Способ и система для эксплуатации сдвоенного компрессора с приточным потоком
Компрессорная система содержит компрессор (1), имеющий встречно расположенные первую компрессорную ступень (1А) и вторую компрессорную ступень (1В). На стороне всасывания компрессора (1) обеспечено наличие первого газового потока (F1). Между первой компрессорной ступенью (1А) и второй компрессорной ступенью (1В) расположено уплотнительное устройство (17). Со стороной (12) всасывания второй компрессорной ступени (1В) проточно сообщается боковая линия (19). Также имеются клапан (20) для приточного потока, расположенный на указанной боковой линии (19), и управляющее устройство (22) для приточного потока, предназначенные для регулирования потока (F2) второго газа. На первой компрессорной ступени расположено противопомпажное устройство, содержащее обходную линию (21) и противопомпажный клапан (23) и предназначенное для предотвращения помпажа первой компрессорной ступени. Управляющее устройство (22) для приточного потока выполнено с возможностью уменьшения потока (F2) второго газа при обнаружении изменения отношения давления в первой компрессорной ступени (1А), вызванного рециркуляцией газа через противопомпажное устройство. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Предлагаемое изобретение относится к компрессорам, в частности к так называемым сдвоенным компрессорам, у которых между первой компрессорной ступенью и второй компрессорной ступенью, расположенными в сдвоенной конфигурации, имеется приток текучей среды.
ОПИСАНИЕ СВЯЗАННОЙ ОБЛАСТИ ТЕХНИКИ
Центробежные компрессоры используются в различных отраслях промышленности. Например, центробежные компрессоры используются в нефтегазовой промышленности для повышения давления газообразных углеводородов. Работа сжатия, необходимая для сжатия газа вращающимися рабочими колесами и диффузорами центробежного компрессора, создает осевое усилие на валу компрессора. Для уменьшения суммарного осевого усилия на подшипниках вала часто используются балансировочные барабаны.
Некоторые известные компрессоры имеют так называемую сдвоенную конфигурацию, уменьшающую осевое усилие на валу компрессора. Сторона нагнетания первой компрессорной ступени обращена к стороне нагнетания второй компрессорной ступени таким образом, что обрабатываемый газ протекает через первую компрессорную ступень в целом в одном направлении, а через вторую компрессорную ступень в по существу противоположном направлении. Таким образом, основной поток обрабатываемого компрессором газа всасывается на стороне всасывания первой компрессорной ступени и выпускается на стороне нагнетания второй компрессорной ступени.
В ряде применений имеется боковая линия для подвода приточного газа между стороной нагнетания первой компрессорной ступени и стороной всасывания второй компрессорной ступени. В ряде применений химический состав приточного газа отличается от химического состава газа, всасываемого в первой компрессорной ступени. Например, молекулярная масса первого газа, обрабатываемого в первой компрессорной ступени, превышает молекулярную массу приточного газа. Таким образом, средняя молекулярная масса газа, протекающего через вторую компрессорную ступень и представляющего собой смесь газа из первой компрессорной ступени и приточного газа, является более низкой, чем молекулярная масса газа, протекающего через первую компрессорную ступень.
На валу компрессора между первой компрессорной ступенью и второй компрессорной ступенью расположено уплотнительное устройство, предназначенное для уменьшения обратного потока от последнего рабочего колеса на стороне нагнетания во второй компрессорной ступени по направлению к последнему рабочему колесу в первой компрессорной ступени. При этом эффективность уплотнения обычно такова, что приблизительно от 10 до 20% массы газа, нагнетаемого последним рабочим колесом во второй компрессорной ступени, протекает обратно по направлению к последнему рабочему колесу в первой компрессорной ступени.
Первая компрессорная ступень обычно снабжена противопомпажным устройством, обычно содержащим рециркуляционную обходную линию, содержащую противопомпажный клапан. При этом обходная линия соединяет сторону нагнетания со стороной всасывания первой компрессорной ступени. Когда рабочая точка первой компрессорной ступени приближается к линии границы помпажа, противопомпажный клапан открывается, и часть газового потока, нагнетаемого на стороне нагнетания первой компрессорной ступени, подается по направлению к стороне всасывания первой компрессорной ступени.
При открывании противопомпажного клапана на стороне всасывания первой компрессорной ступени происходит рециркуляция газа из приточного потока, протекающего через уплотнительное устройство между первой и второй компрессорными ступенями. Вследствие противопомпажной рециркуляции газа в первой компрессорной ступени происходит накопление газа с низкой молекулярной массой. Таким образом, происходит снижение средней молекулярной массы газа, обрабатываемого в первой компрессорной ступени. Поскольку отношение давлений компрессорной ступени зависит от молекулярной массы обрабатываемого газа и падает при уменьшении молекулярной массы, то противопомпажная рециркуляция вызывает падение отношения давлений в первой компрессорной ступени, что в результате может приводить к увеличению давления газа на всасывающем коллекторе первой ступени. В некоторых конструкциях давление газа, подаваемого на всасывающем коллекторе, ограничено и не может быть произвольно увеличено. В данном случае падение отношения давлений и последующее увеличение давления на стороне всасывания компрессора уменьшает газовый поток, направляемый через всасывающий коллектор. В определенных условиях описываемая ситуация может в результате приводить к потере газового потока через компрессорную цепь. Особо критической данная ситуация является при параллельном расположении двух или более компрессорных цепей, питаемых от одного источника газа. Действительно, в данном случае увеличение давления на стороне всасывания одного компрессора приводит в результате к разбалансированному газовому потоку, со снижающимся расходом через компрессор, в котором упало отношение давлений, и с увеличивающимся расходом через другой параллельный компрессор (компрессоры).
Таким образом, существует необходимость устранения риска неправильной работы сдвоенного компрессора с приточным потоком газа с низкой молекулярной массой.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с первым аспектом предлагаемое изобретение, раскрытое в данном документе, относится к способу эксплуатации газового компрессора, содержащего первую компрессорную ступень и вторую компрессорную ступень с встречным расположением, из которых первая компрессорная ступень расположена перед второй компрессорной ступенью относительно направления газа, обрабатываемого компрессором, уплотнительное устройство, расположенное между первой компрессорной ступенью и второй компрессорной ступенью, и боковую линию между первой компрессорной ступенью и второй компрессорной ступенью. В ряде вариантов выполнения в данном способе подают первый газ, имеющий первую молекулярную массу, на сторону всасывания первой компрессорной ступени и сжимают первый газ посредством первой компрессорной ступени. Кроме этого, в данном способе подают приточный поток второго газа через боковую линию во вторую компрессорную ступень, причем молекулярная масса второго газа является более низкой, чем молекулярная масса первого газа. Газовую смесь, образованную первым и вторым газами, сжимают во второй компрессорной ступени. Для предотвращения или уменьшения падения отношения давлений в первой компрессорной ступени вследствие рециркуляции газовой смеси, например, при открывании противопомпажной обходной линии, уменьшают приточный поток газа, что увеличивает отношение давлений во второй компрессорной ступени и противодействует, таким образом, уменьшению отношения давлений в первой компрессорной ступени.
Предлагаемый способ основан на признании того, что рециркуляция газа в противопомпажных целях в системе, в которой приточный газ имеет молекулярную массу, более низкую, чем у газа, поступающего в первую, расположенную выше по потоку компрессорную ступень, вызывает уменьшение молекулярной массы газа, обрабатываемого в первой компрессорной ступени. Подобное изменение молекулярной массы уменьшает отношение давлений в первой компрессорной ступени. Для противодействия падению отношения давлений или его компенсации молекулярную массу газа, обрабатываемого во второй компрессорной ступени, увеличивают путем уменьшения расхода через боковую линию.
В соответствии со вторым аспектом предлагаемое изобретение, раскрытое в данном документе, относится к компрессору, содержащему расположенные встречно первую компрессорную ступень и вторую компрессорную ступень и расположенное между ними уплотнительное устройство. Система дополнительно содержит боковую линию, проточно сообщающуюся со стороной всасывания второй компрессорной ступени для подачи приточного газового потока, имеющего молекулярную массу, более низкую, чем молекулярная масса основного газового потока, подаваемого на стороне всасывания первой компрессорной ступени. Для регулирования потока второго газа через боковую линию имеется клапан для приточного потока и управляющее устройство для приточного потока. Кроме этого, с первой компрессорной ступенью скомбинировано противопомпажное устройство, состоящее из обходной линии и противопомпажного клапана. При необходимости, для предотвращения помпажных явлений в первой компрессорной ступени противопомпажный клапан открывают для рециркуляции части газового потока, обрабатываемого в первой компрессорной ступени. Имеется датчик для регистрации по меньшей мере одного параметра давления первой компрессорной ступени, например, отношения давлений и/или давления всасывания. Указанное управляющее устройство выполнено с возможностью уменьшения потока газа через боковую линию при обнаружении указанным датчиком давления изменения указанного параметра давления, характеризующего уменьшение отношение давлений в первой компрессорной ступени, спровоцированное рециркуляцией газа через указанное противопомпажное устройство.
Признаки и варианты выполнения раскрыты в данном документе ниже и дополнительно изложены в прилагаемой формуле изобретения, составляющей неотъемлемую часть данного описания. В вышеприведенном кратком описании изложены признаки различных вариантов выполнения изобретения для того, чтобы следующее подробное описание было лучше понято, а также для того, чтобы данный вклад в существующий уровень техники был лучше оценен. Существуют, конечно, другие признаки предлагаемого изобретения, описанные далее в данном документе и изложенные в формуле изобретения. В этом отношении, до подробного раскрытия ряда вариантов выполнения изобретения, подразумевается, что различные варианты выполнения изобретения не ограничены подробностями конструкции и схемами расположения компонентов, изложенными в следующем описании или изображенными на чертежах. Для изобретения возможны другие варианты выполнения, другое практическое использование и осуществление различными путями. Также подразумевается, что фразеология и терминология используется в данном документе с целью описания и не должна рассматриваться как ограничительная.
По существу, для специалистов очевидно, что замысел, на котором основано предлагаемое изобретение, может быть легко использован в качестве основы для проектирования других конструкций, способов и/или систем для реализации ряда целей изобретения. Таким образом, важно, чтобы пункты формулы изобретения рассматривались как содержащие подобные эквивалентные конструкции при том условии, что данные конструкции не выходят за рамки объема правовой защиты или сути изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Более полное понимание раскрытых вариантов выполнения изобретения и его многочисленные сопутствующие преимущества легко получить, если эти преимущества станут лучше понятны со ссылкой на следующее подробное описание, рассмотренное в связи с прилагаемыми чертежами, на которых:
на фиг. 1 показан разрез сдвоенного компрессора по плоскости, содержащей ось вращения ротора компрессора;
на фиг. 2 показана схема компрессора и соответствующих противопомпажных систем;
на фиг. 3 и 4 показаны два графика соотношения расхода и отношения давлений для первой и второй компрессорных ступеней компрессора, показанного на фиг. 1 и 2;
на фиг. 5 показана диаграмма, отображающая регулирование давления.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В следующем подробном описании предпочтительных вариантов изобретения ссылка делается на прилагаемые чертежи. На разных чертежах одинаковые номера позиций обозначают одинаковые или аналогичные элементы. Кроме этого, чертежи не обязательно выполнены в масштабе, и следующее подробное описание не ограничивает изобретение. Напротив, объем правовой защиты изобретения определен формулой изобретения.
Во всем описании ссылка на "один вариант выполнения" или "вариант выполнения" или на "некоторые варианты выполнения" означает, что отдельный признак, конструкция или характеристика, описанная в связи с вариантом выполнения, содержится в по меньшей мере одном варианте выполнения предлагаемого изобретения. Таким образом, фразы "в одном варианте выполнения" или "в варианте выполнения" или "в ряде вариантов выполнения" в соответствующих местах в описании не обязательно относится к одному и тому же варианту выполнения (вариантам). Кроме этого, отдельные признаки, конструкции или характеристики могут быть скомбинированы любым подходящим образом в одном или более вариантах выполнения.
На фиг. 1 схематично показан разрез сдвоенного компрессора 1 по плоскости, содержащей ось А-А вращения ротора компрессора. Компрессор 1 содержит корпус 3 и вал 5, выполненный с возможностью вращения в корпусе 3.
Компрессор 1 может представлять собой компрессор с вертикальным разъемом, имеющий цилиндр 5А и две головные концевые крышки 3В, 3С. В других, не изображенных вариантах выполнения компрессор может представлять собой компрессор с горизонтальным разъемом, имеющим корпус, состоящий из двух половин, совмещенных друг с другом вдоль по существу горизонтальной плоскости, содержащей ось вращения вала компрессора.
В варианте выполнения, изображенном на фиг. 1, компрессор 1 содержит первую компрессорную ступень 1А и вторую компрессорную ступень 1В, расположенные симметрично. Первая компрессорная ступень 1В содержит по меньшей мере одно рабочее колесо 7, установленное на валу 5 с возможностью вращения вокруг оси А-А. Группа диффузоров 8 и обратных каналов 9, образованных в диафрагмах компрессора, образуют первый тракт сжатия для газа, поступающего в первую компрессорную ступень 1А на стороне 10 всасывания и выходящего на стороне 11 нагнетания.
Сторона 10 всасывания может содержать приемную камеру для впуска газа, проточно сообщающуюся с первым рабочим колесом 7. В свою очередь, сторона 11 нагнетания может содержать улитку, из которой газ собирают и передают далее через соединительные каналы (не изображены на фиг. 1) к стороне 12 всасывания второй компрессорной ступени 1В.
В соответствии с рядом вариантов выполнения изобретения вторая компрессорная ступень 1В содержит по меньшей мере одно рабочее колесо 13, установленное на валу 5 с возможностью вращения вокруг оси А-А. Вторая компрессорная ступень дополнительно содержит диффузоры 14 и обратные каналы 15, образованные в диафрагмах компрессора и образующие второй тракт сжатия для газа, обрабатываемого во второй ступени 1В.
Газ поступает во вторую ступень 1В на впускной стороне или стороне 12 всасывания и последовательно обрабатывается посредством рабочих колес, диффузоров и обратных каналов второй компрессорной ступени 1В. Окончательно сжатый газ выпускают на стороне 16 нагнетания второй ступени 1В, представляющей также сторону нагнетания компрессора 1. Сторона 16 нагнетания компрессора 1 может содержать улитку, предназначенную для сбора газа из диффузора последнего рабочего колеса и подачи сжатого газа по направлению к выпускному каналу (не изображен).
Вокруг вала 5 компрессора, между последним рабочим колесом 7L первой ступени 1А и последним рабочим колесом 13L второй ступени 1В расположено уплотнительное устройство 17, которое предназначено для уменьшения протечек вдоль вала 5 от последнего рабочего колеса 13L второй ступени 1В, где газ достигает более высокого давления, по направлению к последнему рабочему колесу 7L первой ступени 1А, где газ находится под более низким давлением. Данное уплотнительное устройство может содержать, например, лабиринтное уплотнение.
Несмотря на данное уплотнительное устройство во время эксплуатации компрессора от второй компрессорной ступени 1В по направлению к первой компрессорной ступени 1А перетекает протечка от 10 до 20%, обычно от примерно 15 до 18% по массе, причем данную протечку возвращают на стороне 12 всасывания второй компрессорной ступени 1В.
На фиг. 2 представлена схема компрессора 1 и соответствующих подсоединений газа. На фиг. 2 протечка газа через уплотнительное устройство 17 схематично изображена номером 18 позиции. Номер 30 позиции схематично представляет канал, соединяющий сторону 11 нагнетания первой ступени 1А со стороной 12 всасывания второй ступени 1В. Номер 40 позиции относится к всасывающему коллектору первой компрессорной ступени 1А.
Как лучше всего изображено на фиг. 2, и обращаясь к фиг. 1, боковая линия 19 подает приточный газовый поток между стороной 11 нагнетания первой ступени 1А и стороной всасывания второй ступени 1В. На линии 19 может быть расположен клапан 20 для приточного потока. Как описано далее более подробно, номер 22 позиции схематично обозначает управляющее устройство для приточного потока, предназначенное для управления клапаном 20. Указанная линия схематично изображена соединенной с каналом 30. В ряде вариантов выполнения изобретения линия 19 может быть выполнена с возможностью проточного сообщения со впуском во вторую компрессорную ступень 1В через сопла для приточного потока, выполненные с возможностью подачи приточного потока непосредственно на впуск первого, то есть расположенного выше всех по потоку рабочего колеса 13 второй ступени 1В.
На схеме, показанного на фиг. 2, Р1 обозначает давление всасывания на стороне всасывания первой ступени 1А, то есть давление всасывания компрессора 1. Р3 обозначает давление нагнетания на стороне 16 нагнетания второй ступени 1В, то есть давление нагнетания компрессора 1. При этом обозначение Р2 относится к давлению всасывания второй компрессорной ступени 1В, то есть к межступенчатому давлению. В следующем описании принято, что давление Р3 нагнетания на стороне нагнетания компрессора 1 поддерживается постоянным.
Номер 21 позиции обозначает обходную линию противопомпажного устройства для первой ступени 1А. Номер 23 позиции обозначает соответствующий противопомпажный клапан, расположенный на обходной линии 21. На впуске компрессора может быть расположен блок 24 датчиков. В ряде вариантов выполнения предлагаемого изобретения блок 24 может содержать датчик 25 давления, предназначенный для регистрации давления газа на стороне всасывания компрессора 1, то есть на стороне всасывания первой компрессорной ступени 1А. Блок 24 может дополнительно содержать датчик 27 расхода, предназначенный для регистрации расхода газа на стороне всасывания компрессора 1. В ряде вариантов выполнения предлагаемого изобретения блок 24 может содержать датчик 29 температуры, предназначенный для регистрации температуры газового потока на стороне всасывания компрессора 1. В общих терминах блок 24 состоит из тех технических средств, которые требуются для противопомпажного регулирования, используемого для конкретной компрессорной ступени 1А.
Вторая компрессорная ступень 1В может быть снабжена отдельным противопомпажным устройством. На фиг. 2 номер 31 позиции обозначает обходную линию противопомпажного устройства для второй ступени 1В. Номер 33 позиции обозначает соответствующий противопомпажный клапан, расположенный на обходной линии 31. На впускной стороне или стороне 12 всасывания второй компрессорной ступени 1В может быть расположен блок 34 датчиков. В ряде вариантов выполнения предлагаемого изобретения блок 34 может содержать датчик 35 давления, предназначенный для регистрации давления газа на стороне всасывания второй компрессорной ступени 1А. Блок 34 может дополнительно содержать датчик 37 расхода, предназначенный для регистрации расхода газа на стороне всасывания второй компрессорной ступени 1В. В ряде вариантов выполнения предлагаемого изобретения блок 34 может содержать датчик 39 температуры, предназначенный для регистрации температуры газового потока на стороне всасывания второй ступени 1В. В общих терминах блок 34 состоит из тех технических средств, которые требуются для противопомпажного регулирования, используемого для конкретной компрессорной ступени 1В.
Противопомпажные системы могут работать по любому имеющемуся противопомпажному алгоритму, известному специалистам в области регулирования компрессоров. Поэтому в данном документе нет необходимости описывать подробности противопомпажных алгоритмов. Достаточно только вспомнить, что открывание противопомпажного клапана происходит при приближении рабочей точки компрессорной ступени к линии границы помпажа, что предотвращает возникновение помпажных явлений в компрессорной ступени. Противопомпажная рециркуляция газового потока через обходную линию 21 или 23 требуется при недостаточном газовом потоке, всасываемом на всасывающей линии компрессорной ступени, для поддержания компрессорной ступени в устойчивых рабочих условиях.
Во время работы первый, или основной газовый поток F1 подают на сторону 10 всасывания первой компрессорной ступени 1 и обрабатывают в этой ступени 1А. Газ первого газового потока имеет первую молекулярную массу MW1. Во время эксплуатации компрессора состав газа может быть постоянным или варьируемым. В данном описании изобретения предполагается, что молекулярная масса MW1 является постоянной или квазипостоянной.
Второй газовый поток F2 подают в виде приточного газового потока, по боковой линии 19, на стороне 12 всасывания второй компрессорной ступени 1В. При этом газ, подаваемый через линию 19, имеет вторую молекулярную массу MW2, более низкую, чем первая молекулярная масса MW1. В данном описании изобретения предполагается, что вторая молекулярная масса MW2 является постоянной во время эксплуатации.
Приточный газовый поток F2 смешивают с основным газовым потоком F1, подаваемым со стороны 11 нагнетания первой компрессорной ступени 1А. Полученную газовую смесь F3 первого газового потока F1 и второго газового потока F2 обрабатывают во второй ступени 1В. Средняя молекулярная масса MW3 газа, обрабатываемого во второй ступени 1В, является более низкой, чем молекулярная масса MW1 первого газа, обрабатываемого в первой ступени 1А, из-за добавления приточного газа, имеющего молекулярную массу MW2, более низкую, чем MW1.
Во время нормальной эксплуатации вследствие падения давления в уплотнительном устройстве 17 поток LF протечки протекает от стороны 16 нагнетания второй ступени 1В по направлению к стороне 11 нагнетания первой ступени 1А. Несмотря на то, что поток LF протечки имеет молекулярную массу MW3, более низкую, чем первый газовый поток F1, поток LF протечки не влияет на рабочие условия первой компрессорной ступени 1А, поскольку поток LF протечки не обрабатывают в первой компрессорной ступени, а непосредственно возвращают на впуск 12 второй ступени 1В.
При работе первой ступени 1А на удалении от линии границы помпажа противопомпажный клапан 23 закрыт. Однако, если рабочая точка первой ступени 1А приближается к границе помпажа, схематично представленной как SL на графике соотношения расхода и отношения давлений (расхода/напора) на фиг. 3, то противопомпажный клапан 23 открывается для рециркуляции части газового потока, обрабатываемого в первой компрессорной ступени 1А, для увеличения, таким образом, расхода через первую ступень 1А. Поскольку газ на стороне 11 нагнетания ступени 1А содержит часть второго газа с более низкой молекулярной массой MW2, то рециркуляция через обходную линию 21 вызывает уменьшение молекулярной массы MW1 газа, обрабатываемого в первой ступени 1А.
Отношение давлений на обеих компрессорных ступенях 1А, 1В зависит от молекулярной массы обрабатываемого газа. В частности, при снижении молекулярной массы происходит снижение отношения давлений, и наоборот. На фиг. 3 проиллюстрировано множество характеристических кривых ССА первой компрессорной ступени 1А для различных значений молекулярной массы MW1 газа, обрабатываемого в компрессорной ступени. Стрелка А1 на фиг. 3 указывает на направление снижения молекулярной массы. Можно понять, что для данного расхода снижение молекулярной массы газа вызывает соответствующее уменьшение отношения давлений, и наоборот.
Таким образом, отношение давлений в первой ступени 1А предоставляет косвенную меру средней молекулярной массы MW1 газа, обрабатываемого посредством первой ступени 1А. Так, при открывании противопомпажного клапана 23 противопомпажным управлением отношение давлений в первой компрессорной ступени 1А или, в более общем смысле, параметр давления, относящийся к данному отношению, то есть давление Р3 стороны всасывания, предоставляет косвенное указание на изменение молекулярной массы газа, обрабатываемого в первой ступени 1А, вследствие рециркуляции доли газа с низкой молекулярной массой из противопомпажной обходной линии 12.
В ряде вариантов выполнения изобретения обеспечена возможность регистрации падения отношения давления датчиками 25, 35 давления на стороне 10 всасывания первой ступени 1А и на стороне всасывания второй ступени 1В. Отношение Р2/Р1 давлений может быть использовано в качестве параметра давления первой компрессорной ступени, который предоставляет косвенное доказательство изменения молекулярной массы газа, обрабатываемого посредством первой ступени 1А.
В других вариантах выполнения изобретения давление Р1 на стороне 10 всасывания первой ступени 1А может использоваться в качестве параметра для определения того, происходит ли изменение молекулярной массы газа. Например, если давление Р3 на нагнетании компрессора 1 зафиксировано, то падение молекулярной массы MW1 вызывает увеличение давление Р1 всасывания, поскольку давление Р3 нагнетания и межступенчатое давление Р2 остаются постоянными.
Если из-за уменьшения молекулярной массы газа, обрабатываемого в компрессорной ступени 1А, происходит увеличение давления Р1 на всасывающем коллекторе 40, то происходит также падение расхода через компрессор 1 до тех пор, пока в конце концов расположенный выше по потоку процесс подачи газа во всасывающий коллектор 40 первой ступени 1А будет не способен подавать газовый поток к компрессору. В конце концов поток газа через компрессор 1 прекращается.
Для предотвращения окончательного прекращения газового потока через компрессор 1 в случае регистрации увеличения давления Р1 всасывания или в случае регистрации уменьшения отношения Р2/Р1 давлений управляющее устройство 22 воздействует на клапан 20 для уменьшения приточного потока. После уменьшения приточного потока происходит увеличение средней молекулярной массы MW3 газа, обрабатываемого во второй ступени 1В, поскольку уменьшен процент газа с низкой молекулярной массой от линии 19.
В свою очередь, в результате это приводит к повышенному отношению Р3/Р2 давлений. Если давление Р3 нагнетания является постоянным, то вследствие увеличения молекулярной массы газового потока F3, обрабатываемого во второй ступени 1В, происходит падение давления Р2 всасывания второй ступени 1В и, как следствие, давления Р1 всасывания первой ступени 1А.
В предпочтительных вариантах выполнения изобретения обеспечивают возможность регулирования приточного потока на основании вариаций давления Р1 всасывания на стороне 10 всасывания компрессорной ступени 1А только в случае активного противопомпажного регулирования первой ступени 1А, то есть, если противопомпажный клапан 23 открыт по меньшей мере частично и/или первая компрессорная ступень 1А приближается к помпажной линии SL. Данная возможность предотвращает уменьшение приточного потока в случае падения отношения Р2/Р1 давлений вследствие, например, перемещения рабочей точки компрессорной ступени 1А к правой стороне графика напор/расход (фиг. 3). Действительно, уменьшение отношения Р3/Р2 давлений также могло быть вызвано увеличением расхода через компрессор 1. В данном случае регистрируемое изменение параметра давления происходит не вследствие изменения молекулярной массы газа, обрабатываемого в первой компрессорной ступени 1, и регулирование приточного потока не должно быть задействовано.
Управление отношением давлений путем регулирования расхода приточного потока может быть понято наилучшим образом при рассмотрении фиг. 4, на которой проиллюстрирован график соотношения расхода и отношения давлений для второй компрессорной ступени 1 В. На фиг. 4 проиллюстрировано несколько характеристических кривых ССВ второй компрессорной ступени 1 В для различных значений молекулярной массы MW3 газа, обрабатываемого в этой ступени. Стрелка А2 на фиг. 4 указывает на направление увеличения молекулярной массы. На фиг. 4 показано, как для данного расхода также увеличивают отношение давлений путем увеличения молекулярной массы MW3 газа.
Таким образом, обеспечена возможность регулирования расхода приточного потока до достижения давлением Р1 всасывания компрессорной ступени 1А заданной точки, что предотвращает прекращение потока через компрессор 1.
На фиг. 5 графически проиллюстрирован вышеописанный процесс регулирования. На диаграмме с левой стороны проиллюстрированы значения давления и отношения давлений в первой компрессорной ступени (PR1=P2/P1) и во второй компрессорной ступени (PR2=P3/P2) в нормальных рабочих условиях (антипомпаж неактивен). На центральной диаграмме проиллюстрировано поведение отношений давлений и значений давлений, вызванное снижением молекулярной массы MW1 газа, протекающего через первую ступень 1А. На третьей диаграмме проиллюстрировано регулирование давлений, получаемое путем увеличения молекулярной массы MW3 газа, обрабатываемого во второй ступени 1В, путем уменьшения расхода приточного потока. При этом давление Р1 на стороне всасывания плавно падает снова по направлению к заданному значению.
Варианты выполнения описанного в данном документе изобретения изображены на чертежах и полностью описаны выше, со спецификой и подробностями, в связи с рядом предпочтительных вариантов выполнения. Тем не менее, для специалистов средней квалификации очевидно, что возможны многочисленные модификации, изменения и допущения без существенного отклонения от идей новизны, принципов и замыслов, изложенных в данном документе, а также от преимуществ изобретения, указанного в прилагаемой формуле изобретения. Таким образом, объем раскрытых инноваций должен быть определен только путем самого широкого толкования формулы изобретения так, чтобы охватывать все подобные модификации, изменения и допущения. Кроме этого, различные признаки, структуры и технические средства из различных вариантов выполнения изобретения могут быть скомбинированы друг с другом различным образом.
1. Способ эксплуатации газового компрессора (1), содержащего встречно расположенные первую компрессорную ступень (1А) и вторую компрессорную ступень (1В), уплотнительное устройство (17), расположенное между первой компрессорной ступенью (1А) и второй компрессорной ступенью (1В), и боковую линию (19), расположенную между первой компрессорной ступенью (1А) и второй компрессорной ступенью (1В), включающий следующие этапы:
- подачу первого газа, имеющего первую молекулярную массу (MW1), на сторону (10) всасывания первой компрессорной ступени (1А) и сжатие первого газа в первой компрессорной ступени (1А),
- подачу приточного потока (F2) второго газа через боковую линию (19) во вторую компрессорную ступень (1В), причем второй газ имеет молекулярную массу (MW2), более низкую, чем первый газ,
- сжатие газовой смеси из первого и второго газов во второй компрессорной ступени (1В),
- обнаружение параметра давления первой компрессорной ступени (1А),
- регулирование приточного потока (F2) для корректирования изменения отношения давлений в компрессоре, вызванного изменением молекулярной массы газа, сжимаемого первой компрессорной ступенью (1А), которое вызвано рециркуляцией газовой смеси из второй компрессорной ступени (1В) к первой компрессорной ступени (1А).
2. Способ по п. 1, в котором параметр давления представляет собой отношение давлений в первой компрессорной ступени (1А).
3. Способ по п. 1, в котором параметр давления представляет собой давление всасывания на стороне всасывания первой компрессорной ступени (1А).
4. Способ по п. 1, 2 или 3, в котором дополнительно:
- обеспечивают наличие противопомпажной системы для первой компрессорной ступени (1А), содержащей обходную линию (21) и противопомпажный клапан (23),
- выполняют регулирование приточного потока (F2), только если противопомпажная система активна.
5. Способ эксплуатации газового компрессора (1), включающий следующие этапы:
- обеспечение наличия встречно расположенных первой компрессорной ступени (1А) и второй компрессорной ступени (1В),
- обеспечение наличия уплотнительного устройства (17) между первой компрессорной ступенью (1А) и второй компрессорной ступенью (1В),
- обеспечение наличия боковой линии (19) между первой компрессорной ступенью (1А) и второй компрессорной ступенью (1В),
- подачу первого газа, имеющего первую молекулярную массу (MW1), к стороне (10) всасывания первой компрессорной ступени (1А) и сжатие первого газа в первой компрессорной ступени (1А),
- подачу приточного потока (F2) второго газа через боковую линию (19), причем второй газ имеет молекулярную массу (MW2), более низкую, чем молекулярная масса (MW1) первого газа,
- сжатие газовой смеси из первого и второго газов во второй компрессорной ступени (1В),
- обеспечение рециркуляции газовой смеси из второй компрессорной ступени (1В) к стороне (10) всасывания первой компрессорной ступени (1А),
- регулирование приточного потока (F2) для корректирования изменения отношения давлений в компрессоре, вызванного изменением молекулярной массы газа, обрабатываемого в первой компрессорной ступени (1А), которое вызвано рециркуляцией газовой смеси.
6. Способ по п. 5, в котором уменьшают приточный поток (F2) при обнаружении уменьшения отношения давлений в первой компрессорной ступени (1А).
7. Способ по п. 5, в котором уменьшают приточный поток (F2) при обнаружении увеличения давления всасывания на стороне всасывания первой компрессорной ступени (1А).
8. Компрессорная система, содержащая:
- компрессор (1), содержащий первую компрессорную ступень (1А), имеющую сторону (10) всасывания, выполненную с возможностью приема потока (F1) первого газа, имеющего молекулярную массу (MW1), и сторону (11) нагнетания, вторую компрессорную ступень (1В), имеющую сторону (12) всасывания и сторону (13) нагнетания, причем первая компрессорная ступень и вторая компрессорная ступень выполнены с встречным расположением, и уплотнительное устройство (17), расположенное между первой компрессорной ступенью (1А) и второй компрессорной ступенью (1В),
- боковую линию (19), проточно сообщающуюся со стороной (12) всасывания второй компрессорной ступени (1В) и предназначенную для подачи потока (F2) второго газа, имеющего молекулярную массу (MW2), более низкую, чем первый газ, причем во второй компрессорной ступени (1В) обрабатывается смешанный поток (F3) из первого газа и второго газа,
- клапан (20) для приточного потока, расположенный на указанной боковой линии (19) и предназначенный для регулирования потока (F2) второго газа,
- управляющее устройство (22) для приточного потока, предназначенное для управления клапаном (20) для приточного потока,
- противопомпажное устройство, содержащее обходную линию (21) для рециркуляции газа от стороны (11) нагнетания к стороне (10) всасывания первой компрессорной ступени (1А) и противопомпажный клапан (23), расположенный на обходной линии (21),
- блок (25, 35) датчика давления для детектирования по меньшей мере одного параметра давления первой компрессорной ступени (1А),
причем управляющее устройство (22) для приточного потока выполнено с возможностью уменьшения потока (F2) второго газа при детектировании указанным блоком датчика давления изменения указанного параметра давления, характеризующего уменьшение отношения давлений в первой компрессорной ступени (1А), вызванное рециркуляцией газа через противопомпажное устройство.
9. Система по п. 8, в которой блок датчика давления выполнен с возможностью детектирования изменения давления газа на стороне (10) всасывания первой компрессорной ступени (1А).
10. Система по п. 8, в которой блок датчика давления выполнен с возможностью детектирования изменения отношения давлений в первой компрессорной ступени (1А).
11. Система по любому из пп. 8-10, в которой управляющее устройство (22) для приточного потока выполнено с обеспечением уменьшения приточного потока (F2) при детектировании уменьшения отношения давлений в первой компрессорной ступени (1А).
12. Система по любому из пп. 8-10, в которой управляющее устройство (22) для приточного потока выполнено с обеспечением уменьшения потока (F2) при детектировании увеличения давления газа на стороне всасывания первой компрессорной ступени (1А).
13. Система по любому из пп. 8-10, в которой управляющее устройство (22) для приточного потока выполнено с обеспечением уменьшения приточного потока (F2), если противопомпажное устройство активно или если первая компрессорная ступень (1А) работает вблизи линии границы помпажа.
