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      關于側流隔膜壓力表的應用的關鍵考慮因素

      返回列表發布日期:2019-07-26 08:58:18    |    


            某些應用中的一些隔膜壓力表具有一個或多個引入側流(或側向負載),其引入側流流以與核心流混合。換句話說,徑向側流入口用于隔膜壓力表中以將額外的氣體引入隔膜壓力表的中段。該設計可在某些過程工廠中實現優化。然而,在上游部分的側流和主返回通道的連接之后的流動分布可以顯著影響下一部分隔膜壓力表的性能。在大多數情況下,應準確預測這些側流的壓力水平以滿足理論性能。
            具有側流的隔膜壓力表的設計和操作一直很困難,因為進入隔膜壓力表的流量需要與隔膜壓力表中已經存在的核心流(在第1節中壓縮)混合,其方式不會降低周圍區域的空氣動力學性能。需要最小化損失并確保側流流和核心流的適當混合,以確保這種隔膜壓力表的有效性能。
      涉及側流式隔膜壓力表的應用的關鍵考慮因素包括:
            1、工廠過程通常決定了側流法蘭壓力。
            2、側流上游的葉輪應該達到核心流的必要壓力。
            3、側流流動通常處于與隔膜壓力表核心流動溫度不同的溫度。
            4、過程工廠需要一定程度的操作靈活性,即支持核心流條件和側流條件變化的能力。
            現代過程工廠通常指定一個以上的操作條件(有時是兩個或更多強制條件),這可能對具有側流的隔膜壓力表提出挑戰。除了這些問題之外,與前幾代隔膜壓力表技術相比,現代隔膜壓力表應該以更高的葉輪葉尖速度和入口馬赫數運行。
            同樣,側流現在通常與中型和大型隔膜壓力表(例如,1-60MW)一起使用。與側流隔膜壓力表應用的校正相關的成本 - 任何維修,低效運行和功率損耗 - 都會非常高。此外,具有側流的隔膜壓力表通常是敏感且難以操作的機器。特別是,性能曲線(性能,壓力,效率等)對吸入口條件,側流入口條件,體積流量比(側流體積與核心流量)和側流損失敏感。
            具有側流的隔膜壓力表通常表現遠低于預期。主要原因是側流隔膜壓力表在設計和操作上與傳統隔膜壓力表(沒有側流)不同。對于具有側流的隔膜壓力表,必須識別并應用更嚴格的運行條件公差。吸入壓力或側流壓力的不受控制的變化是主要問題。另一個主要問題是流量比的變化(側流流向核心流)。
      隔膜壓力表側流和混合部分
            在許多離心式隔膜壓力表中,從法蘭連接到混合部分的側流系統的部分類似于隔膜壓力表入口。一個很大的挑戰是確?;旌喜糠痔峁┲芟蚓鶆虻暮狭?,損失最小。這可以通過側流式隔膜壓力表的入口配置和混合部分的有效設計來實現,使得葉輪可以保持在隔膜壓力表的整個操作范圍內。在許多情況下,雖然為機器提供了混合部分,但是在進入部分-2的葉輪(混合部分之后的葉輪)之前,流動不會完全混合。進入葉輪的入口流動的不均勻性是隔膜壓力表性能的關鍵問題。
            另一個考慮因素是側流混合部分的緊湊設計。具體地,總是優選具有較小軸向長度的混合部分。該軸向長度可影響隔膜壓力表轉子動力學,轉子長度和整體隔膜壓力表性能(設計,成本,操作和可靠性)。側流出口壓力(混合部分入口處的側流壓力)主要是側流流速和隔膜壓力表前一部分中的壓力的函數。相反,側流法蘭壓力可取決于側流流速和第1段出口條件。因此,側流入口法蘭體積流量是法蘭壓力,壓縮性(在該壓力和溫度下)和質量流量的函數。一些工程師認為側流法蘭壓力等于第2部分第一葉輪的入口壓力。這不是真的??梢允褂脗攘骺倝毫头祷赝ǖ莱隹冢ǖ?部分)總壓力在質量平均的基礎上估算混合總壓力。
            在一些設計中,由于側流出口處的靜壓較低,即使上游的速度大致匹配兩個流,返回通道出口處的總壓力也較低。壓力通常在返回的通道處增加,但是可以在側流出口處再次減小。雖然性質簡單,但這會對側流出口處的壓力預測和整體混合部分性能產生影響?;诨玖鲃釉?,通常假設混合位置處的兩個流動流之間的靜壓相等。雖然這種假設可能用于粗略計算,但準確的模擬表明這種假設不正確。事實上,有一些要點(例如,返回通道出口處的護罩壁和側流出口處的輪轂壁,這種假設是正確的。但是,這不適用于所有地點。從側流法蘭到下一部分的入口(第2部分)會發生壓力變化,這取決于不同的因素。第一個因素是側流幾何形狀的摩擦損失,從側流法蘭到壓力通風系統,混合部分等。其他因素是由于局部曲率和混合部分的幾何細節引起的壓力變化。
            另一個考慮因素是在部分負載下具有側流的隔膜壓力表的操作。當機器在部分負載或甚至非設計的操作流程下操作時,側流路徑,混合部分和下游葉輪的性能將導致額外的隔膜壓力表性能問題。在這種情況下,各個部分(側流路徑,混合部分等)的速度分布和壓力變化都將不同,導致復雜的流動模式和復雜的空氣動力學行為。
      側流隔膜壓力表的截面性能
            通常,供應商提供的隔膜壓力表性能曲線反映了法蘭到法蘭的性能,因為這是工廠工程師評估其系統正常運行所需的(例如,從吸入到側流以及從側流到排放)。在許多情況下,隔膜壓力表供應商還提供了第1部分(從吸入到側流)和第2部分(從側流到排放)的整體隔膜壓力表性能曲線和性能曲線。法蘭到法蘭的數據,如果沒有正確解釋,可能會導致關于壓縮系統各個部分的相對性能的錯誤結論。例如,如果從法蘭到混合部分的側流損失歸因于下游部分(第2部分),則會導致下游部分(第2部分)性能低下,
            需要考慮的一個重要行為是當實際側流壓力不同于額定側流壓力時。當側流壓力略高于部分-1的出口壓力時,它(部分-1)顯示出與實際部分-1性能相比相對更高的性能。在某些情況下,第1節的表現可能遠高于第2節。換句話說,當法蘭到法蘭的性能確定時,較高的法蘭壓力被視為該部分完成的額外“偽”功(因為這是一個不一致的熱力學體積),導致相對較高的截面效率(第1節顯示)效率相對較高)。
            當側流質量流量遠低于核心流量的質量流量時,這尤其重要。上述原因解釋了為什么在與側流隔膜壓力表相關的許多模擬,計算和性能報告中,第1部分顯示出相對較好的效率,第2部分效率較低。
            當側流壓力略低于部分-1的出口壓力時,與部分-2相比,部分-1可能表現出相對較低的性能。這可能發生在一些循環服務中,其中側流實際上是循環流,其質量流量約為核心流量的兩到五倍。側流(再循環)流從隔膜壓力表的下游返回以稍微壓縮并再循環到下游。這種循環的側流隔膜壓力表可能對設計和操作提出獨特的挑戰。這種機器通常需要非常特殊的操作程序和對操作壓力和流量的非常精細的調整。
      側流隔膜壓力表的性能和操作
            一個重要的考慮因素是隔膜壓力表整體性能曲線和截面性能曲線對流量比(側流流量與核心流量之比)和入口條件的敏感性。主吸入口和側流入口的流量和壓力的變化應控制在嚴格的公差范圍內。對于帶側流的隔膜壓力表,ASME PTC-10規范規定了流量比限制(側流量與核心流量)。根據ASME PTC代碼,具有側流的隔膜壓力表中體積流量比的可接受變化為+/- 5%。要求的側流壓力容差通常不在隔膜壓力表代碼中規定,但應該在+/- 2%左右(或有時+/- 2.5%)。
            流量比的變化會影響兩個流合并的速度水平。葉輪上游的速度分布的顯著變化改變了后續葉輪的葉片前緣上的入射。這種發生率的變化導致截面性能,整體隔膜壓力表性能和列車效率的變化。如果流量比在95%和105%之間變化(ASME PTC-10規范中規定的公差),則法蘭壓力會相應變化,從而導致截面性能和整體性能發生變化。截面效率有時變化超過+/- 4%。隨著流量朝向喘振減少,這種變化減小。然而,隨著流量朝向過載增加,方差增加到更高的值(即使在某些情況下,與喘振區附近的變化相比,也是三到五倍)。例如,在具有側流的隔膜壓力表的案例研究中,流量比變化+/- 5%并且相關的變化(壓力,損失等),在額定流量下截面效率降低了約3.4%; 在曲線末端的允許工作點(靠近過載,即,效率降低約5.5%。這些結果表明,由于流量比導致的截面性能和整體性能的變化在過載附近的操作點處最高,而在靠近喘振的操作點處最低。對于大部分時間處于高流量(流量高于額定流量和低于額定壓力的排出壓力)的隔膜壓力表,流量比偏差(以及隨后的效率降低)的影響將高于在左側工作的隔膜壓力表。曲線的一側(比如在浪涌附近有足夠的邊距)。
            在隔膜壓力表代碼(例如API 617)中,隔膜壓力表功率變化應保持在4%以下。但是,在某些應用中,客戶要求對消耗功率采用更嚴格的容差,有時低于2%(甚至低于1.5%)。一些研究表明,根據ASME PTC-10規范,+ / - 5%的體積流量比適用于性能測試,一些工廠需要更嚴格地控制消耗的功率和隔膜壓力表性能(效率的下限),以及體積流量比可能比ASME PTC代碼更嚴格。在這方面,對于具有側流的隔膜壓力表的體積流量比(側流流量與核心流量的比率)可以建議+/- 4%的容差。\基于操作經驗,具有側流的隔膜壓力表的體積流量比和入口壓力(吸入口和側流入口)的可接受的變化分別為+/- 4%和+/- 2%。
            另一個重要的考慮因素是流量比的必要調整(側流到核心流量)。具有側流的隔膜壓力表通常需要固定的側流法蘭壓力。對于具有一些操作條件變化(甚至很小的變化)的隔膜壓力表,通常不可能通過保持流量比(側流到核心流量)恒定來實現最佳操作。必須根據機器運行的入口流量調節流量比,以便獲得所需的相應的側流法蘭壓力。已知熱變化會在離心隔膜壓力表中引起一些不穩定性。一個例子是殘余不平衡的熱誘導變化。對于具有側流的隔膜壓力表,其具有核心流和側流流動之間的溫差,隔膜壓力表的熱行為通常更復雜并且需要更多關注。
      重氣挑戰
            重質氣體(例如重質烴類氣體,例如丙烷,丙烯,MTBE(甲基叔丁基醚))具有非常低的氣體聲速,其在空氣動力學流動路徑中產生高馬赫數。對于這些服務,由于高馬赫數,高流量系數級具有非常窄的流量圖,其特征在于有限的浪涌和扼流圈余量。在這些服務中具有側流的隔膜壓力表提出了巨大的挑戰。也就是說,側流和相關混合進一步使設計,操作和性能預測復雜化,因為這些側流中的每一個以及機器出口處的壓力,溫度和流動條件都需要嚴格的公差。優化整體效率和性能。因此,準確地建模,設計,操作,
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