λC1λV1Vh1
(1)
(2)
(3)
V1=V2=V3
(4)
式中：V1、V2、V3——分别代表一个往复行程下第一级～第三级气缸的吸气量，m3。
如果此时入口压力突然变成1.5 MPa(绝)，而其他参数不发生变化，那么此时的级间压力就会重新分配。重新分配的要点就是：找到级间的压力分配，让新工况下的压缩机各级的吸气量保持平衡，即新工况下的吸气量V1′=V2′=V3′(均换算到第一级入口状态)。
为方便分析，假设新工况下的压缩机仍然按照等压比分配，每级压比约为2.2，则每级的压力如表2所示。
表2 新工况等压比下的压力分配
此时，新工况下的综合系数Kj′、相对余隙容积αj′、膨胀指数mj′可认为近似等于入口压力未变化前的数值，且行程容积Vhj没有变化，则此时每级的吸气量如下(均换算到第一级入口状态)：
2.1 3组人群血清HE4、CA125表达水平及ROMA指数比较 3组人群血清HE4、CA125水平和ROMA指数均呈非正态分布，卵巢癌组人群血清HE4、CA125水平和ROMA指数的中位数分别为88.05 pmol/L、51.85 U/mL和31.17%，均高于卵巢良性肿瘤组和健康对照组的血清水平，差异具有统计学意义(P<0.05)。卵巢良性肿瘤组与健康对照组比较，血清CA125水平差异具有统计学意义(P<0.05)，两组间HE4水平和ROMA指数比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。
(5)
(6)
(7)
由此可以看出，要想使V1′、V2′和V3′相等，必然要使得第一级压比ε1′在2～2.2之间、第二级压比ε2′在2.2附近、而第三级压比ε3′>2.2。
因此可以得出结论，即当入口压力变小(或出口压力变大)而其他参数不变的情况下，每级压比都会增加，第一级压比增加比例最小，后几级压比增加比例逐渐增大，且最末级压比增加的比例最大。
反之也可以得到相似的结论，即入口压力变大(或出口压力变小)而其他参数不变的情况下，每级的压比都会减小，且最末级的压比减小的比例最大。
事实上，真实的往复压缩机的热力性复算是比较复杂的，如式(1)～式(4)中，有6个未知数，6个方程，理论上可以求得级间的压力分配。但是，这些公式中的各个参数相互关联，直接求解往往比较困难，实际复算时经常要用试算迭代的方法进行求解。
如前所述，压缩机的热力复算较为复杂，即使借助编程也存在不少弊端。主要是：1)很难解决实时变化的压缩系数；
2)很难解决实时变化的过程指数；
3)难以解决级间的大分子量或水蒸气的凝液析出；
4)无法计算平衡破坏后，再次实现平衡的时间。而HYSYS的往复压缩机的动态模拟，完美地解决了以上问题。
以1台4M16的CO2压缩机为例，其主要参数如表3所示。
表3 4M16CO2压缩机的主要参数
先将物料信息输入到HYSYS中，选择常用的Lee-Kesler物性方法，并建立HYSYS模型，如图1所示。
图1 HYSYS模型
将表3参数输入到HYSYS当中，HYSYS会自动计算每一级的压缩系数、过程指数以及是否有液相析出等。
为方便监测各出、入口压力变化以及各级压比的变化率，一方面设置曲线监测，另一方面将重要的结果输出到电子表格中。初始状态下的压缩机参数如图2所示。
图2 初始状态下的压缩机参数
压缩机运行一段时间后，将入口压力从235 kPa降低到180 kPa，再次平衡后的压缩机参数如图3所示。
图3 再次平衡后的压缩机参数
从图3中可以看出，相对于初始状态，各级压比均有所上升，且第四级压比上升得最多，达到17.94%，验证了第1节中的结论。
这就要求在压缩机设计时，应充分考虑压缩机出、入口的压力变化情况，尤其是入口压力变小(或出口压力增大)的工况，以防止压缩机机械损坏或超温停车，且应着重校核末级气缸组件的可靠性。
图4是各级压比的变化情况。从图4中可以看出，变化的初始(图4中3 000 s的位置)，第一级的压比突然改变为565.3/180=3.14，其他级压比不变，随着压缩机的运行，第一级压比迅速下降，而各级压力都经历了先上升后下降到均衡位置的一个过程。存在上升过程是由于级间罐的滞留效应引起的。
图4 各级压比的变化情况
虽然现实中的压力大都是缓慢波动的，但对于存在压缩机入口压力瞬间变小(或出口压力瞬间提高)工况的情况，仍应考虑机组的瞬时破坏和瞬时超温。
由图4可知，该机组从压力突然变为180 kPa开始，大约经过100 s系统即达到了再次平衡。
出口压力增大工况下的模拟结论与之前描述一致，在此不再赘述。
多级往复压缩机出、入口压力波动时，往往最后一级的压比波动最大，这就要求压缩机在设计或校核时，应充分考虑出、入口压力波动带来的各级压比的波动，并校核波动时的机组可靠性。
HYSYS作为比较先进的模拟计算工具，可以快速准确地计算出、入口压力波动时的级间压力分配，并可模拟平衡过程和平衡时间，是非常实用且有效的模拟工具。
猜你喜欢级间热力吸气提高上面子级点火安全性级间分离优化设计导弹与航天运载技术(2022年2期)2022-05-09热力工程造价控制的影响因素及解决建材发展导向(2022年6期)2022-04-18热力站设备评测分析煤气与热力(2021年10期)2021-12-02周六福520爱跑节1000人登陆西安城墙 热力开跑中国宝玉石(2018年3期)2018-07-09如何掌握歌唱训练中吸气与呼气之技巧北方音乐(2017年4期)2017-05-04肺癌患者康复 做做呼吸操保健与生活(2017年5期)2017-02-27列控系统C0/C2级间转换方案的探讨及案例分析铁道通信信号(2016年6期)2016-06-01没事多练壮腰功祝您健康(2016年2期)2016-02-24考虑级间耦合的五级SICG发射过程动态仿真海军航空大学学报(2015年1期)2015-11-11压缩机级间冷却冷凝析水量计算压缩机技术(2014年3期)2014-02-28