CN105829730A - 用于运行压缩机的方法和具有压缩机的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行压缩机(CO)的方法和一种相应的装置。为了消除现有技术的问题，提出一种具有下述步骤的方法：?将抽吸流(MF)输入到压缩机(CO)的入口(IN)中；?将抽吸流(MF)借助于压缩机(CO)压缩成出口流(VF)；?将出口流(MF)的至少一个第一子流作为旁路流(BF1)输入到旁路站(BS)中；?根据压缩机(CO)的运行参数来控制第一旁路流(BF1)从旁路站(BS)输入到压缩机(CO)的入口(IN)中，其特征在于设有下述步骤：?冷却抽吸流(MF)的至少一个第二子流；?根据压缩机(CO)的运行参数来控制被冷却的第二子流作为第二旁路流(BF2)引入到压缩机(CO)的入口(IN)中。

Description

用于运行压缩机的方法和具有压缩机的装置

技术领域

本发明涉及一种用于运行压缩机的方法，具有下述步骤：

-将抽吸流输入到压缩机的入口中；

-将抽吸流借助于压缩机压缩成出口流；

-将出口流的至少一个第一子流作为第一旁路流输入到旁路站中；

-根据压缩机的运行参数来控制第一旁路流从旁路站输入到压缩机的入口中；

其特征在于具有下述步骤：

-冷却抽吸流的至少一个第二子流；

-根据压缩机的运行参数来控制被冷却的第二子流作为第二旁路流输入到压缩机的入口中。此外，本发明也涉及一种装置，借助所述装置能够执行所述方法。

背景技术

压缩机、尤其涡轮压缩机通常需要旁路管路，借此在起动时或在具有少量输送的运行状态下始终能够通过压缩机输送足够的流或质量流或数量流或体积流，以便不低于喘振极限。在喘振的状态下，在压缩机中出现尤其大的振动，所述振动能够引起机械的损坏。因此，喘振极限——压缩机的特性曲线族中的边界线——仅最多接近至通过压缩机的运行确定的安全距离。在此，喘振极限调节器必要时确定在压缩机的特性曲线族中的距喘振极限的临界接近距离并且在相应地接近时促使旁路阀的打开，以便使处于升高的压强下的气体在压缩机的出口管路中降低压强，使得所述气体能够再次在压缩机的抽吸侧上馈送。压缩机在此通常表示压缩设施，所述压缩设施将工艺气体流在升高的压强下输送。压缩机也经常称作为工艺级。

原则上，在被冷却的旁路管路和未被冷却的旁路管路之间进行区分。要么直接地在压缩机的最后一级之后提取——即在必要时存在的二次冷却器之前提取气体，要么在位于最后一级之后的冷却器下游提取气体，使得涉及的要么是被冷却的旁路要么是未被冷却的旁路。此外，也存在下述可能性，仅为旁路管路设有冷却器，使得压缩机的出口在正常运行下在关闭的旁路管路中是未被冷却的。

未被冷却的旁路主要在具有显著的焦耳-汤姆孙效应的介质中使用。通过在旁路阀中的节流，介质的温度下降，使得在所述气体中通常不需要对回流的量进行附加的冷却。数量与最终压强相关。通常，借助打开旁路阀改变压缩机的抽吸温度。所述改变对压缩机的特性曲线族、尤其对压缩机的第一级具有影响。当抽吸流变得更冷并且“更重”时，可实现的压缩比增大。温度的升高和分子量的降低具有相反的效果。由于第一级的改变的特性，级相互间的协调也发生改变。在此，出现调节方面的问题，使得在特定情况下部分保障的运行点不再可行。通过打开旁路阀，抽吸流的温度能够升高进而压缩机的运行点继续朝向喘振极限的方向移动，这能够引起经由喘振极限调节器的旁路阀开口的增大，从而得出尤其严重的问题。由此自身加强的过程引起，压缩机的整个输送量引导到旁路中。这种正反馈是不期望的。

从JP2003287299A和US2011/0048046A1中已经已知具有旁路的涡轮压缩机，所述旁路能够在喘振的情况下利用，以脱离临界的运行状态。

发明内容

本发明具有下述目的，借助喘振极限调节和打开旁路阀来消除在上文中描述的问题进而给予压缩机更高的可用性。

根据本发明的解决方案提出一种具有权利要求1的附加的表征性的特征的开头提到类型的方法。此外，提出一种根据独立设备权利要求所述的装置。

分别参引的从属权利要求包含本发明的有利的改进方案。根据本发明的压缩机通常也称作为工艺级，所述工艺级通常具有多个级或叶轮。本发明优选用于在涡轮压缩机中的应用，而原则上在活塞式压缩机中的使用也是可能的。本发明能够实现快速地调节旁路流的热力学的参数——尤其是温度——使得通过输入旁路流——如在现有技术中那样——排除抽吸流的相应的热力学的参数的不利的改变。根据本发明，能够调节第一旁路流、第二旁路流和由两个旁路流组成的混合流，使得能够出现对压缩机的抽吸条件有利的温度。以所述方式，除了避免喘振之外，也能够借助于喘振极限调节器进行对整体设施的效率优化。因为根据本发明的旁路站通常借助于阀来设定第一旁路流的、第二旁路流的和两个旁路流的混合流的大小，所以对压缩工艺的热学要求的快速反应是可能的。

本发明的一个有利的改进方案提出，压缩机的用于控制第一旁路流和/或第二旁路流的输入的运行参数能够是：位于第一旁路流的和第二旁路流的输入的上游或下游的抽吸流的温度或者第一旁路流的温度或者第二旁路流的温度或者第一旁路流和第二旁路流的混合流的温度或者第一旁路流的质量流或者第二旁路流的质量流或者抽吸流的化学成分或者第一旁路流的化学成分或者第二旁路流的化学成分或者是压缩机的转速或者压缩机的压强标识或者压强比。此外，也可能的是，上述参数的组合是用于控制第一旁路流的或第二旁路流的输入的基础。在此，旁路流的化学成分尤其适当地作为调节基础，因为出自压缩机的出口流在冷却之后通常热力学地位于两相区中并且在相应的冷却中能够析出液态的组成部分，使得出口流能够具有与压缩机的抽吸流不同的化学成分。所述差异在将旁路流输入到抽吸流中时能够具有对压缩机的特性曲线族的显著影响。如果工艺介质或抽吸流例如为潮湿的空气或潮湿的二氧化碳，那么旁路流能够比抽吸流明显更干燥。

适当地，将第一旁路流的和/或第二旁路流的输入的控制配置成，使得到压缩机的入口中的抽吸流在输入第一旁路流和/或第二旁路流之后接近第一理论温度。在此，能够基于压缩机在入口中的抽吸流的相应的直接的温度测量。其他的可能性通过在输入旁路流和测量第一旁路流或第二旁路流或其混合流和在控制装置中进行的对在压缩机的入口中产生的温度的热力学的计算之前对抽吸流进行温度测量而得到。此外，能够考虑的是，将第一旁路流和第二旁路流或由两个旁路流组成的混合流借助于阀或其他节流阀在进入到抽吸流中之前降低压强并且从中得到的焦耳-汤姆孙效应由控制装置的调节算法作为温度改变考虑，使得在所述减压阀或所述减压节流阀的上游的温度测量足以足够精确地确定旁路流到抽吸流中的输入的温度。为了所述目的，在调整时，保存工艺流体的状态方程。

此外，能够适当的是，例如借助于经由节流阀的压差测量——来确定第一旁路流的和/或第二旁路流的和/或两个旁路流的混合流的质量流并且将所述测量值输入给旁路站的控制装置，使得输入到抽吸流中的旁路流的总和根据其温度和成分引起在压缩机中出现的抽吸流的期望的热动力、尤其是期望的温度。

基本上，控制旁路阀的目的是基于不同的旁路流或抽吸流的测量的热力学的参数来设定第一旁路流、第二旁路流和/或两个旁路流的混合流。

尤其适当地，将第一旁路流的和/或第二旁路流的输入控制成，使得在输入旁路流之后抽吸流接近由抽吸流的比气体常量、抽吸流的实际气体因数和抽吸流的温度的乘积的理论值。抽吸流的比气体常量在此与抽吸流的成分相关，其中实际气体因数与抽吸流的成分、抽吸流的压强或抽吸流的温度相关。用于确定所述热力学的参数的相应的状态方程能够优选地在根据本发明的控制装置中应用。

附图说明

下面根据专门的实施例详细阐述本发明。

附图示出：

图1示出根据本发明的装置的或方法的流程图的基本示意图，

图2至5分别以示意流程图示出本发明的专门的实施例，

图6示出用于控制根据图2的旁路站的调节器的逻辑电路的简化的示意图。

具体实施方式

图1至5分别示出根据本发明的装置的示意流程图，以说明根据本发明的方法。图1在此略概括地描绘本发明。图6示出逻辑图以示例性地示出用于根据图2的装置的示例的根据本发明的方法。

图1示出根据本发明的具有压缩机CO的装置，所述压缩机在此示例性地以级ST1示出，所述级将抽吸流MF压缩成出口流VF，其中压缩机CO借助于中间冷却装置IC来中间冷却。在压缩机CO的出口侧上存在冷却器COL，所述冷却器冷却压缩的出口流VF或其子流。图1示出两个不同的替选方案ALT1、ALT2：出口流的压缩的流体如何输送给可能的随后的消耗器。在第一替选方案ALT1中，可能的消耗器CON仅接收被冷却的出口流VF，其中第二替选方案ALT2提出，消耗器CON接收未被冷却的出口流VF。在两个替选方案ALT1、ALT2中，分别在输出侧在消耗器CON的接口上游设有止回阀CV，使得本装置与消耗器——例如在静止状态下——能够分开。本专利申请提出，具有相同功能的构件部分地设有相同的附图标记。在不同的附图中，相同的附图标记表示，构件是相同的或具有相同的功能。这在下文中不针对每个附图详细地重复阐述。

根据图1和图2-5的装置分别具有旁路站BST，所述旁路站抽取来自压缩机的出口EX的压缩的出口流VF的子流。压缩机CO的出口管路EXL具有冷却器COL。在冷却器COL的上游，将第一旁路流BF1借助于第一旁路管路BL1输送给旁路站。在冷却器COL的下游，将第二旁路流BF2借助于第二旁路管路BL2输送给旁路站BS。旁路站BST根据压缩机的运行参数来控制旁路流BF2、BF2的量并且引导第一旁路流BF1和第二旁路流BF2，在此作为混合流穿过第三旁路管路BL3作为混合的第三旁路流BF3在压缩机CO的入口IN的上游输入给抽吸流MF。控制装置CU控制旁路站BST，使得根据压缩机CO的运行参数，分别进行第一旁路流BF1和第二旁路流BF2的特定的旁路流动或输入。在此，控制装置的主要目标是防止压缩机CO的喘振的状态。可选地，控制装置也能够用于效率改进。

在图2至5中，分别比在图1中更详细地示出本装置和方法。这种压缩机CO在入口IN的区域中具有进入导向设备IGV。进入导向设备IGV允许调节进入导向叶片，使得产生抽吸流MF到压缩机CO的第一级ST1中的特定的入流角度α1。压缩机CO具有两个中间冷却装置IC1、IC2，所述中间冷却装置设置在第一级ST1和第二级ST2或第二级ST2和第三级ST3之间。在第三级ST3下游存在压缩机CO的出口EX，在那里将压缩的出口流VF输入到出口管路EXL中。在随后的冷却器COL的上游，必要时将第一子流作为第一旁路流BF1借助于第一旁路管路BL1输送给热气阀HGV、旁路阀BF中的第一旁路阀DV1。在冷却器COL的下游，将第二旁路流BF2借助于第二旁路管路BL2输送给喘振极限阀PGV或旁路阀BV中的第二旁路阀BV2，所述喘振极限阀或第二旁路阀控制所述冷的旁路流至混合器MX的输送，在所述混合器中将两个旁路流BF1、BF2彼此混合。由于旁路流BF1、BF2借助于旁路阀BV的压降，根据混合器MX中的所述流体的焦耳-汤姆孙效应设定旁路流的或第三旁路流BF3的温度，所述旁路流在入口IN之前与抽吸流MF混合并且以随后得到的温度进入到压缩机CO中。旁路站BST的控制单元CU的喘振极限调节器ASC将用于控制旁路流BF1、BF2的输入的预设值用信号传递给比例计算器PCU，所述比例计算器PCU相应地操纵旁路阀BV。在进一步的意图中，根据压缩机CO的运行参数进行输入的控制。详细地，借助于温度测量部位来测量温度，其中借助于第一温度测量部位TT1来测量抽吸流的温度，借助于第二温度测量部位TT2来测量出口流VF的温度，借助于第三温度测量部位TT3来测量第三旁路流BF3的温度，并且可选地，借助于第四温度测量部位TT4来测量位于冷却器COL的下游的温度。此外，借助于第一压强测量部位PT1来确定抽吸流的压强并且借助于第二压强测量部位PT2来确定出口流VF的压强。所述测量由旁路站BST或控制装置CU来评估并且——如阐述的那样——造成旁路阀的相应的阀位置。

在图3中示出，第一旁路流BF1和第二旁路流BV2直接输送给构成为三通比例阀的第一旁路阀BV2，所述第一旁路阀由比例计算器PCU直接操纵。由此得到的第三旁路流BV3的总量通过第二旁路阀BV2设定，所述第二旁路阀由喘振极限调节器ASC操纵。三通比例阀或还有混合阀在所述装置中不显著降低压强进而能成本适宜地以活瓣的构造方式构成。第三止回阀CV3在第一旁路阀BV1的下游设置在第二旁路管路BL2中，使得出口流VF不在绕流冷却器COL的情况下穿过第一旁路阀BV1流向压力侧的工序。

另一个替选方案在图4中说明，其中替代第二旁路管路BL2中的混合阀，在第一旁路管路BL1中设有构成为调节阀的第一旁路阀BV1，所述第一旁路阀将第一旁路流BF1以由比例计算器PCU控制的份额混入第二旁路流BF2，这在将混合流输入给第二旁路阀BV2之前进行，所述第二旁路阀以由喘振极限调整器ASC控制的方式将得到的到第三旁路管路BL3中的第三旁路流降压。因为在冷却器COL上存在压降，出口流VF在冷却器COL之前处于比冷却器的下游略高的压强下，使得在部分打开第一旁路阀BV1的情况下，仍有一些热的第一旁路流进入到第一旁路管路BL1中。优选地，能够附加地通过下述方式支持所述效应，即对于第二旁路管路BL2在冷却器COL之后的截取部和热的第一旁路流BV1的进口之间的部分选择较小的横截面或者装入隔板。

图5示出系统的另一个改进方案，其中第一隔板TH1造成第二旁路管路BL2中的一定的背压。在第一隔板TH1上的压差PDT的测量使比例计算器PCU能够设定在此也构成为混合阀的第一旁路阀BV1，使得在第二旁路阀BV2的下游在第三旁路管路BL3中的第三温度测量部位TT3上设定期望的温度。

图6示出具有比例计算器PCU和喘振极限调节器ASC的控制装置CU的工作方式。在此示出的示意图涉及根据图2的布线。从第二温度测量TT2、第二压强测量PT2和第一压强测量PT1中，第一模块IZHGV计算出第一旁路阀BV1中的等焓的状态改变的产生的第一温度TH1。比例计算器的第二模块IZPGV从第四温度TT4中、作为第二压强测量PT2的结果和第一压强测量PT1的结果计算出第二温度TP作为第二旁路流由于在第二旁路阀BV2中的等焓的状态改变而压强降低的结果。借助第一温度、第二温度和从第一温度测量TT1中测量的抽吸温度，第三模块MA根据公式a＝(T_H-T_S)(T_H-T_P)确定冷吹风的份额A。为了第二旁路阀BV2的设置，份额a与喘振极限调节器ASC的信号X相乘。份额a与1的差值与喘振极限调节器ASC的信号X相乘并且作为用于第一旁路阀BV1的打开的理论值。

Claims (11)

1.一种用于运行压缩机(CO)的方法，具有下述步骤：

-将抽吸流(MF)输入到所述压缩机(CO)的入口(IN)中；

-将所述抽吸流(MF)借助于所述压缩机(CO)压缩成出口流(VF)；

-将所述出口流(MF)的至少一个第一子流作为第一旁路流(BF1)输入到旁路站(BS)中；

-根据所述压缩机(CO)的运行参数来控制所述第一旁路流(BF1)从所述旁路站(BS)输入到所述压缩机(CO)的入口(IN)中；

其特征在于具有下述步骤：

-冷却所述抽吸流(MF)的至少一个第二子流；

-根据所述压缩机(CO)的运行参数来控制被冷却的所述第二子流作为第二旁路流(BF2)输入到所述压缩机(CO)的入口(IN)中。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中所述压缩机(CO)的用于控制所述第一旁路流(BF1)的和/或所述第二旁路流(BF2)的输入的运行参数是：

-在所述第一旁路流(BF1)的和所述第二旁路流(BF2)的输入的上游的抽吸流(MF)的温度，和/或

-在所述第一旁路流(BF1)的和所述第二旁路流(BF2)的输入的下游的抽吸流(MF)的温度，和/或

-所述第一旁路流(BF1)的温度，和/或

-所述第二旁路流(BF2)的温度，和/或

-所述第一旁路流(BF1)和所述第二旁路流(BF2)的混合流的温度，和/或

-所述第一旁路流(BF1)的质量流，和/或

-所述第二旁路流(BF2)的质量流，和/或

-所述抽吸流(MF)的成分，和/或

-所述第一旁路流(BF1)的成分，和/或

-所述第二旁路流(BF2)的成分，和/或

-所述压缩机(CO)的转速(N)，和/或

-所述压缩机(CO)的压强特征或压强比。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中将所述第一旁路流(BF1)的和/或所述第二旁路流(BF2)的输入的控制配置成，使得到所述压缩机(CO)的入口(IN)中的所述抽吸流(MF)在输入所述第一旁路流(BF1)和/或所述第二旁路流(BF2)之后接近第一理论温度(TS1)。

4.根据权利要求3所述的方法，

其中所述第一旁路流(BF1)的或所述第二旁路流(BF2)的输入的控制根据：

-在所述第一旁路流(BF1)的或所述第二旁路流(BF2)的输入的上游或下游的所述抽吸流(MF)的温度的测量来进行，

并且根据

-所述第一旁路流(BF1)的温度的测量和

-所述第二旁路流(BF2)的温度的测量来进行，

其中基于测量，借助于所述控制的控制算法来确定用于控制所述第一旁路流(BF1)的或所述第二旁路流(BF2)的或由所述第一旁路流(BF1)和所述第二旁路流(BF2)组成的混合流的输入的至少一个阀的位置。

5.根据权利要求3所述的方法，

其中所述第一旁路流(BF1)的和/或所述第二旁路流(BF2)的输入的控制基于在所述第一旁路流(BF1)的或所述第二旁路流(BF2)的输入的上游或下游的所述抽吸流(MF)的温度的测量进行，并且

-进行所述抽吸流的温度的测量，并且

-进行所述第一旁路流(BF1)和所述第二旁路流(BF1)的混合流的温度的测量，其中基于测量借助于调节算法来确定用于控制所述第一旁路流(BF1)的或所述第二旁路流(BF2)的或所述第一旁路流(BF1)与所述第二旁路流(BF2)的混合流的输入至少一个阀的位置。

6.根据权利要求1或2所述的方法，

其中将所述第一旁路流(BF1)的和/或所述第二旁路流(BF2)的输入的控制调节成，使得在所述压缩机(CO)的入口中的所述抽吸流(MF)在所述第一旁路流(BF1)的和/或所述第二旁路流(BF2)的输入之后接近乘积R*Z*T的第一理论值，

其中

R_S＝所述抽吸流的比气体常量，

Z＝实际气体因数

T＝所述抽吸流(MF)的温度。

7.一种具有压缩机(CO)的装置，具有：

-旁路站(BS)，

-第一旁路管路(BL1)，

-至少一个旁路阀(BV)，

-控制装置(CU)，

-其中所述压缩机(CO)具有用于使抽吸流(MF)输入所述压缩机(CO)的入口(IN)和用于将压缩的抽吸流(MF)作为出口流(VF)输出到出流管路(EXL)中的出口(EX)，

-其中所述第一旁路管路(BL1)在所述出口(EX)的下游将抽吸流从所述出流管路(EXL)引出至所述旁路站(BS)，

其中所述旁路站(BS)构成为，使得其将抽吸流(MF)输送给所述入口(IN)，

其特征在于，

所述装置与所述第一旁路管路(BL1)并联地具有至少一个第二旁路管路(BL2)，所述第二旁路管路将出口流(VF)从所述出流管路(EXL)引出；

其中在所述第一旁路管路(BL1)至所述出流管路(EXL)的连接的下游，在所述出流管路(EXL)或所述第二旁路管路(BL2)中设置有冷却器(COL)，使得被冷却的抽吸流(CMF)通过所述第二旁路管路(BL2)的至少一部分引导至所述旁路站(BS)；

-其中所述旁路站(BS)具有至少两个旁路阀(BV)，所述旁路阀设置成，使得能够调节所述第一旁路流(BF1)与所述第二旁路流(BF2)的比和由所述第一旁路流和所述第二旁路流构成的总量。

8.根据权利要求7所述的装置，

其中第一旁路阀(BV1)设置在所述第一旁路管路(BL1)中，并且第二旁路阀(BV2)设置在所述第二旁路管路(BL2)中。

9.根据权利要求7所述的装置，

其中所述旁路站(BS)具有用于混合所述第一旁路流(BF1)和所述第二旁路流(BF2)的混合器(MX)和用于将所述混合流输送到所述入口(IN)中的第三旁路管路(BL3)，

其中所述第一旁路管路(BL1)具有第一旁路阀(BV1)并且所述第三旁路管路(BL3)具有第三旁路阀(BV3)，或者所述第二旁路管路(BL2)具有第二旁路阀(BV2)并且所述第三旁路管路(BL3)具有第三旁路阀(BV3)。

10.根据权利要求8所述的装置，

其中用于混合第一旁路流(BF1)和第二旁路流(BF2)的混合器(MX)具有用于将所述混合流输送到所述入口(IN)中的第三旁路管路，其中所述第一旁路管路(BL1)具有第一旁路阀(BV1)，或者所述第二旁路管路(BL2)具有第二旁路阀(BV2)并且所述第三旁路管路(BL3)具有第三旁路阀(BL3)。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，用于运行根据权利要求7至10中任一项所述的装置。