CN108167205B - Lng压缩机带压启动确定方法 - Google Patents

Lng压缩机带压启动确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LNG压缩机组带压启动确定方法，涉及压缩机设计领域，主要目的在于能够提高LNG压缩机组带压启动确定的准确率。所述方法包括：根据LNG压缩机组在带压状态下的启动计算输入参数，迭代计算压缩机各个时刻的进口流量；当各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代计算压缩机组各个时刻的进口压力；当各个时刻的进口压力收敛时，迭代计算压缩机组各个时刻的转速；若各个时刻的转速符合转速升高要求，则迭代计算压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数；若所述系统性能参数符合预设系统性能条件，则确定LNG压缩机组在带压状态下能够启动。本发明适用于LNG压缩机组带压启动的确定。

Description

LNG压缩机带压启动确定方法
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，特别是涉及一种LNG压缩机带压启动确定方法。
背景技术
近年来，压缩机在各个领域得到了广泛使用，如应用在液化天然气(LiquefiedNatural Gas，LNG)装置的压缩机，称为LNG装置冷剂压缩机，简称为LNG压缩机。当LNG压缩机发生断电停机时，为了减少冷剂泄放量，需要在带压状态下启动压缩机组，所述压缩机组可以由电机、压缩机、阀门、管网组成的，此时LNG压缩机组入口压力远高于LNG压缩机组的设计入口压力，确定LNG压缩机组在带压状态下能否顺利地启动，是一个重要的问题。
目前，主要采用人工方式确定LNG压缩机组带压启动，即依据个人经验来确定LNG压缩机组在带压状态下能否顺利启动，然而，通过上述方式确定LNG压缩机组带压启动，对个人经验要求较高，而个人经验水平不同，因此，会造成LNG压缩机组带压启动确定结果不准确，从而导致LNG压缩机组带压启动确定的准确率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种LNG压缩机组带压启动确定方法，主要目的在于能够自动确定LNG压缩机组在带压状态下能否启动，提高LNG压缩机组带压启动确定的准确率。
依据本发明一个方面，提供了一种LNG压缩机组带压启动确定方法，包括：
确定LNG压缩机组在带压状态下的启动计算输入参数；
根据所述输入参数，迭代计算压缩机各个时刻的进口流量；
当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力；
当所述各个时刻的进口压力收敛时，迭代计算所述压缩机组各个时刻的转速；
若所述各个时刻的转速符合转速升高要求，则迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数；
若所述系统性能参数符合预设系统性能条件，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动。
依据本发明另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以下步骤：
确定LNG压缩机组在带压状态下的启动计算输入参数；
根据所述输入参数，迭代计算压缩机各个时刻的进口流量；
当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力；
当所述各个时刻的进口压力收敛时，迭代计算所述压缩机组各个时刻的转速；
若所述各个时刻的转速符合转速升高要求，则迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数；
若所述系统性能参数符合预设系统性能条件，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动。
依据本发明又一个方面，提供了一种LNG压缩机组带压启动确定系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
确定LNG压缩机组在带压状态下的启动计算输入参数；
根据所述输入参数，迭代计算压缩机各个时刻的进口流量；
当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力；
当所述各个时刻的进口压力收敛时，迭代计算所述压缩机组各个时刻的转速；
若所述各个时刻的转速符合转速升高要求，则迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数；
若所述系统性能参数符合预设系统性能条件，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动。
本发明提供一种LNG压缩机组带压启动确定方法，与目前依据个人经验来确定LNG压缩机组在带压状态下能否顺利启动相比，本发明能够确定LNG压缩机组在带压状态下的启动计算输入参数；根据所述输入参数，迭代计算压缩机各个时刻的进口流量；当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力；当所述各个时刻的进口压力收敛时，迭代计算所述压缩机组各个时刻的转速；若所述各个时刻的转速符合转速升高要求，则迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数；若所述系统性能参数符合预设系统性能条件，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动，从而能够自动确定LNG压缩机组在带压状态下能否启动，提高LNG压缩机组带压启动确定的准确率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文LNG压缩机带压启动计算的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出带压启动计算实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的一种LNG压缩机组带压启动确定方法流程图；
图2示出了本发明实施例提供的启动计算输入参数的输入界面；
图3示出了本发明实施例提供的压缩机组系统示意图；
图4示出了本发明实施例提供的压缩机设计点各级流量系数；
图5示出了本发明实施例提供的一种压缩机子午面静压分布示意图；
图6示出了本发明实施例提供的一种压缩机B-B截面静压分布示意图；
图7示出了本发明实施例提供的一种压缩机B-B截面马赫数分布示意图；
图8示出了本发明实施例提供的一种压缩机工况点示意图；
图9示出了本发明实施例提供的一种LNG压缩机组带压启动确定系统的系统框图；
图10示出了本发明实施例提供的一种LNG压缩机组带压启动确定系统的界面示意图；
图11示出了本发明实施例提供的另一种LNG压缩机组带压启动确定方法流程图；
图12示出了本发明实施例提供的一种LNG压缩机组带压启动确定系统的实体结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如背景技术所述，依据个人经验来确定LNG压缩机组在带压状态下能否顺利启动，然而，通过上述方式确定LNG压缩机组带压启动，对个人经验要求较高，而个人经验水平不同，因此，会造成LNG压缩机组带压启动确定结果不准确，从而导致LNG压缩机组带压启动确定的准确率较低。
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种LNG压缩机组带压启动确定方法，如图1所示，所述方法包括：
101、确定LNG压缩机组在带压状态下的启动计算输入参数。
其中，所述输入参数可以包括：压缩机组系统的滞留压力和温度，可以用于计算各个时刻压缩机的进口压力；压缩机设计的进口压力、温度、流量和介质组分，可以用于各时刻压缩机进口流量的迭代初值，进口流量和进口压力迭代的步长；齿轮箱的传动效率、速比，齿轮箱的传动效率可以用于计算齿轮箱损失，速比可以用于根据电机转速计算压缩机转速；压缩机转子的重量、转动惯量、电机转子及大齿轮的重量、转动惯量、轴承的损失曲线，可以用于计算某一时刻的角加速度；电机的特性曲线，所述电机的特征曲线可以为转速-功率曲线或转速-扭矩曲线，可以用于计算电机的输出功率或者扭矩；压缩机级数、各级直径、模型级代号；IGV开度；冷却器后气体温度、压力损失，可以用于计算各时刻压缩机的性能曲线，出口压力和气动功率；各阀门的流量系数曲线，可以用于计算阀门特性曲线；管网的容积、长度、直径，可以用于计算管网特性曲线等。
需要说明的是，输入参数可以为通过设置界面输入的，如图2所示，图2给出了启动计算输入参数及其对应的数值，设置界面可通过菜单进入，也可在软件流程图上双击鼠标左键进入。
102、根据所述输入参数，迭代计算压缩机各个时刻的进口流量。
其中，所述压缩机组可以包括电机、压缩机、阀门、管网，如图3所示。在迭代计算各个时刻的进口流量时，需要涉及压缩机的性能曲线，可以通过压缩机的性能计算模块，计算压缩机的性能参数，然后对各个性能参数进行叠加得到压缩机的性能曲线。
带压启动时整个机组处于滞止状态，压缩机进出口压差较小，部分级中可能存在膨胀。压缩机各个级，是按设计条件进行匹配的。以某LNG压缩机为例，设计点前3级流量系数在带压启动时，由于转速较低，各级压比低于设计压比，后面级处于阻塞区。为了更好地理解流动现象，采用CFD进行计算分析。如图4所示，图4给出了压缩机设计点各级流量系数。
对一个3级压缩机进行了CFD计算。虽然整机的压比为1.3，但是其第3级仍处于膨胀状态。经过前两级后，气体的压比(与压缩机进口压力之比)约为1.7，但经过第3级后降至1.3。在第三级内叶轮前半部分处于膨胀，后半部分和扩压器中气流处于压缩状态；在回流器中大部分区域表现为膨胀。这表明，即使压缩机整体外特性表现为压缩状态，其中个别级仍可能处于膨胀过程。带压启动时压缩机进出口压差小，压缩机的部分级中存在膨胀，部分级中为压缩过程。而在发生膨胀的级中，也并不是单纯的膨胀过程，该级中交替出现膨胀-压缩-膨胀过程，如图5-图7所示，图5为子午面静压分布，图6为B-B截面静压分布，图7为B-B截面马赫数分布。由于压缩机性能计算模型，为逐级迭代的计算过程。级性能本质是通过迭代温度多变指数mT、容积多变指数mv来计算出口压力和温度的。对于有级内膨胀状态时，由于效率值可能接近0或为负值，mv可能出现非物理解，现有的算法变得不稳定/发散。针对这种情况，对计算模型进行改进，使之可同时计算压缩和带膨胀的过程。
此外，带压启动是一个系统的动态过程，不仅和压缩机本身的特性有关，还与电机特性、管网特性、阀门损失特性密切相关，本发明实施例在迭代计算压缩机各个时刻的进口流量、进口压力、转速时，综合考虑电机、压缩机、阀门、管网特性，即在迭代计算时是针对整个系统的迭代。
103、当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力。
需要说明的是，由于各时刻压缩机的进口压力是未知的，因此需要迭代计算。压缩机组系统不仅满足质量和能量守恒，还需考虑时间项影响。转速升高后，对压力和流量影响需要一定的时间完成传递。影响压缩机入口压力困素，主要有两个：一是压力波动传递，二是传质造成的进口压力变化。根据音速定义，压力波动传递速度，即是气体音速；而质量传递引起的压力变化，与管网系统中气流速度相关。计算时对两个因素分别计算，以确定制约因素。
104、当所述各个时刻的进口压力收敛时，迭代计算所述压缩机组各个时刻的转速。
在本发明实施例中，所述压缩机组在某一时刻的转速可以为根据该时刻的电机输出功率Pmotor、压缩机气动功率Pcomp、机械损失功率Plose、转子系统的扭矩M，转子系统的转动惯量J迭代计算的。
105、若所述各个时刻的转速符合转速升高要求，则迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数。
其中，所述系统性能参数可以包括各时刻的驱动机功率、各时刻压缩机的最大出口压力、各时刻压缩机工况点距离防喘振线的距离、各时刻压缩机所需要的转矩，在上述系统性能参数均满足其对应的条件时，确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动，否则，则可以通过调整LNG压缩机组在带压状态下的启动时间，或者指定转速，以实现所述LNG压缩机组在带压状态下启动。
106、若所述系统性能参数符合预设系统性能条件，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动。
需要说明的是，可以预先设置启动时间，确定LNG压缩机组在带压状态下能否启动的过程中，需要对预先设置启动时间的每个时刻进行迭代，每个时刻的迭代计算过程包括三层迭代：内层迭代、中层迭代、外层迭代，内层迭代的过程即为迭代计算该时刻的压缩机进口流量，迭代计算进口流量的容差可以为预先设置的，在进口流量收敛的时候结束迭代计算；中层迭代即为迭代计算该时刻的压缩机进口压力，迭代计算进口压力的容差可以为预先设置的，在进口压力收敛的时候结束迭代计算；外层迭代即为迭代计算该时刻的压缩机的转速，迭代计算转速的容差可以为预先设置的，在转速达到该时刻的指定转速时，结束迭代计算。在该时刻的三层迭代结束时，再进入到下个时刻的三层迭代，直到预先设置的启动时间的各个时刻都迭代完成后，停止计算。此外，某个时刻内层迭代计算的收敛进口流量，可以为中层迭代的输入参数，该时刻中层迭代计算的收敛进口压力，可以作为下个时刻迭代计算的输入。
在本发明实施例中，LNG压缩机组带压启动确定过程中需要大量迭代计算，为了使得用户界面可以更快地响应操作，提高软件总体执行速度，可以采用多线程技术，把占据长时间的计算任务放到独立线程处理。
线程是一个进程内单一连续的控制流，一个程序可以有多个并发执行的线程。这些线程共享程序占用的内存和资源。编写多线程程序主要困难是不同线程间数据的协调。
VC++创建一个线程采用AfxBeginThread()函数，其原型为：
CWinThred*AfxBeginThread(
AFX_THREADPROC pfnThreadProc,
LPVOID pParam,
intnPriority＝THREAD_PRIORITY_NORMAL,
UINT nStackSize＝0,
DWORD dwCreateFlags＝0,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs＝NULL)；
参数pfnThreadProc表示一个指向绑定到线程的控制函数的指针。线程启动后将进入这个控制函数。通过指定不同的函数可以使线程执行不同的功能。参数pParam用于向控制函数传递参数，如果不需要参数，则传入NULL；如果需要多个参数，应将这些参数封装成结构体，并将结构体的指针传给pParam。带压启动软件中的计算线程，就属于需传递多个参数情况。通常AfxBeginThread只需设置前两个参数，后面使用默认值即可。
一个线程在生命周期内，可能处于运行状态，也可以处于暂停状态。通过CWndThread类SuspendThread和ResumeThread函数可以分别暂停、恢复线程执行。线程的执行不能随意进行，必须加以同步控制。本软件开发中采用信号量控制。
本发明实施例提供的一种LNG压缩机组带压启动确定方法，与目前依据个人经验来确定LNG压缩机组在带压状态下能否顺利启动相比，本发明实施例能够确定LNG压缩机组在带压状态下的启动计算输入参数；根据所述输入参数，迭代计算压缩机各个时刻的进口流量；当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力；当所述各个时刻的进口压力收敛时，迭代计算所述压缩机组各个时刻的转速；若所述各个时刻的转速符合转速升高要求，则迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数；若所述系统性能参数符合预设系统性能条件，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动，从而能够自动确定LNG压缩机组在带压状态下能否启动，提高LNG压缩机组带压启动确定的准确率。
进一步的，为了更好的说明上述带压启动确定方法的过程，作为对上述实施例的细化和扩展，本发明实施例提供了几种可选实施例，但不限于此，具体如下所示：
在本发明的一个可选实施例中，为了迭代计算压缩机各个时刻的进口流量，也即进行内层迭代计算，所述步骤102具体可以包括：
根据输入的进口压力、进口温度和指定转速，计算各个时刻的压缩机的性能曲线，根据输入的各阀门流量系数曲线计算阀门性能曲线，根据输入的管网容积、长度和直径，计算管网性能曲线。
一、在计算压缩机的性能曲线时，可以同时计算压缩和膨胀的过程，即在压缩和和膨胀两种状态下计算压缩机的性能参数，计算压缩机各级性能参数本质可以为根据温度多变指数mT、容积多变指数mv来计算压缩机的出口压力和出口温度的。所涉及的计算公式：
其中K、X、Y是由物性方程计算得到。K为比热比，X和Y为压缩性函数。
当某一级存在压缩状态时，计算压缩机的出口压力和出口温度的过程为：
(1)根据物性方程计算进口的压缩因子Z，气体常数R，比热比K，压缩性函数X、Y、密度ρ；
(2)根据指定转速n、叶轮直径D2，计算流量系数和机器马赫数Mu2；
(3)、根据流量系数和马赫数Mu2用插值算法计算输入功系数τ和多变效率ηp，并考虑尺寸效应修正；
(4)、开始迭代出口压力，计算进口的mv和mT作为初始值，计算压比ε、出口温度，出口压力：
p2＝p1ε
(5)计算出口的mv和mT，并根据出口mv和mT重新计算平均的mv和mT，返回上一步重新计算出口压力和温度。直至前后两次计算的出口压力之差足够小，则计算收敛。
(6)将计算出的出口压力、温度作为最终的出口压力与温度。
当某一级存在膨胀状态时，计算压缩机的出口压力和出口温度的过程为：
1、根据流量系数和马赫数Mu2用插值算法计算输入功系数τ和多变效率ηp，并考虑尺寸效应修正；
2、计算级的总能量头htot，并计算进口物性参数；
进口的物性参数，采用物性方程模块计算。可以根据输入的压力、温度和组分，计算出进口的物性参数。
3、取进口物性参数作为级平均物性参数的初始值；
4、按照下述公式计算级出口的压力和温度；
其中，p1为级进口压力，p2为级出口压力，T1为级进口温度，T2为级出口温度，K为比热比，τ为输入功系数，Mu2为机器马赫数，ηp为级多变效率。
5、计算级出口和级平均的物性参数。返回步骤4重新计算，直到前后两次计算的出口压力不变(小于指定阀值)；本级迭代结束，转入下一级计算。
在计算完成压缩机的出口压力和出口温度，可以依次计算压缩机的各级性能参数，完成整机性能参数计算，并以计算报告形式输出。
二、根据输入的各阀门流量系数曲线计算阀门性能曲线的过程可以为：
气体经过阀门时，阀门的流量系数计算公式为：
其中，Cv—阀门流量系数；
QN—标态容积流量；
y—膨胀系数；
X—压差比；
p1—阀前压力；
M—介质分子量；
Z—介质压缩因子；
XT—临界压差比；
FK—比热比系数FK＝k/1.4；
可压缩介质的流动有阻塞流和非阻塞流。在阻塞状态下阀门流量系数计算公式变为：
当给定阀门的流量系数时，根据上述公式，可计算出不同的QN时的压差比X，根据X和阀门压力p1，可计算出不同流量QN时的阀后压力p2。一直计算到阀门为阻塞状态。各个流量点及对应的阀门压损，即可以得到阀门性能曲线。
三、根据输入的管网容积、长度和直径，计算管网性能曲线的过程为：
其中：
G—质量流速；
λ—摩擦因子；
L—管长；
D—管路内径；
摩擦因子λ与管内流动介质的雷诺数Re和管壁相对粗糙度有关。
根据方程和上述摩擦因子关系，可求出经过管网后的气体压力。气体在经过管网前后总焓值守恒，据此可以计算出口气流温度。取不同的流量值(可取压缩机最大、最小流量之间分布的若干个点)分别计算，可得到管网特性曲线。
根据所述压缩机的性能曲线确定的最大流量和最小流量的平均值，初步确定进口流量。
其中，所述压缩机的性能曲线的两端流量即为最大流量Qmmax和最小流量Qmmin，初步确定的进口流量Qm＝0.5*(Qmmax+Qmmin)。
根据所述进口流量和输入的气体组分，计算所述进口流量对应的压缩机的出口压力。
需要说明的是，所述计算出口压力的方式可以参考上述所涉及的计算方法。
根据所述进口流量、所述阀门性能曲线和所述管网性能曲线分别计算所述进口流量对应的阀门压损和管路压损。
具体地，可以通过所述进口流量对所述阀门性能曲线和所述管网性能曲线进行插值处理，得到所述进口流量对应的阀门压损和管路压损。
根据所述进口流量对应的压缩机的出口压力与输入的进口压力的差值，初步确定压缩机压升。
若初步确定的压缩机压升大于所述阀门压损和所述管路压损，则将初步确定的进口流量确定为最小流量；若初步确定的压缩机小于所述阀门压损和所述管路压损，则将初步确定的进口流量确定为最大流量。
例如，若初步确定的压缩机压升大于所述阀门压损和所述管路压损，则将此时的Qm赋予最小流量Qmmin，否则将此时的Qm赋予最大流量Qmmax。然后根据上述确定Qm公式重新确定Qm。
根据重新确定的最大流量或者最小流量，重新确定进口流量，并确定新的进口流量下压缩机的出口压力、阀门压损和管路压损。
根据新的出口压力和输入的进口压力，确定新的压缩机压升，直到新的压缩机压升与新的阀门压损和新的管路压损之差小于第一指定容差，确定所述压缩机的进口流量收敛。例如，所述第一指定容差可以为0.0001BAR，0.0002BAR等。
在本发明的另一个可选实施例中，为了迭代所述压缩机组各个时刻的进口压力，进行中层迭代，所述步骤103具体可以包括：
根据所述各个时刻和所述各个时刻对应的收敛的进口流量，确定压缩机进口流量随时间变化的变化曲线。
确定所述压缩机组未启动时管网中的总气体质量M0和管网容积V0。
需要说明的是，管网容积V0，作为已知的参数，可以计算开始前由用户输入。系统内气体的滞止压力也是已知的。这样可以通过物性方程计算出密度，进而计算出系统中总的气体质量M0。
根据各个时刻对所述变化曲线进行插值，计算管网流入流量m1t和管网流出流量m2t。
根据所述未启动时管网中的总气体质量M0、所述管网容积V0、所述管网流入流量m1t和所述管网流出流量m2t，迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力pt。
具体地，可以通过如下公式计算：
上式中，管网流入流量m1t和流出流量m2t均为时间的函数，是迭代过程中计算的量，但需要有一个初始值，初始值由程序自动估算出来。初始值不影响计算结果，但初始值估计的准一些，则程序收敛速度快一些。如果转速在某时刻停留足够长时间，系统将达到平衡状态，进出口流量m1t和m2t相等；否则它们会有一个差值。
若所述压缩机组各个时刻的进口压力与上一次迭代的进口压力之差小于第二指定容差，则确定所述压缩机组各个时刻的进口压力收敛，收敛的进口压力用于作为当前时刻的下一时刻输入的进口压力初值。例如，第二指定容差可以为0.0001BAR，0.0002BAR等。
在本发明的又一个可选实施例中，为了迭代计算所述压缩机组各个时刻的转速，进行外层迭代，所述步骤104具体可以包括：
根据输入的各个时刻的指定转速，对输入的电机特征曲线进行插值处理，计算各个时刻的指定电机输出功率Pmotor。其中，所述电机特征曲线可以为转速-功率曲线。
根据输入的压缩机级数n、各级进口流量Qmi和气体物性参数，计算各个时刻的压缩机气动功率Pcomp。
其中，气体物性参数可以包括所述h2i各级出口焓值，hi1各级进口焓值，各级进出口焓值可以由物性模块根据压力、温度和气体组分计算得到。
根据所述各个时刻的指定转速和预设机械损失表，插值计算各个时刻的机械损失功率Plose。
输入参数中会给定设计转速的机械损失，并给定该损失随转速的关系曲线。这样在迭代时，根据转速值就可以快速计算出机械损失功率。
根据所述各个时刻的指定转速n，计算指定转子角速度ωt。具体可以使用如下公式计算：
根据所述各个时刻的指定电机输出功率Pmotor、各个时刻的压缩机气动功率Pcomp、各个时刻的指定机械损失功率Plose、所述指定转子角速度ωt、转子转动惯量J，计算转子的角加速度β。具体地，通过如下公式计算：
ΔP＝Pmotor-Pcomp-Plose
ΔP＝M·ωt
M＝J·β
对所述角加速度进行时间积分。具体地，通过如下公式计算：
将所述指定转子角速度ωt与积分计算得到的转子角速度进行比较，并根据比较结果调整各个时刻的指定转速，并重新计算比较，直到所述各个时刻的转速收敛。需要说明的是，在迭代计算某个时刻的转速时，需要前后两次迭代计算的转速方差小于指定容差，例如，指定容差为0.1rpm，确定该时刻的计算收敛。在该时刻的转速完成后，再转入下一时刻的转速迭代计算。
在本发明的再一个可选实施例中，所述系统性能参数包括各时刻的驱动机功率/转矩、各时刻压缩机的最大出口压力、各时刻压缩机工况点距离防喘振线的距离、各时刻压缩机所需要的功率/转矩。
1、迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的驱动机功率的过程可以为：利用所述各个时刻的转速对输入的驱动机特征曲线进行插值处理，计算所述各时刻的驱动机功率。
此外，还可以根据输入的气体组分，计算所述压缩机的进口焓值和出口焓值；根据所述收敛的进口流量、所述进口焓值和所述出口焓值，计算出压缩机各级的气动功率(上文已描述，在此不进行赘述)，然后将根据压缩机各级的气动功率之和，计算所述压缩机所消耗的功率。
2、迭代计算各时刻压缩机的最大出口压力的具体过程可以为：根据输入的压缩机级数、各级直径、模型级代号、压缩机入口阀门开度、冷却器后的气体温度、压力损失，迭代计算所述各时刻压缩机的最大出口压力。需要上文中已详细阐述计算压缩机的出口压力的方式，在此不进行赘述。在带压启动计算中，对各时刻压缩机出口最大压力进行监控。如果超过指定阀值，则可以发出预警信息。
3、迭代各时刻压缩机工况点距离防喘振线的距离的具体过程可以为：计算压缩机的性能曲线，根据输入的各阀门流量系数曲线计算阀门性能曲线；根据输入的管网容积、长度和直径，计算管网性能曲线。压缩机的性能曲线、阀门性能曲线、管网性能曲线的计算方式与上文中涉及的计算方式相同，在此不进行赘述。根据所述各时刻压缩机的性能曲线上的各个喘振点确定防喘振线，具体地，防喘振线是在喘振线的基础上，考虑一定的安全余量而生成的曲线，也即根据所述各时刻压缩机的性能曲线上的各个喘振点确定喘振线，然后在喘振线的基础上，考虑一定的安全余量生成防喘振线。将所述阀门性能曲线和所述管网性能曲线的交叉点确定为所述压缩机工况点，如图8所示，根据所述压缩机工况点在所述性能曲线上的位置，确定各时刻压缩机工况点距离防喘振线的距离。这个距离，指的是当前离心压缩机流量系数与喘振点流量系数差值的相对值，要求大于0，通常基于安全上的考虑取的值要>5％。其表达式可表示为：
在带压启动计算中，对各时刻压缩机各段曲线进行监控，如工况点距离防喘振线过近，可以发出提示信息。
4、迭代各时刻压缩机所需要的转矩的具体过程可以为：利用所述各个时刻的转速对输入的电机特征曲线进行插值处理，计算各个时刻的电机输出功率；根据输入的压缩机级数、质量流量和气体组分，计算各个时刻的压缩机气动功率；根据所述各个时刻的转速和预设机械损失表，插值计算各个时刻的机械损失功率；利用所述各个时刻的转速计算各个时刻的角速度；根据所述各个时刻的电机输出功率、所述各个时刻的压缩机气动功率、所述各个时刻的机械损失功率和所述各个时刻的角速度，确定各时刻压缩机所需要的转矩。具体地，可以通过如下公式计算，确定各时刻压缩机所需要的转矩：
ΔP＝Pmotor-Pcomp-Plose
ΔP＝M·ω
在本发明的又一个可选实施例中，为了具体确定所述LNG压缩机组在带压状态下能否启动，所述步骤106具体可以包括：若所述各时刻的驱动机功率大于所述压缩机所消耗的功率、所述各时刻压缩机的最大出口压力小于预设的出口压力阈值、所述各时刻压缩机工况点距离防喘振线的距离大于预设距离阈值、且所述各时刻压缩机所需要的转矩小于驱动机发出的转矩，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动。
需要说明的是，在确定所述各时刻压缩机的最大出口压力大于预设的出口压力阈值时，可以发出预警信息，在确定所述各时刻压缩机工况点距离防喘振线的距离大于预设距离阈值时，也可以发出提示信息，通过发出预警信息和提示信息，可以使得技术人员及时获知压缩机的性能异常情况。
本发明实施例的执行主体可以为LNG压缩机组带压启动确定系统，如图9所示，所述系统可以由界面层、计算层、数据层组成。界面层主要包括主界面、各单元接口、帮助提示等模块；计算层是软件的核心，包括物性模块、数据插值、单元模块计算、系统迭代计算等；数据层负责保存、管理计算结果。每个模块下又包含大量子模块；数据访问层由数据库连接、访问等模块组成。其中所述系统的界面示意图可以如图10所示。
为了更好的理解本发明实施例，还提供了如下应用场景，如图11所示，
1、检查输入参数；
2、计算某一时刻的电机特征；即根据输入的时刻，计算出电机转速值，然后根据电机的特征曲线进行插值得到的。
3、计算压力初始值；所述压力初始值指各时刻压缩机入口的初始压力值。
4、计算流量初始值；流量的初始值是根据压缩机设计流量估算的，即根据设计进口流量、该时刻的转速以及压缩机设计的转速计算的。
5、迭代计算压缩机、冷却器、阀门、管网损失特性；具体地，计算气体经过阀门后的压力、对应的管路压损、气体经过阀门前的压力、阀门损失、冷却器后的气体压力、管路压力。
6、判断流量是否收敛；若不收敛，则跳回到步骤4；若收敛，则跳到步骤7；前后两个子迭代步的质量流量之差，小于指定的容差，如0.002kg/s，可认为流量收敛。
7、系统传递特征计算；系统不仅满足质量和能量守恒，还需考虑时间项影响。转速升高后，对压力和流量影响需要一定的时间完成传递。影响压缩机入口压力困素，主要有两个：一是压力波动传递，二是传质造成的进口压力变化。根据音速定义，压力波动传递速度，即是气体音速；而质量传递引起的压力变化，与管网系统中气流速度相关。因此，需要考虑系统传递特征。
8、判断压缩机进口压力是否收敛；若不收敛，则跳回到步骤4；若收敛，则跳到步骤9；前后两个子迭代步计算的进口压力之差小于指定的压力容差，可认为进口压力收敛。
9、转子系统升速计算；按t时刻给定的转速值，计算指定的角速度ωt；计算转子系统的扭矩M，并计算转子角加速度β；将角加速度β对时间积分，得到转子角速度将计算的角速度与ωt相比，并调整t时刻的指定转速。
10、判断该时刻的时间值是否满足转速升高要求；若满足，则跳转到步骤11、若不满足，则跳转到步骤12；根据积分计算的转速值，与各时刻转速初始作对比。如果积分得到的转速值小于预设的各时刻转速值，则需要调整时间值。
11、输出提示信息/需要时长；
12、判断各时刻是否计算完成；若未完成，则跳转到步骤2；若完成，则执行步骤13；
13、启动判断计算；具体地，具有启动判断规则：(1)各时刻驱动机发出的功率，大于压缩机所消耗的功率；(2)各时刻的最大压力小于限定的阀值；(3)各时刻压缩机工况点离喘振线有足够距离；(4)各时刻压缩机所需要的转矩小于驱动机发出的转矩；
14、计算结果输出。
本发明实施例，在确定LNG压缩机组带压启动时，综合考虑系统内各元件的特性，并将整个系统进行迭代计算，在机组转速不断升高过程中，计算系统性能参数；能够为判断机组能否启动提供准确依据。此外，在计算时，考虑各级比容比匹配关系变化对压缩机需要功率，压缩机气动功率、出口压力的影响，因此能够进一步地保证计算准确可靠。
基于上述如图1所示方法，相应的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以下步骤：确定LNG压缩机组在带压状态下的启动计算输入参数；根据所述输入参数，迭代计算压缩机各个时刻的进口流量；当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力；当所述各个时刻的进口压力收敛时，迭代计算所述压缩机组各个时刻的转速；若所述各个时刻的转速符合转速升高要求，则迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数；若所述系统性能参数符合预设系统性能条件，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动。
基于上述如图1所示方法的实施例，本发明实施例还提供了一种LNG压缩机组带压启动确定系统的实体结构图，如图12所示，该系统包括：处理器31、存储器32、及存储在存储器32上并可在处理器上运行的计算机程序，其中存储器32和处理器31均设置在总线33上所述处理器31执行所述程序时实现以下步骤：确定LNG压缩机组在带压状态下的启动计算输入参数；根据所述输入参数，迭代计算压缩机各个时刻的进口流量；当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力；当所述各个时刻的进口压力收敛时，迭代计算所述压缩机组各个时刻的转速；若所述各个时刻的转速符合转速升高要求，则迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数；若所述系统性能参数符合预设系统性能条件，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动。
通过本发明的技术方案，能够自动确定LNG压缩机组在带压状态下能否启动，提高LNG压缩机组带压启动确定的准确率，此外，在计算时，考虑各级比容比匹配关系变化对压缩机需要功率，压缩机气动功率、出口压力的影响，因此能够进一步地保证计算准确可靠。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
可以理解的是，上述方法及装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示例一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

Claims (8)

1.一种LNG压缩机组带压启动确定方法，其特征在于，包括：
确定LNG压缩机组在带压状态下的启动计算输入参数；
根据所述输入参数，迭代计算压缩机各个时刻的进口流量；
当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力；
当所述各个时刻的进口压力收敛时，迭代计算所述压缩机组各个时刻的转速；
若所述各个时刻的转速符合转速升高要求，则迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数；
若所述系统性能参数符合预设系统性能条件，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动；
所述当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代所述压缩机组各个时刻的进口压力，具体包括：
根据所述各个时刻和所述各个时刻对应的收敛的进口流量，确定压缩机进口流量随时间变化的变化曲线；
确定所述压缩机组未启动时管网中的总气体质量和管网容积；
根据各个时刻对所述变化曲线进行插值，计算管网流入流量和管网流出流量；
根据所述未启动时管网中的总气体质量、所述管网容积、所述管网流入流量和所述管网流出流量，迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力；
若所述压缩机组各个时刻的进口压力与上一次迭代的进口压力之差小于第二指定容差，则确定所述压缩机组各个时刻的进口压力收敛，收敛的进口压力用于作为当前时刻的下一时刻输入的进口压力初值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述输入参数，迭代计算所述压缩机各个时刻的进口流量，具体包括：
根据输入的进口压力、进口温度和指定转速，计算各个时刻的压缩机的性能曲线，根据输入的各阀门流量系数曲线计算阀门性能曲线，根据输入的管网容积、长度和直径，计算管网性能曲线；
根据所述压缩机的性能曲线确定的最大流量和最小流量的平均值，初步确定进口流量；
根据所述进口流量和气体组分，计算所述进口流量对应的压缩机的出口压力；
根据所述进口流量、所述阀门性能曲线和所述管网性能曲线分别计算所述进口流量对应的阀门压损和管路压损；
根据所述进口流量对应的压缩机的出口压力与输入的进口压力的差值，初步确定压缩机压升；
若初步确定的压缩机压升大于所述阀门压损和所述管路压损，则将初步确定的进口流量确定为最小流量；若初步确定的压缩机压升小于所述阀门压损和所述管路压损，则将初步确定的进口流量确定为最大流量；
根据重新确定的最大流量或者最小流量，重新确定进口流量，并确定新的进口流量下压缩机的出口压力、阀门压损和管路压损；
根据新的出口压力和输入的进口压力，确定新的压缩机压升，直到新的压缩机压升与新的阀门压损和新的管路压损之差小于第一指定容差，确定所述压缩机的进口流量收敛。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述各个时刻的进口压力收敛时，迭代计算所述压缩机组各个时刻的转速，具体包括：
根据输入的各个时刻的指定转速，对输入的电机特征曲线进行插值处理，计算各个时刻的指定电机输出功率；
根据输入的压缩机级数、质量流量和气体组分，计算各个时刻的压缩机气动功率；
根据所述各个时刻的指定转速和预设机械损失表，插值计算各个时刻的机械损失功率；
根据所述各个时刻的指定转速，计算指定转子角速度；
根据所述各个时刻的指定电机输出功率、各个时刻的压缩机气动功率、各个时刻的机械损失功率、所述指定转子角速度、转子转动惯量，计算转子的角加速度；
对所述角加速度进行时间积分；
将所述指定转子角速度与积分计算得到的转子角速度进行比较，并根据比较结果调整各个时刻的指定转速，并重新计算比较，直到所述各个时刻的转速计算收敛。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统性能参数包括各时刻的驱动机功率、各时刻压缩机的最大出口压力、各时刻压缩机工况点距离防喘振线的距离、各时刻压缩机所需要的转矩，所述迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数，具体包括：
利用所述各个时刻的转速对输入的驱动机特征曲线进行插值处理，计算所述各时刻的驱动机功率；根据输入的气体组分及预设数据库中的介质物性特征参数，计算所述压缩机的进口焓值和出口焓值；根据所述收敛的进口流量、所述进口焓值和所述出口焓值，计算所述压缩机所消耗的功率；
根据输入的压缩机级数、各级直径、模型级代号、压缩机入口阀门开度、冷却器后的气体温度、压力损失，迭代计算所述各时刻压缩机的最大出口压力和各时刻压缩机的性能曲线；
根据输入的各阀门流量系数曲线计算阀门性能曲线；根据输入的管网容积、长度和直径，计算管网性能曲线；根据所述各时刻压缩机的性能曲线上的各个喘振点确定防喘振线；将所述阀门性能曲线和所述管网性能曲线的交叉点确定为所述压缩机工况点；根据所述压缩机工况点在所述性能曲线上的位置，确定各时刻压缩机工况点距离防喘振线的距离；
利用所述各个时刻的转速对输入的电机特征曲线进行插值处理，计算各个时刻的电机输出功率和转矩；根据输入的压缩机级数、质量流量、气体组分及预设数据库中物性特征参数，计算各个时刻的压缩机气动功率；根据所述各个时刻的转速和预设机械损失表，插值计算各个时刻的机械损失功率；利用所述各个时刻的转速计算各个时刻的角速度；根据所述各个时刻的电机输出功率、所述各个时刻的压缩机气动功率、所述各个时刻的机械损失功率和所述各个时刻的角速度，确定各时刻压缩机所需要的转矩。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若所述系统性能参数符合预设系统性能条件，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动，具体包括：
若所述各时刻的驱动机功率大于所述压缩机所消耗的功率、所述各时刻压缩机的最大出口压力小于预设的出口压力阈值、所述各时刻压缩机工况点距离防喘振线的距离大于预设距离阈值、且所述各时刻压缩机所需要的转矩小于驱动机发出的转矩，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述转子的角加速度为各时刻的转子的角加速度，所述若所述各个时刻的转速符合转速升高要求，则迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数之前，所述方法还包括：
判断所述各个时刻的转子的角加速度是否大于0；
若是，则确定所述各个时刻的转速符合转速升高要求；
若否，则增加所述LNG压缩机组的启动时间。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现以下步骤：
确定LNG压缩机组在带压状态下的启动计算输入参数；
根据所述输入参数，迭代计算压缩机各个时刻的进口流量；
当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力；
当所述各个时刻的进口压力收敛时，迭代计算所述压缩机组各个时刻的转速；
若所述各个时刻的转速符合转速升高要求，则迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数；
若所述系统性能参数符合预设系统性能条件，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动；
所述当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代所述压缩机组各个时刻的进口压力，具体包括：
根据所述各个时刻和所述各个时刻对应的收敛的进口流量，确定压缩机进口流量随时间变化的变化曲线；
确定所述压缩机组未启动时管网中的总气体质量和管网容积；
根据各个时刻对所述变化曲线进行插值，计算管网流入流量和管网流出流量；
根据所述未启动时管网中的总气体质量、所述管网容积、所述管网流入流量和所述管网流出流量，迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力；
若所述压缩机组各个时刻的进口压力与上一次迭代的进口压力之差小于第二指定容差，则确定所述压缩机组各个时刻的进口压力收敛，收敛的进口压力用于作为当前时刻的下一时刻输入的进口压力初值。
8.一种LNG压缩机组带压启动确定系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
确定LNG压缩机组在带压状态下的启动计算输入参数；
根据所述输入参数，迭代计算压缩机各个时刻的进口流量；
当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力；
当所述各个时刻的进口压力收敛时，迭代计算所述压缩机组各个时刻的转速；
若所述各个时刻的转速符合转速升高要求，则迭代计算所述压缩机组在转速升高过程中各时刻的系统性能参数；
若所述系统性能参数符合预设系统性能条件，则确定所述LNG压缩机组在带压状态下能够启动；
所述当所述各个时刻的进口流量收敛时，根据收敛的进口流量迭代所述压缩机组各个时刻的进口压力，具体包括：
根据所述各个时刻和所述各个时刻对应的收敛的进口流量，确定压缩机进口流量随时间变化的变化曲线；
确定所述压缩机组未启动时管网中的总气体质量和管网容积；
根据各个时刻对所述变化曲线进行插值，计算管网流入流量和管网流出流量；
根据所述未启动时管网中的总气体质量、所述管网容积、所述管网流入流量和所述管网流出流量，迭代计算所述压缩机组各个时刻的进口压力；
若所述压缩机组各个时刻的进口压力与上一次迭代的进口压力之差小于第二指定容差，则确定所述压缩机组各个时刻的进口压力收敛，收敛的进口压力用于作为当前时刻的下一时刻输入的进口压力初值。
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