Разбиране на помпажа в компресорите
Помпаж — често наричано просто „компресорна пулсация“ — представлява силна аеродинамична нестабилност в центробежните и аксиалните компресори, при която целият поток през машината периодично променя посоката си. Резултатът е колебание на налягането и дебита, обикновено с честота от 0.5–10 Hz. При всеки цикъл на налягане потокът за кратко спира или се обръща, налягането на изхода спада, след което потокът в посока напред се възобновява и налягането се възстановява, а цикълът се повтаря. Тези обръщания на посоката упражняват огромни колебаещи се сили върху ротора, което води до сериозни вибрация — особено в аксиален посока — силен, тътнещ шум и способност да унищожи компресора за минути, ако не бъде спрян незабавно.
Surge по същество е system нестабилност, засягаща компресора заедно със свързаните с него тръбопроводи и обем, а не само характеристика на самия компресор. Тя възниква, когато машината се натоварва над границите на способността ѝ за повишаване на налягането при нисък дебит, а за да се предотврати това, е необходим контрол срещу хидравличен удар, който поддържа дебита на безопасно ниво над линията на хидравличен удар.
1. Механизмът на вълната
Цикълът на скока
Типичният цикъл на пренапрежение протича по следния повтарящ се начин:
- Намаляване на дебита: натоварването на системата намалява, поради което дебитът през компресора спада.
- Stall onset: При много нисък дебит лопатките влизат в застой и потока се отделя от повърхностите на лопатките.
- Срив на налягането: заседналият компресор вече не може да поддържа налягането на изхода.
- Flow reversal: газът под високо налягане, затворен в изпускателната тръба или в камерата, се връща обратно през компресора.
- Изравняване на налягането: налягането на изхода спада, тъй като газът изтича назад.
- Потокът към предната част се възобновява: след като налягането спадне, компресорът отново може да изтласква газа напред.
- Налягането нараства: възобновеният поток към предната част възстановява налягането на изхода.
- Cycle repeats: високото налягане отново блокира машината и цикълът продължава.
Честота на скока
- Определя се от обема на системата (тръбопроводи, разпределителни камери, съдове) в съчетание с характеристиките на компресора.
- По-големите обеми водят до по-ниска честота на пулсациите.
- Типичен диапазон: 0,5–10 Hz.
- Малки системи: приблизително 5–10 Hz.
- Големи системи: приблизително 0,5–2 Hz.
- Честотата остава относително постоянна за дадена система.
Тази ниска, фиксирана от системата честота попада изцяло в работния диапазон на преносим анализатор. Струва си да се отбележи, че Balanset-1A измерва вибрациите от 5 Hz нагоре, така че циклите на пренапрежение с по-висока честота при малките системи попадат в обхвата му; основният диагностичен показател обаче е не толкова точната честота, колкото характерният модел на големи, нестабилни, предимно аксиални нискочестотни пулсации, които се появяват внезапно.
2. Условия, водещи до претоварване
Работа извън границите на натоварването
На всяка работна характеристика на компресора е начертана линия на претоварване, която определя стабилната му граница:
- Surge line: най-лявата стабилна граница на действие на картата.
- Безопасна работа: вдясно от линията, при по-висок дебит.
- Surge zone: отляво на линията — нестабилна и забранена територия.
- Марж: Машините обикновено работят с резерв на дебита от 10–20% вдясно от линията на претоварване.
Събития, предизвикващи реакция
- Намаляване на търсенето: процесът консумира по-малко, така че дебитът спада към линията на преливане.
- Ограничение за изписване: затваряне на клапан или запушване надолу по веригата.
- Намаляване на скоростта: компресорът забавя работата си, без това да води до пропорционално намаляване на необходимия дебит.
- Промени в плътността: промени в молекулното тегло на газа или в температурата, които променят характеристиката на компресора.
- Замърсяване: отлагания по ножовете, които с времето намаляват производителността на машината.
3. Ефекти и последствия
Вибрации
- Амплитуда: може да достигне 25–50 мм/сек (1–2 инча/сек) или повече.
- Аксиална компонента: особено силно по оста на вала.
- Ниска честота: Пулсации с честота 0,5–10 Hz.
- Движение на цялата машина: целият компресор се люлее и трепери.
Механични повреди
- Отказ на лагера: Ударните натоварвания могат да унищожат лагерите за часове.
- Повреда на уплътнението: Аксиалното движение и промените в налягането увреждат уплътненията.
- Shaft damage: напрежения на огъване и усукване, причинени от промените в посоката на потока.
- Повреда на лопатка: променливите аеродинамични натоварвания причиняват умора и може да доведе до излизане на лопатката от гнездото.
- Повреда на съединителя: Ударът от усукване поврежда съединителите.
- Аксиален лагер: бързото редуване на аксиалното натоварване може да унищожи аксиален лагер — често първата жертва на внезапно увеличение на натоварването.
Последици от процеса
- Колебанията в налягането и дебита се разпространяват към следващия етап от процеса.
- Температурните колебания се дължат на многократното сгъстяване и разширяване.
- Възможно е да последват сривове в процеса или задействане на системите за безопасност.
- Качеството на продукта може да се влоши поради нестабилните условия.
4. Откриване
Характеристика на вибрациите
- Внезапна поява на нискочестотна пулсация с голяма амплитуда
- Честота в диапазона 0,5–10 Hz.
- Тежко аксиални вибрации.
- Нестабилна, постоянно променяща се амплитуда.
Този подпис е отличителен на вибрационен спектър and on a времева форма на сигнала: внезапен прилив на енергия дълбоко под земята работна скорост, който доминира в аксиалния канал и който се разширява и свива, вместо да остава стабилен. Мониторинг на вибрациите Наблюдението на аксиалния лагер на компресора е един от най-бързите начини за откриване на възникващо пулсиране, тъй като там аксиалните пулсации се проявяват най-силно.
Акустичен отпечатък
- Силен тътнещ или свистящ звук.
- Чува се ритмично пулсиране с честотата на пренапрежението.
- Характерен и, за всеки, който го е чувал, незабравим.
Показатели за процесите
- Колебания в налягането на изхода.
- Колебателен поток, който всъщност може да се обърне.
- Колебания в температурата.
- Колебания в тока на двигателя.
5. Превенция: защита срещу пренапрежение
Системни компоненти
Recycle valve. Бързодействащ клапан, който пренасочва изходящия газ обратно към всмукателната страна. Той се отваря, за да увеличи дебита, когато работната точка се приближи до линията на претоварване, и е проектиран да поема пълния дебит на компресора, ако е необходимо.
Измерване на дебита и налягането. Непрекъснатото наблюдение на дебита и налягането позволява да се определи текущата работна точка на картата на компресора и да се открие всяко приближаване към линията на хидравличен удар.
Controller. Контролерът изчислява разстоянието до линията на налягане, отваря рециркулационния клапан с предпазен резерв при приближаване към линията на налягане и — в съвременните инсталации — използва адаптивни алгоритми. Времето за реакция е от решаващо значение, като обикновено се изисква действие за по-малко от една секунда.
Работни процедури
- Никога не работете в ляво от линията за претоварване.
- Поддържайте резерв на дебита от 10–20 % спрямо пиковия дебит.
- Променяйте натоварването постепенно и избягвайте резки спадове в потреблението.
- Преди всяко пускане в експлоатация проверете дали системата за защита от пренапрежение работи.
- Проверявайте периодично системата за защита от пренапрежение.
6. Реагиране при извънредни ситуации
Ако възникне скок
- Незабавни действия: отворете ръчно клапана за рециркулация, ако автоматичната система не работи.
- Increase flow: да отворите изхода, да намалите съпротивлението или да пуснете уреди, свързани паралелно.
- Намаляване на повишаването на налягането: намалете оборотите на компресора, ако той е с променлива скорост.
- Аварийно изключване: ако пренапрежението не може да бъде спряно в рамките на 10–30 секунди, изключете машината.
- Не рестартирайте: докато причината не бъде установена и отстранена.
Проверка след прилив
- Проверете дали острието не е повредено.
- Проверете състоянието на лагера.
- Проверете целостта на уплътнението.
- Проверете упорния лагер.
- Изпълнете анализ на вибрациите преди машината да бъде пусната отново в експлоатация — базовият спектър ще разкрие всякакви нови дисбаланс, несъосност или повреда на лагера, причинена от инцидента.
7. Пренапрежение срещу други нестабилности
Скок на налягането срещу ротационно загуба на поток
- Пренапрежение: колебание на потока в цялата система при много ниска честота (0,5–10 Hz).
- Въртящ се застой: локални застойни клетки, които се въртят около пръстена с по-висока честота, обикновено 0,2–0,8 пъти скоростта на ротора, което ги нарежда сред субсинхронен явления.
- Тежест: свиването е по-разрушителното от двете състояния; въртящото загуба на поток може да бъде предшественик на свиването.
Импулсно подаване срещу рециркулация
- Пренапрежение: специфично за компресора обръщане на потока в цялата система.
- Рециркулация: може да възникне в помпи или компресори, представлява локално обръщане на потока и обикновено е с по-леки последствия.
- Връзка: рециркулацията може да доведе до пълно претоварване на компресорите.
Сургирането е най-опасното работно състояние за центробежните и аксиалните компресори, което може да унищожи оборудването за минути. Разбирането на механизма на сургирането, разпознаването на границата на сургирането, прилагането на ефективно управление срещу сургиране и поддържането на подходящи работни резерви са от решаващо значение за безопасната експлоатация на компресорите в промишленото газокомпресионно обслужване.
