[發明專利]用于檢測壓縮機中的喘振和重設喘振裕度的裝置和方法

有效

• 申請號: 201110268657.2
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102400903A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: D·加萊奧蒂
• 申請（專利權）人: 諾沃皮尼奧內有限公司
• 主分類號: F04B51/00
• 分類號: F04B51/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;譚祐祥

技術領域

本文公開的主題的實施例總體上涉及在基于排氣壓力的變化中的模式識別檢測出發生喘振事件之后重設喘振裕度的方法和裝置。

背景技術

離心壓縮機是一類徑向流動的耗功(work-absorbing)渦輪機械。在離心壓縮機中，通過經由壓縮機的轉子或葉輪的旋轉對連續的流體流增加動能/速度而升高壓力。離心壓縮機頻繁用于天然氣的管道輸送以使來自生產地的氣體移動至消費者，用于精煉廠、制冷系統、燃氣渦輪機等。

離心壓縮機的操作可能受喘振的發生影響。經過壓縮機的流體流的壓力從在壓縮機的輸入處的喘振壓力升高到在壓縮機的輸出處的排放壓力。喘振現象發生在壓縮機不能增加足夠的能量以克服系統阻力時，這導致流量和排放壓力迅速下降。喘振可伴有高振動、升溫和軸向推力的迅速改變。這些效應可能損壞壓縮機。包括壓縮機的大部分系統設計成承受偶爾的喘振。然而，反復和長時間持續的喘振可能導致災難性的故障。

在喘振事件期間的系統操作是不穩定的。因此，工程師通過調節輸入壓縮機和從壓縮機排放的流體的壓力的比值(rate)、流體流量或可以控制的其它參數來設法遠離壓縮機的穩定極限操作壓縮機。喘振裕度提供了壓縮機的操作狀態與喘振狀態的接近程度的衡量?？墒褂酶鞣N參數來評價喘振裕度。例如，喘振裕度可為工程師認為安全(即，預計不會發生喘振)的進入壓縮機的流體流量輸入與可能發生喘振所處的喘振流體流量的比值，除流體流量以外所有其它操作條件(例如，喘振壓力和排放壓力的比值)都相同。

圖1示出了包括膨脹機10和壓縮機20的常規系統1的圖。常規系統1包括提供從壓縮機20的輸出32到壓縮機20的輸入34的流路的防喘振流動再循環回路30。喘振檢測裝置40和防喘振閥50沿著防喘振流動再循環回路30定位。防喘振流動再循環回路30也可包括氣體冷卻器60和流動元件70。

取決于防喘振閥50的操作狀態，可從壓縮機20的輸出32到壓縮機20的輸入34回收氣流。當檢測裝置檢測到喘振趨勢時，防喘振流動閥50操作以通過調節流量來破壞喘振循環，以逆轉喘振趨勢。通常，防喘振控制和喘振檢測是獨立的。常規的喘振檢測僅可使系統跳機(trip)。

喘振沖擊是以喘振趨勢的出現為特征的事件。由于喘振事件潛在的災難性效應，希望以充分的喘振裕度來操作系統，從而避免任何喘振事件的發生。

喘振檢測裝置40可通過監視在壓縮機20的輸出32處的排放壓力(p_d)來檢測喘振趨勢的出現。通常，當排放壓力迅速降低時檢測出喘振趨勢(即，基于排放壓力相對于時間的一階導數)。排放壓力的一階導數在圖1中的喘振檢測裝置40中機械地算出，但它也可備選地基于以下參考圖2所述的電子喘振檢測裝置中的信號處理以電子的方式獲得。

圖2示出了常規電子喘振檢測裝置100的方框圖。排放壓力(V)輸入到計算方框110和加/減方框120。時間參數(T)也輸入到計算方框110。計算方框110輸出與利用帶有時間常數T的一階延遲濾波器獲得的排放壓力(V)成正比的值。

加/減方框120將由方框110輸出的值減去排放壓力，并向比較方框130輸出等于-p_dTs/(1+Ts)的值(A)(以拉普拉斯變換命名法表示)。如果從方框120收到的值(A)大于分開輸入到比較方框130的預定值(B)，則比較方框130向事件計數器方框140發送信號。

事件計數器140在預定的時間間隔(T3_喘振)內記錄從比較方框130收到的代表喘振沖擊的信號的數目，該數目的值分開輸入到事件計數器140。如果在等于預定時間間隔(T3_喘振)的周期期間發生兩次或更多次喘振沖擊，則事件計數器140輸出警報信號。如果在等于預定時間間隔(T3_喘振)的周期期間發生三次或更多次喘振沖擊，則事件計數器140輸出跳機信號，用信號通知系統即將來臨的跳機(即，停機)。

常規喘振檢測具有喘振沖擊檢測僅依賴于瞬時排放壓力斜率(即，排放壓力的第一導數)的缺點。然而，典型地在喘振趨勢之后出現的排放壓力相對于時間的模式(pattern)具有更復雜的特征。例如，在排放壓力在相對短時間內突然下降之后，達到最低壓力值，且隨后排放壓力再次升高。這種喘振模式的常規識別是不可靠的，因為它僅考慮了排放壓力在喘振沖擊開始時的第一時間導數。