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关于侧流隔膜压力表的应用的关键考虑因素

返回列表发布日期:2019-07-26 08:58:18    |    


      某些应用中的一些隔膜压力表具有一个或多个引入侧流(或侧向负载),其引入侧流流以与核心流混合?;痪浠八?,径向侧流入口用于隔膜压力表中以将额外的气体引入隔膜压力表的中段。该设计可在某些过程工厂中实现优化。然而,在上游部分的侧流和主返回通道的连接之后的流动分布可以显着影响下一部分隔膜压力表的性能。在大多数情况下,应准确预测这些侧流的压力水平以满足理论性能。
      具有侧流的隔膜压力表的设计和操作一直很困难,因为进入隔膜压力表的流量需要与隔膜压力表中已经存在的核心流(在第1节中压缩)混合,其方式不会降低周围区域的空气动力学性能。需要最小化损失并确保侧流流和核心流的适当混合,以确保这种隔膜压力表的有效性能。
涉及侧流式隔膜压力表的应用的关键考虑因素包括:
      1、工厂过程通常决定了侧流法兰压力。
      2、侧流上游的叶轮应该达到核心流的必要压力。
      3、侧流流动通常处于与隔膜压力表核心流动温度不同的温度。
      4、过程工厂需要一定程度的操作灵活性,即支持核心流条件和侧流条件变化的能力。
      现代过程工厂通常指定一个以上的操作条件(有时是两个或更多强制条件),这可能对具有侧流的隔膜压力表提出挑战。除了这些问题之外,与前几代隔膜压力表技术相比,现代隔膜压力表应该以更高的叶轮叶尖速度和入口马赫数运行。
      同样,侧流现在通常与中型和大型隔膜压力表(例如,1-60MW)一起使用。与侧流隔膜压力表应用的校正相关的成本 - 任何维修,低效运行和功率损耗 - 都会非常高。此外,具有侧流的隔膜压力表通常是敏感且难以操作的机器。特别是,性能曲线(性能,压力,效率等)对吸入口条件,侧流入口条件,体积流量比(侧流体积与核心流量)和侧流损失敏感。
      具有侧流的隔膜压力表通常表现远低于预期。主要原因是侧流隔膜压力表在设计和操作上与传统隔膜压力表(没有侧流)不同。对于具有侧流的隔膜压力表,必须识别并应用更严格的运行条件公差。吸入压力或侧流压力的不受控制的变化是主要问题。另一个主要问题是流量比的变化(侧流流向核心流)。
隔膜压力表侧流和混合部分
      在许多离心式隔膜压力表中,从法兰连接到混合部分的侧流系统的部分类似于隔膜压力表入口。一个很大的挑战是确?;旌喜糠痔峁┲芟蚓鹊暮狭?,损失最小。这可以通过侧流式隔膜压力表的入口配置和混合部分的有效设计来实现,使得叶轮可以保持在隔膜压力表的整个操作范围内。在许多情况下,虽然为机器提供了混合部分,但是在进入部分-2的叶轮(混合部分之后的叶轮)之前,流动不会完全混合。进入叶轮的入口流动的不均匀性是隔膜压力表性能的关键问题。
      另一个考虑因素是侧流混合部分的紧凑设计。具体地,总是优选具有较小轴向长度的混合部分。该轴向长度可影响隔膜压力表转子动力学,转子长度和整体隔膜压力表性能(设计,成本,操作和可靠性)。侧流出口压力(混合部分入口处的侧流压力)主要是侧流流速和隔膜压力表前一部分中的压力的函数。相反,侧流法兰压力可取决于侧流流速和第1段出口条件。因此,侧流入口法兰体积流量是法兰压力,压缩性(在该压力和温度下)和质量流量的函数。一些工程师认为侧流法兰压力等于第2部分第一叶轮的入口压力。这不是真的??梢允褂貌嗔髯苎沽头祷赝ǖ莱隹冢ǖ?部分)总压力在质量平均的基础上估算混合总压力。
      在一些设计中,由于侧流出口处的静压较低,即使上游的速度大致匹配两个流,返回通道出口处的总压力也较低。压力通常在返回的通道处增加,但是可以在侧流出口处再次减小。虽然性质简单,但这会对侧流出口处的压力预测和整体混合部分性能产生影响?;诨玖鞫?,通常假设混合位置处的两个流动流之间的静压相等。虽然这种假设可能用于粗略计算,但准确的模拟表明这种假设不正确。事实上,有一些要点(例如,返回通道出口处的护罩壁和侧流出口处的轮毂壁,这种假设是正确的。但是,这不适用于所有地点。从侧流法兰到下一部分的入口(第2部分)会发生压力变化,这取决于不同的因素。第一个因素是侧流几何形状的摩擦损失,从侧流法兰到压力通风系统,混合部分等。其他因素是由于局部曲率和混合部分的几何细节引起的压力变化。
      另一个考虑因素是在部分负载下具有侧流的隔膜压力表的操作。当机器在部分负载或甚至非设计的操作流程下操作时,侧流路径,混合部分和下游叶轮的性能将导致额外的隔膜压力表性能问题。在这种情况下,各个部分(侧流路径,混合部分等)的速度分布和压力变化都将不同,导致复杂的流动模式和复杂的空气动力学行为。
侧流隔膜压力表的截面性能
      通常,供应商提供的隔膜压力表性能曲线反映了法兰到法兰的性能,因为这是工厂工程师评估其系统正常运行所需的(例如,从吸入到侧流以及从侧流到排放)。在许多情况下,隔膜压力表供应商还提供了第1部分(从吸入到侧流)和第2部分(从侧流到排放)的整体隔膜压力表性能曲线和性能曲线。法兰到法兰的数据,如果没有正确解释,可能会导致关于压缩系统各个部分的相对性能的错误结论。例如,如果从法兰到混合部分的侧流损失归因于下游部分(第2部分),则会导致下游部分(第2部分)性能低下,
      需要考虑的一个重要行为是当实际侧流压力不同于额定侧流压力时。当侧流压力略高于部分-1的出口压力时,它(部分-1)显示出与实际部分-1性能相比相对更高的性能。在某些情况下,第1节的表现可能远高于第2节?;痪浠八?,当法兰到法兰的性能确定时,较高的法兰压力被视为该部分完成的额外“伪”功(因为这是一个不一致的热力学体积),导致相对较高的截面效率(第1节显示)效率相对较高)。
      当侧流质量流量远低于核心流量的质量流量时,这尤其重要。上述原因解释了为什么在与侧流隔膜压力表相关的许多模拟,计算和性能报告中,第1部分显示出相对较好的效率,第2部分效率较低。
      当侧流压力略低于部分-1的出口压力时,与部分-2相比,部分-1可能表现出相对较低的性能。这可能发生在一些循环服务中,其中侧流实际上是循环流,其质量流量约为核心流量的两到五倍。侧流(再循环)流从隔膜压力表的下游返回以稍微压缩并再循环到下游。这种循环的侧流隔膜压力表可能对设计和操作提出独特的挑战。这种机器通常需要非常特殊的操作程序和对操作压力和流量的非常精细的调整。
侧流隔膜压力表的性能和操作
      一个重要的考虑因素是隔膜压力表整体性能曲线和截面性能曲线对流量比(侧流流量与核心流量之比)和入口条件的敏感性。主吸入口和侧流入口的流量和压力的变化应控制在严格的公差范围内。对于带侧流的隔膜压力表,ASME PTC-10规范规定了流量比限制(侧流量与核心流量)。根据ASME PTC代码,具有侧流的隔膜压力表中体积流量比的可接受变化为+/- 5%。要求的侧流压力容差通常不在隔膜压力表代码中规定,但应该在+/- 2%左右(或有时+/- 2.5%)。
      流量比的变化会影响两个流合并的速度水平。叶轮上游的速度分布的显着变化改变了后续叶轮的叶片前缘上的入射。这种发生率的变化导致截面性能,整体隔膜压力表性能和列车效率的变化。如果流量比在95%和105%之间变化(ASME PTC-10规范中规定的公差),则法兰压力会相应变化,从而导致截面性能和整体性能发生变化。截面效率有时变化超过+/- 4%。随着流量朝向喘振减少,这种变化减小。然而,随着流量朝向过载增加,方差增加到更高的值(即使在某些情况下,与喘振区附近的变化相比,也是三到五倍)。例如,在具有侧流的隔膜压力表的案例研究中,流量比变化+/- 5%并且相关的变化(压力,损失等),在额定流量下截面效率降低了约3.4%; 在曲线末端的允许工作点(靠近过载,即,效率降低约5.5%。这些结果表明,由于流量比导致的截面性能和整体性能的变化在过载附近的操作点处最高,而在靠近喘振的操作点处最低。对于大部分时间处于高流量(流量高于额定流量和低于额定压力的排出压力)的隔膜压力表,流量比偏差(以及随后的效率降低)的影响将高于在左侧工作的隔膜压力表。曲线的一侧(比如在浪涌附近有足够的边距)。
      在隔膜压力表代码(例如API 617)中,隔膜压力表功率变化应保持在4%以下。但是,在某些应用中,客户要求对消耗功率采用更严格的容差,有时低于2%(甚至低于1.5%)。一些研究表明,根据ASME PTC-10规范,+ / - 5%的体积流量比适用于性能测试,一些工厂需要更严格地控制消耗的功率和隔膜压力表性能(效率的下限),以及体积流量比可能比ASME PTC代码更严格。在这方面,对于具有侧流的隔膜压力表的体积流量比(侧流流量与核心流量的比率)可以建议+/- 4%的容差。\基于操作经验,具有侧流的隔膜压力表的体积流量比和入口压力(吸入口和侧流入口)的可接受的变化分别为+/- 4%和+/- 2%。
      另一个重要的考虑因素是流量比的必要调整(侧流到核心流量)。具有侧流的隔膜压力表通常需要固定的侧流法兰压力。对于具有一些操作条件变化(甚至很小的变化)的隔膜压力表,通常不可能通过保持流量比(侧流到核心流量)恒定来实现最佳操作。必须根据机器运行的入口流量调节流量比,以便获得所需的相应的侧流法兰压力。已知热变化会在离心隔膜压力表中引起一些不稳定性。一个例子是残余不平衡的热诱导变化。对于具有侧流的隔膜压力表,其具有核心流和侧流流动之间的温差,隔膜压力表的热行为通常更复杂并且需要更多关注。
重气挑战
      重质气体(例如重质烃类气体,例如丙烷,丙烯,MTBE(甲基叔丁基醚))具有非常低的气体声速,其在空气动力学流动路径中产生高马赫数。对于这些服务,由于高马赫数,高流量系数级具有非常窄的流量图,其特征在于有限的浪涌和扼流圈余量。在这些服务中具有侧流的隔膜压力表提出了巨大的挑战。也就是说,侧流和相关混合进一步使设计,操作和性能预测复杂化,因为这些侧流中的每一个以及机器出口处的压力,温度和流动条件都需要严格的公差。优化整体效率和性能。因此,准确地建模,设计,操作,
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