基于变工况运行的压缩机动态防喘振的控制方法技术

本公开提供了一种基于变工况运行的动态压缩机防喘振的控制方法，包括：S1：在压缩机的性能曲线中的喘振极限线SLL上均匀采点，根据性能曲线纵坐标的类型求简化的多变压头hr；S2：求简化的流量平方qr

Dynamic Anti-surge Control Method of Compressor Based on Variable Operating Conditions

This disclosure provides a dynamic Compressor Anti-surge Control Method Based on variable operating conditions, including: S1: uniform sampling points on the surge limit line SLL of the compressor performance curve, simplified multi-variable pressure head HR according to the type of longitudinal coordinates of the performance curve; S2: simplified flow square qr.

【技术实现步骤摘要】
基于变工况运行的压缩机动态防喘振的控制方法
本公开涉及石油化工、煤化工、天然气化工等流程行业的离心式压缩机的动态防喘振控制应用中，特别适合于工艺气体分子量MW变化特变大(ΔMW＞20％)的离心式压缩机防喘振控制方法。
技术介绍
在石油化工、煤化工、天然气化工等流程行业中，工艺生产装置在开车阶段，需要经历空气吹扫、氮气置换、低压气密、高压气密等工艺过程，在这些工艺过程中气体分子量将发生剧烈改变；在正常生产期间，伴随着生产周期的进行，催化剂因为结焦等因素导致活性下降，使得反应气体的分子量MW在开工早期、开工中期、开工末期将发生很大改变；在一个生产周期结束后，伴随着催化剂的烧焦、再生、还原、硫化等工艺过程，气体分子量将再次发生剧烈改变。对于上述行业中的工艺气体压缩机，由于上述的气体分子量MW发生的剧烈变化，通常考虑压缩机叶轮的功率限制、防止叶片发生功率遮断，在压缩机分子量MW发生剧烈变化的过程中，通常伴随着压缩机入口压力Ps的显著改变，以保证在不同的气体分子量MW时压缩机叶轮叶片单位面积上的做功能力大致相当。因此，对于石油化工、煤化工、天然气化工等流程行业中的离心式压缩机，气体分子量MW、压缩机入口压力Ps的改变在所难免。通常压缩机的入口温度Ts不会发生显著变化，因为压缩机上游通常有换热器换热。离心式压缩机在流量降低到一定程度之后，会引起旋转失速现象的发生。旋转失速是离心式压缩机稳定运行的边界，如果流量进一步下降，将会导致离心式压缩机发生喘振。一旦发生喘振，离心式压缩机的振动与位移会明显上升，可能导致离心式压缩机严重的机械损坏，例如轴承损坏、叶片断裂、密封片断裂等等机械事故。另一方面，一旦发生喘振，由该离心式压缩机驱动的工艺过程将发生严重的压力振荡，对正常的工艺运行造成严重危害。因此，无论是出于对离心式压缩机自身的安全、平稳运行而言，还是出于对工艺过程的安全、平稳运行而言，在运行过程中对离心式压缩机进行防喘振控制与保护是十分必要和关键的。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种基于变工况运行的压缩机动态防喘振的控制方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案本公开提供了一种基于变工况运行的动态压缩机防喘振的控制方法，包括：S1：在压缩机的性能曲线中的喘振极限线SLL上均匀采点，根据性能曲线纵坐标的类型求简化的多变压头hr；S2：求简化的流量平方qr2；S3：以简化的流量平方qr2为横坐标，以简化的多变压头hr为纵坐标，建立无因次坐标系(qr2，hr)；S4：将一台机械结构与内部流道固定不变的离心式压缩机在不同入口运行工况条件下的压缩机运行空间与喘振极限线SLL，在该无因次坐标系中进行归一化处理，形成唯一的一条喘振极限线SLL。在本公开一些实施例中，压缩机变工况运行的变化包括压缩机入口压力(Ps)改变、压缩机入口温度(Ts)改变、压缩机入口气体比热比(ks)改变、压缩机入口气体压缩因子(Zs)改变、压缩机入口气体分子量(MW)改变中至少一种。在本公开一些实施例中，采点的压缩机性能曲线纵坐标为多变压头Hp，或者压比Rc，或者出口压力Pd；采点的压缩机性能曲线横坐标是实际入口体积流量Qs。在本公开一些实施例中，所述步骤S1中，在压缩机的性能曲线中的喘振极限线SLL上均匀采点包括：通过性能曲线的包络线获取喘振极限线SLL，并使用数学工具，或者以手动的方式，在所述喘振极限线SLL上均匀采点6～10点。在本公开一些实施例中，所述步骤S1中，根据性能曲线纵坐标的类型求简化的多变压头hr包括：如果性能曲线中的纵坐标是多变压头Hp，则采用如下方法求简化的多变压头hr：其中：hr为求得的无量纲的简化多变压头，即无因次坐标系中模型参量的纵坐标；Hp为多变压头，单位kJ/kg，通过采样工具从性能曲线图的喘振极限线SLL上采点得到；MW为气体分子量，从压缩机参数表得到；Zavg为气体的平均压缩因子，其中Zs为压缩机的入口气体压缩因子，Zd为压缩机的出口气体压缩因子，Zs、Zd从压缩机参数表得到；Ro为普适气体常数，通常取Ro＝8.31441J/(mol*K)；Ts为压缩机的入口气体温度，单位K，从压缩机性能曲线或者压缩机参数表得到。在本公开一些实施例中，所述步骤S1中，根据性能曲线纵坐标的类型求简化的多变压头hr包括：如果性能曲线中的纵坐标是压比Rc，则采用如下方法求简化的多变压头hr：其中：hr为求得的无量纲的简化多变压头，即无因次坐标系中模型参量的纵坐标；Rc为压缩机的出口比入口的压比，通过采样工具从性能曲线图的喘振极限线SLL上采点得到；σ为多变压缩过程的多变指数，其中，Td为压缩机在设计点的出口温度，Ts为压缩机的入口温度；Pd为压缩机在设计点的出口压力，Ps为压缩机的入口压力；Td、Ts、Pd、Ps均从压缩机参数表得到。在本公开一些实施例中，所述步骤S1中，根据性能曲线纵坐标的类型求简化的多变压头hr包括：如果性能曲线中的纵坐标是出口压力Pd，则采用如下方法求简化的多变压头hr：其中：hr为求得的无量纲的简化多变压头，即无因次坐标系中模型参量的纵坐标；Rc为压缩机的出口比入口的压比，其中，Pd为压缩机的出口压力，单位kPaa，通过采样工具从性能曲线图的喘振极限线SLL上采点得到；Ps为压缩机的入口压力，单位kPaa，从压缩机性能曲线或者压缩机参数表得到；σ为多变压缩过程的多变指数，其中，Td为压缩机在设计点的出口温度，Ts为压缩机的入口温度；Pd为压缩机在设计点的出口压力，Ps为压缩机的入口压力；Td、Ts、Pd、Ps均从压缩机参数表得到。在本公开一些实施例中，所述步骤S2中，简化的流量平方qr2的求解方法如下：其中：qr2为求得的无量纲的简化流量平方，即无因次坐标系中模型参量的横坐标；ΔPo，s为由采样点的采样数据计算得到的压缩机入口流量元件的流量差压，单位kPa；其中：Qs为实际每小时的入口体积流量，单位ACMH，通过采样工具从性能曲线图的喘振极限线SLL上采点得到；A为压缩机入口流量元件的流量系数，单位为mm2，其由流量元件计算书提供或者计算得到；ρs为压缩机入口的气体密度，其中，Ps为压缩机入口气体压力，单位kPaa；MW为气体分子量；Ro为普适气体常数，通常取Ro＝8.31441J/(mol*K)；Ts为压缩机入口气体温度，单位K；Zs为压缩机入口气体压缩因子；Ps、MW、Ro、Ts、Zs五个参数压缩机参数表得到。在本公开一些实施例中，所述步骤S3中，建立无因次坐标系(qr2，hr)，其横坐标为无因次参量——简化的流量平方qr2，其纵坐标为无因次参量——简化的多变压头hr，其中，在该无因次坐标系中，同一台压缩机在不同工况下的喘振极限线SLL重合。在本公开一些实施例中，所述步骤S4中，所述不同入口运行工况条件包括气体分子量MW、入口压力Ps、入口温度Ts、入口气体比热比ks、入口气体压缩因子Zs中至少一个参数发生改变时的工况。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开基于变工况运行的动态压缩机防喘振的控制方法至少具有以下有益效果其中之一：(1)通过采用上述从相关工况坐标系到无因次坐标系的转换计算方法，能够唯一准确地定位压缩机在任何运行工况中的真实喘振极限线SLL的位置，很好地克本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于变工况运行的动态压缩机防喘振的控制方法，包括：S1：在压缩机的性能曲线中的喘振极限线SLL上均匀采点，根据性能曲线纵坐标的类型求简化的多变压头hr；S2：求简化的流量平方qr2；S3：以简化的流量平方qr2为横坐标，以简化的多变压头hr为纵坐标，建立无因次坐标系(qr2，hr)；S4：将一台机械结构与内部流道固定不变的离心式压缩机在不同入口运行工况条件下的压缩机运行空间与喘振极限线SLL，在该无因次坐标系中进行归一化处理，形成唯一的一条喘振极限线SLL。

【技术特征摘要】
1.一种基于变工况运行的动态压缩机防喘振的控制方法，包括：S1：在压缩机的性能曲线中的喘振极限线SLL上均匀采点，根据性能曲线纵坐标的类型求简化的多变压头hr；S2：求简化的流量平方qr2；S3：以简化的流量平方qr2为横坐标，以简化的多变压头hr为纵坐标，建立无因次坐标系(qr2，hr)；S4：将一台机械结构与内部流道固定不变的离心式压缩机在不同入口运行工况条件下的压缩机运行空间与喘振极限线SLL，在该无因次坐标系中进行归一化处理，形成唯一的一条喘振极限线SLL。2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，压缩机变工况运行的变化包括压缩机入口压力、压缩机入口温度、压缩机入口气体比热比、压缩机入口气体压缩因子、压缩机入口气体分子量中至少一种发生改变。3.根据权利要求1所述的控制方法，其中，采点的压缩机性能曲线纵坐标为多变压头Hp，或者压比Rc，或者出口压力Pd；采点的压缩机性能曲线横坐标是实际入口体积流量Qs。4.根据权利要求1所述的控制方法，其中，所述步骤S1中，在压缩机的性能曲线中的喘振极限线SLL上均匀采点包括：通过性能曲线的包络线获取喘振极限线SLL，并使用数学工具，或者以手动的方式，在所述喘振极限线SLL上均匀采点6～10点。5.根据权利要求1所述的控制方法，其中，所述步骤S1中，根据性能曲线纵坐标的类型求简化的多变压头hr包括：如果性能曲线中的纵坐标是多变压头Hp，则采用如下方法求简化的多变压头hr：其中：hr为求得的无量纲的简化多变压头，即无因次坐标系中模型参量的纵坐标；Hp为多变压头，单位kJ/kg，通过采样工具从性能曲线图的喘振极限线SLL上采点得到；MW为气体分子量，从压缩机参数表得到；Zavg为气体的平均压缩因子，其中Zs为压缩机的入口气体压缩因子，Zd为压缩机的出口气体压缩因子，Zs、Zd从压缩机参数表得到；Ro为普适气体常数，通常取Ro＝8.31441J/(mol*K)；Ts为压缩机的入口气体温度，单位K，从压缩机性能曲线或者压缩机参数表得到。6.根据权利要求1所述的控制方法，其中，所述步骤S1中，根据性能曲线纵坐标的类型求简化的多变压头hr包括：如果性能曲线中的纵坐标是压比Rc，则采用如下方法求简化的多变压头hr：其中：hr为求得的无量纲的简化多变压头，即无因次坐标系中模型参量的纵坐标；Rc为压缩机的出口比入口的压比，通过采样工具从性能曲线图的喘振极限线SL...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超，
申请(专利权)人：北京一诺先科装备技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11