DE3439715A1

DE3439715A1 - Method of operating a turbocompressor

Info

Publication number: DE3439715A1
Application number: DE19843439715
Authority: DE
Inventors: Josef 7500 Karlsruhe Dworschak
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1984-10-30
Filing date: 1984-10-30
Publication date: 1986-04-30

Abstract

In a method of operating a turbocompressor which is driven at largely constant rotary speed with a predetermined characteristic for flow rate and pressure ratio and with a pump limit line which is due to design and limits the characteristic, provision is made for lowering the pressure level if the flow rate decreases below a value near the pump limit line, in order to avoid control losses.

Description

34337153433715

LINDE AKTIENGESELLSCHAFTLINDE AKTIENGESELLSCHAFT

(JH 1488) H 84/111 (JH 1488) H 84/111

Sln/bd 29.10.1984Sln / bd October 29, 1984

Verfahren zum Betreiben eines TurboverdichtersMethod for operating a turbo compressor

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Turboverdichters, der bei vorgegebener Kennlinie hinsichtlich Fördermenge und Druckverhältnis und bei bauartbed;Ln,gter, die Kennlinie beschränkender Pumpgrenzlinie mit weitgehend konstanter Drehzahl angetrieben wird.The invention relates to a method for operating a turbocompressor, which with a given characteristic curve with respect to Delivery rate and pressure ratio and with Bauartbed; Ln, gter, the characteristic curve limiting surge line is driven at a largely constant speed will.

Turboverdichter, wie z.B. Prozeßgas- und Produktgasverdichter, Kaltdampf- und Kaltgaskreislaufverdichter, die als Brüdenverdichter eines Wärmepumpen- und/oder Kältekreislaufsystems arbeiten, und deren Kombinationen, werden üblicherweise lastabhängig über eine Drehzahländerung, Vorle,itapparate oder mittels saug- und druckseitiger Drosselung und Bypass-Führung geregelt. Nachteilig bei solchen Regelungsarten sind der im allgemeinen hohe technische Aufwand bzw. die verursachten hohen Verluste an aufgewandter Energie.Turbo compressors, such as process gas and product gas compressors, cold steam and cold gas circulation compressors, which work as vapor compressors of a heat pump and / or refrigeration cycle system, and their combinations, are usually load-dependent via a change in speed, supply devices or by means of suction and pressure side Regulation of throttling and bypass routing. These types of regulation are generally disadvantageous high technical effort and the resulting high losses of energy used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß auf einfache und wirtschaftliche Weise Regelverluste zumindest weitgehend vermieden werden können.The invention is based on the object of designing a method of the type mentioned at the outset so that on simple and economical way control losses can at least largely be avoided.

■j Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Abnahme der Fördermenge unter einen Wert, der nahe der Pumpgrenzlinie liegt, das Druckniveau erniedrigt wird.■ j This object is achieved according to the invention in that at Decrease in the delivery rate below a value that is close to the surge limit line, the pressure level is lowered.

Mit dieser Verfahrensweise wird erreicht, daß an einem Turboverdichter selbst keine Regelung mehr vorgenommen werden muß. Statt dessen werden die äußeren Prozeßbedingungen an die Betriebscharakteristik des jeweiligen Turboverdichters angeglichen. Durch Absenken des Druckniveaus, was einem Absenken des Verdichtersaug- oder Verdichterenddrucks gleichkommt, kann dabei bei entsprechender, durch die Lastanforderung bedingter Reduzierung der Fördermenge ein Pumpen des Verdichters oder der Verdichterstufen auch ohne Bypass-Regelung vermieden werden. Dadurch können im Betrieb gegenüber den bisherigen Regelungsverfahren erhebliche Einsparungen an Energie, vor allem an hochwertiger Antriebsenergie erzielt werden.This procedure ensures that a turbo compressor itself is no longer regulated must become. Instead, the external process conditions are adapted to the operating characteristics of the respective Turbo compressor adjusted. By lowering the pressure level, what is equivalent to lowering the compressor suction or discharge pressure, can be done with the appropriate, a pumping of the compressor or a reduction in the delivery rate due to the load requirement of the compressor stages avoided even without bypass control will. As a result, considerable savings can be made in operation compared to the previous control procedures Energy, especially high-quality drive energy.

Eine Veranschaulichung der Zusammenhänge ist in dem in Figur 1 beispielhaft dargestellten Diagramm aufgezeigt, in dem der Druck über der Fördermenge aufgetragen ist. Dabei ist angenommen , daß der Verdichter an seinem Auslegungspunkt A eine Fördermenge von 100 % erreicht. Die Pumpgrenzlinie des Verdichters, die abhängig von der Ausbildung der Laufradschaufeln ist, läuft von A¹ nach E¹. Wird die Fördermenge bei gleichbleibender Drehzahl und gleichbleibendem Saugdruck reduziert, steigt zunächst der erreichbare Enddruck aufgrund der Kennlinienform desAn illustration of the relationships is shown in the diagram shown as an example in FIG. 1, in which the pressure is plotted against the delivery rate. It is assumed that the compressor reaches a delivery rate of 100% at its design point A. The surge limit line of the compressor, which depends on the design of the impeller blades, runs from A ¹ to E ¹ . If the delivery rate is reduced while the speed and suction pressure remain the same, the final pressure that can be achieved rises due to the shape of the characteristic curve

3Q Verdichters ,bis bei etwa 80 % Fördermenge im Punkt B die Kennlinie die Pumpgrenzlinie erreicht. Ein weiteres Absenken der Fördermenge würde ein Überschreiten der Pumpgrenzlinie bedeuten, wobei der Verdichter dann im instabilen Arbeitsbereich läuft, in dem ein Loslösen der Strömung in den Kanälen der Laufräder das sogenannte3Q compressor, up to about 80% delivery rate in point B the Characteristic line reaches the surge limit line. A further decrease in the delivery rate would cause the surge limit line to be exceeded mean, whereby the compressor then runs in the unstable working area in which the Flow in the channels of the impellers the so-called

-■/-'- ■ / - ' 3A397153A39715

Pumpen des Verdichters verursacht. Wird dagegen der Enddruck durch Veränderung des Saugdrucks .konstant auf dem Druck des Auslegungspunktes gehalten (Linie A-C) kann der Lastbereich gegenüber dem Enddruckverlauf A-B bereits auf 72 % ausgedehnt werden, ohne daß die Pumpgrenze überschritten wird. Die Lastpunkte D und E sind verdichterseitig nicht realisierbar. Werden die Prozeßbedxngungen jedoch so beeinflußt, daß der Verdichterenddruck lastabhängig entsprechend der Linie A-D¹ abgesenkt werden kann, dann ist die untere Lastgrenze bereits auf 40 % zurückgegangen, ohne daß die Pumpgrenzlinie überschritten wird. Im Falle einer noch extremeren Druckabsenkung entsprechend der Linie A-E· kann der Verdichter ohne Bypass sogar noch mit einer Mindestlast von 15 % ohne Überschreiten der Pumpgrenzlinie betrieben werden. Wie daraus hervorgeht, kann mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise der stabile Arbeitsbereich des Verdichters rechts der Pumpgrenzlinie bei erheblich reduzierter Last ohne verlustreiche Regeleingriffe wie Drosselung oder Bypass-Regelung genutzt werden.Compressor pumping caused. If, on the other hand, the final pressure is kept constant at the pressure of the design point by changing the suction pressure (line AC), the load range can be expanded to 72% compared to the final pressure curve AB without the surge limit being exceeded. The load points D and E cannot be implemented on the compressor side. However, if the process conditions are influenced in such a way that the compressor end pressure ^{can be lowered as a function of the load according to line AD 1} , then the lower load limit has already decreased to 40% without the surge limit line being exceeded. In the case of an even more extreme pressure drop according to the line AE · the compressor without bypass can even be operated with a minimum load of 15% without exceeding the surge limit line. As can be seen from this, with the method according to the invention, the stable working range of the compressor to the right of the surge limit line can be used with a considerably reduced load without lossy control interventions such as throttling or bypass control.

Vorteilhafterweise wird dabei die Erniedrigung des Druckniveaus in Abhängigkeit von der erwünschten Fördermenge durchgeführt. Dadurch wird auf einfache Weise sichergestellt, daß die Erniedrigung des Druckniveaus so eingestellt wird, daß bei Abnahme der Fördermenge die Pumpgrenzlinie weder erreicht noch überschritten wird.The lowering of the pressure level is advantageously dependent on the desired delivery rate carried out. This ensures in a simple manner that the lowering of the pressure level is set in this way is that when the delivery rate decreases, the surge line is neither reached nor exceeded.

Um bei Annäherung des Lastbereichs an die Pumpgrenzlinie ein Pumpen des Verdichters sicher vermeiden zu können, ist es weiterhin zweckmäßig, die Erniedrigung des Druckniveaus durchzuführen, wenn die Fördermenge auf .102 bis 115 %, vorzugsweise 105 bis 110 %, der Mindestfördermenge, definier^ durch die Pumpgrenzlinie, abnimmt .Damit kann gleichzeitig auch ein schrittweises Erniedrigen des Druckniveaus erfolgen, das für eineIn order to reliably avoid pumping of the compressor when the load range approaches the surge limit line can, it is also advisable to lower the pressure level when the flow rate increases .102 to 115%, preferably 105 to 110%, of the minimum delivery rate, defining ^ by the surge limit line, so that a step-by-step Lower the pressure level done for a

selbsttätige Anpassung des Druckniveaus an die erforderliche Fördermenge besonders günstig ist.automatic adjustment of the pressure level to the required flow rate is particularly favorable.

Zur Durchführung einer solchen selbsttätigen Einstellung des Druckniveaus ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, den Verlauf der Pumpgrenzlinie und die Betriebscharakteristik des Turboverdichters einem Prozeßrechner einzugeben, die momentane Fördermenge und die momentanen Betriebsdrücke zu messen, die Meßwerte an den Prozeßrechner weiterzuleiten und im Prozeßrechner mit den vorgegebenen Werten für die Betriebscharakteristik und der Pumpgrenzlinie zu vergleichen und bei Meßwerten, die nahe der Pumpgrenzlinie liegen, vom Rechner Steuersignale an einen das Druckniveau beeinflussenden Regler abzugeben. 15To carry out such an automatic setting of the pressure level, it is advantageously provided that enter the course of the surge line and the operating characteristics of the turbo compressor into a process computer, to measure the current delivery rate and the current operating pressures, to forward the measured values to the process computer and in the process computer with the specified values for the operating characteristics and the surge limit line compare and, in the case of measured values that are close to the surge limit line, send control signals from the computer to a das Output regulator influencing pressure level. 15th

Wie bereits erwähnt, werden zur Erniedrigung des Druckniveaus eines Verdichters die äußeren Prozeßbedingungen an die Betriebscharakteristik des Verdichters angepaßt. Damit ist die Erniedrigung des Druckniveaus abhängig von dem Arbeitsprozeß, in dem der Verdichter arbeitet. Die Erfindung bezieht sich somit auch auf verschiedene Anwendungsfälle des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Betreiben eines Verdichters.As already mentioned, the external process conditions are used to lower the pressure level of a compressor adapted to the operating characteristics of the compressor. The lowering of the pressure level is therefore dependent on the work process in which the compressor is working. The invention thus also relates to various applications of the method described above for operating a compressor.

Bei Anwendung des Verfahrens bei einem Kaltdampf- und/oder Kaltgaskreislaufverdichter wird zur Erniedrigung des Druckniveaus zweckmäßigerweise die für die Kühlleistung erforderliche Temperaturdifferenz zwischen Kühlmedium und Verdichtungsmedium eingestellt. Dies kann entweder durch eine Mengenänderung des durch den Kondensator fließenden Kühlmediums oder durch Veränderung der Kondensatorfläche erreicht werden. Zusätzlich wird diese Temperaturdifferenz noch von den Umgebungsbedingungen beeinflußt, so daß Kaltdampf- und/oder Kaltgaskreislaufverdichter entsprechend dem Tagesgang der AußentemperaturWhen the method is used in a cold steam and / or cold gas cycle compressor, the Pressure levels expediently the temperature difference between the cooling medium required for the cooling performance and compression medium set. This can either be done by changing the amount of the through the capacitor flowing cooling medium or by changing the condenser surface. In addition, this Temperature difference still from the ambient conditions influenced, so that cold steam and / or cold gas circulation compressor according to the daily variation of the outside temperature

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und unter Ausnutzung der Kondensatorkapazitat im Enddruck äußerst variabel eingestellt werden können.Dabei kann eine Anpassung des Verdichterenddruckes an den Tagesgang der Außentemperatur in Verbindung mit einer durch einen Prozeßrechner optimierten Menge des Kühlmediums bei voll ausgenutzter Kondensatorfläche erfolgen. Dazu wird die Temperatur, die, Durchflußmenge und der Druck des verdichteten Mediums sowie bei Verwendung eines flüssigen Kühlmediums die Temperatur des Kühlmediums vor und nach dem Kondensator und bei Verwendung einer Luftkühlung die Außentemperatur in einen Prozeßrechner eingegeben, in dem bereits die Pumpgrenzlinie und die Betriebscharakteristik des Verdichters gespeichert ist. Unterschreiten die Meßwerte des verdichteten Mediums bei Abnahme der Fördermenge die durch die Betriebscharakteristik und.die Pumpgrenzlinie des Verdichters vorgegebenen zulässigen Grenzwerte,wird vpm, Prozeßrechner beispielsweise ein Signal zur Erhöhung der I3urchfiußme,nge des Kühlmediums durch den Kondensator gegeben. Ein Ausschnitt eines entsprechenden Kaltgaskreislaufs mit Verdichter 1, Kondensator 2 und Prozeßrechner 6 ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Der Kondensator 2 wird mit Wasser als Kühlmedium, das über eine Zuleitung 3 mit Regelventil 4 zugeführt und über eine Ableitung 5 abgeführt wird, betrieben.and using the capacitor capacity in the final pressure can be set extremely variably the outside temperature in connection with a quantity of the cooling medium optimized by a process computer at full used capacitor surface. To do this, the Temperature, flow rate and pressure of the compressed medium and when using a liquid cooling medium the temperature of the cooling medium before and after the condenser and, if air cooling is used, the Outside temperature entered into a process computer, in which the surge limit line and the operating characteristics of the compressor is saved. Fall below the measured values of the compressed medium when the delivery rate decreases the permissible limit values specified by the operating characteristics and the surge limit line of the compressor vpm, process computer, for example, a signal to increase the flow rate of the cooling medium through the Capacitor given. A section of a corresponding cold gas circuit with compressor 1, condenser 2 and Process computer 6 is shown schematically in FIG. The condenser 2 is with water as a cooling medium, the supplied via a supply line 3 with control valve 4 and is discharged via a discharge 5 operated.

Eine weitere vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Kaltdampf- und/oder Kaltgaskreislaufverdichter besteht darin, daß der Verdichter als Brüdenverdichter eines Wärmepumpensystems betrieben, die Kondensationswärme im Kreislauf selbst ausgetauscht und zur Erniedrigung des Druckniveaus der Druck ein&s' im Kreislauf angeordneten thermischen Trennapparates mittels Heizen und/oder Kühlen eingestellt wird. Dabei paßt sich das Wärmepumpensystem aufgrund des unmittelbaren Zusammenhangs zwischen Druckdifferenz (als CharakteristikAnother advantageous application of the method according to the invention in a cold steam and / or cold gas cycle compressor consists in that the compressor is operated as a vapor compressor of a heat pump system, the heat of condensation is exchanged in the circuit itself and, in order to lower the pressure level, the pressure a & s' im Circuit arranged thermal separation apparatus is set by means of heating and / or cooling. It fits the heat pump system is based on the direct relationship between the pressure difference (as a characteristic

von Anlagenteilen,in denen keine wesentliche Dichteänderung erfolgt, wie z.B. in Destillationskolonnen, Rohrleitungen) und Druckverhältnis (als Charakteristik von Anlagenteilen, in denen eine wesentliche Dichteänderung erfolgt, wie z.B. in Verdichtern) an die Strömungs- und Wärmewiderstände im System und an den Wärmebedarf an und zwar in der Weise, daß sich im Gleichgewicht bei abnehmender Last auch ein geringerer Enddruck einstellt. Der Wärmebedarf wird abhängig von den Prozeßbedingungen, z.B. abhängig von den Reinheitsanforderungen bei einer Destillation, vorgegeben und über den Wärmeüberschuß in der Destillationskolonne geregelt.of system parts in which there is no significant change in density occurs, e.g. in distillation columns, pipelines) and pressure ratio (as a characteristic of Plant parts in which there is a significant change in density, e.g. in compressors) to the flow and Thermal resistances in the system and to the heat demand in such a way that in equilibrium with decreasing Load also sets a lower final pressure. The heat demand depends on the process conditions, e.g. depending on the purity requirements for a distillation, specified and on the excess heat regulated in the distillation column.

In der Figur 3 ist dazu als Beispiel eine Regelung bei einer Destillationskolonne mit Brüdenkompressor schematisch dargestellt. Der Brüdenkompressor ist mit 1 und die Destillationskolonne mit 2 bezeichnet. An die Destillationskolonne ist in üblicher Weise ein Zulauf für das zu behandelnde Gemisch, ein Ablauf 4 für den Destillationsrückstand mit einer Rückleitung 5 sowie eine Ableitung 6 für die aufsteigenden Dämpfe der leichter siedenden Gemischkomponenten angeschlossen. Die Ableitung 6 für die Dämpfe teilt sich in drei Zweigleitungen, von denen die Zweigleitung 7 über einen luftgekühlten Kondensator 8 und die Zweigleitung 9 über einen flüssigkeitsgekühlten Kondensator 10 in eine Vorlage 18 geführt ist, von der ein Teil als Rücklauf über eine Leitung 17 in die Destillationskolonne 2 zurückgeleitet und ein Teil als Destillat abgeführt wird. Die dritte Zweigleitung 11 führt über einen ersten Wärmetauscher 12 zum Brüdenkompressor 1 und anschließend über einen zweiten, als Kondensator wirkenden Wärmetauscher 13 zur Vorlage 18. im ersten Wärmetauscher 12 vird das zu verdichtende Medium im Gegenstrom mit dem im Kondensator 13 verflüssigtenIn FIG. 3, as an example, a scheme in a distillation column with a vapor compressor is shown schematically shown. The vapor compressor is labeled 1 and the distillation column is labeled 2. To the The distillation column is in the usual way an inlet for the mixture to be treated, an outlet 4 for the Distillation residue with a return line 5 and a discharge line 6 for the rising vapors of the lower-boiling mixture components connected. The outlet 6 for the vapors is divided into three branches, of which the branch line 7 via an air-cooled condenser 8 and the branch line 9 is passed via a liquid-cooled condenser 10 into a template 18, part of which is used as a return returned via a line 17 to the distillation column 2 and some of it is discharged as distillate will. The third branch line 11 leads to the vapor compressor 1 via a first heat exchanger 12 and then via a second heat exchanger 13 acting as a condenser to the receiver 18 in the first In the heat exchanger 12, the medium to be compressed is countercurrent to that which is liquefied in the condenser 13

Medium überhitzt. Im zweiten Kondensator 13 wird das verdichtete Medium mit dem in der Rückleitung 5 zurückgeführten Destillationsrückstand in Wärmeaustausch gebracht.Ausser der einen Rückleitung 5 ist noch eine zweite Rückleitung 15 für Destillationsrückstand vorhanden, in der ein Wärmetauscher 14 angeordnet ist. Die Leistung dieses Wärmetauschers 14 wird über einen Prozeßrechner 16 in Abhangigke.it vorgegebener Reinheitsanforderungen an das Destillat geregelt. Dem Prozeßrephner 16 Werden als Maß für die vorgegebenen Re.inheitsanforderungen die Temperatur- und Druckwerte der Destillationskolonne 2 eingegeben. Abhängig von diesen Werten regelt er zum Ausgleich der Wärmebilanz gleichzeitig den Mengendurchfluß durch den Kondensator 3 in der Zweigleitung 7 sowie den Flüssigkeitsdurchsatz durch den Kondensator 10 in der Zweigleitung 9. Wird nun die Leistung der Wärmetauscher 8, 10, 14 in beliebiger Kombination abhängig von den Betriebsbedingungen entsprechend den Reinheitsanforde-? rungen erhöht oder erniedrigt, ändert sich zumeinen das Druckniveau in der Destillationskolonne 2 und zum anderen die Leistung des Wärmetauschers 13 in der Rückleitung 5. Dadurch wird dann unmittelbar auch das Druckniveau des Brüdenkompressors 1 beeinflußt.Medium overheated. In the second condenser 13, the compressed Medium with the returned in the return line 5 Distillation residue brought into heat exchange the one return line 5 is a second return line 15 for distillation residue, in which a Heat exchanger 14 is arranged. The performance of this Heat exchanger 14 is a process computer 16 in Abhangigke.it predetermined purity requirements on the Regulated distillate. The process repeater 16 is given the temperature as a measure for the specified purity requirements and pressure values of the distillation column 2 entered. Depending on these values, it regulates to compensate the heat balance at the same time the mass flow through the condenser 3 in the branch line 7 and the liquid throughput through the condenser 10 in the branch line 9. If the output of the heat exchanger 8, 10, 14 in any combination depending on the operating conditions according to the purity requirements? increases or decreases, changes the pressure level in the distillation column 2 and the others the performance of the heat exchanger 13 in the return line 5. This then directly also the pressure level of the vapor compressor 1 influenced.

Eine andere vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht bei einem Kaltdampf- und/oder Kaltgaskreislaufverdichter darin, daß der Verdichter gleichzeitig als Brudenveifdichter eines Wärmepumpen- und/oder Kältekreislaμfsvste,ms und als Produktgasverdichter betrieben, die Kondensationßwärme im Kreislaufsystem ausgetauscht und zur Erniedrigung des Druckniveaus dem Verdichter ein Produktendverdichter nachgeschaltet wird.Another advantageous application of the invention The method consists in a cold steam and / or cold gas circulation compressor in that the compressor is simultaneously used as a Brudenveifdichter of a heat pump and / or Kältekreislaμfsvste, ms and operated as a product gas compressor, exchanging the condensation heat in the circulation system and to lower the pressure level the compressor Product final compressor is connected downstream.

Als Beispiel läßt sich der Ethylenverdichter einer Oleflnanlage Anfuhren/ der bisher in der Regel zugleich als Kälteverdichte, r> W^ittmepumpe und ProduktgasverdichterAs an example, the ethylene compressor in an olefin plant can be cited, which has hitherto generally been carried out at the same time as a cold compressor, heat pump and product gas compressor

verwendet wird. Erfindungsgemäß werden die Aufgabenbereiche Wärmepumpe und Produktgasverdichtung so weit getrennt, daß die Wärmepumpe im Enddruck unabhängig vom Produktabgabedruck ist. Dies wird durch die Nachschaltung einer kleinen und flexiblen Verdichterstufe erreicht, wodurch ein von der Last abhängiger,variabler Enddruck beim vorgeschalteten Ethylenverdichter möglich ist. Der optimale Enddruck des Ethylenverdichters stellt sich dabei dann ein, wenn die gesamte Kondensatorfläche zur Verfügung ¹^ steht. Der Nachverdichterstufe kommt dies insoweit entgegen, als sie bei reduzierter Fördermenge ein größeres Druckverhältnis aufbauen kann, so daß diese Verdichterstufe sehr günstig betrieben werden kann.is used. According to the invention, the task areas heat pump and product gas compression are separated so far that the heat pump is independent of the product delivery pressure in the final pressure. This is achieved by adding a small and flexible compressor stage, which enables a variable final pressure depending on the load in the upstream ethylene compressor. The optimal final pressure of the ethylene compressor adjusts itself then if the total capacitor area is available ¹ ^. The booster stage accommodates this insofar as it can build up a greater pressure ratio with a reduced delivery rate, so that this compressor stage can be operated very favorably.

In der Figur 4a ist eine solche Verdichterkombination am Beispiel eines Ethylenverdichters einer Olefinanlage schematisch dargestellt. Die Figur 4b zeigt eine entsprechende Verdichterkombination in einem Druck-Fördermengendiagramm. Der Ethylenverdichter ist mit 1 undSuch a compressor combination is shown in FIG. 4a using the example of an ethylene compressor in an olefin plant shown schematically. FIG. 4b shows a corresponding compressor combination in a pressure-delivery rate diagram. The ethylene compressor is with 1 and

²⁽¹ die Rektifikationskolonne mit 2 bezeichnet. An die Rektifikationskolonne 2 ist eine Zuleitung 3 für zu behandelndes Gemisch, ein Ablauf 4 mit Rückleitung 5 für den Rückstand sowie eine Ableitung 6 für die aufsteigenden Dämpfe angeschlossen. Die Ableitung 6 steht mit dem Äthylenverdichter 1 in Verbindung, von dem über eine Leitung 7 mit Kondensator 8 das E.thylen teilweise in die Rektifikationskolonne 2 zurückgeführt wird. Ein weiterer Teil des Ethylens wird von der Leitung 7 abgezogen und über eine Zweigleitung 9 mit einem Produktendverdichter abgeführt. Dem Produktendverdichter 10 kommt dabei die Aufgabe zu, stets den verlangten Enddruck aufrechtzuerhalten, so daß der Ethylenverdichter 1 unabhängig vom gewünschten Produktdruck betrieben werden kann. Der Enddruck des Ethylenverdichters 1 kann somit bei abnehmender Fördermenge ohne weiteres abgesenkt werden, ohne ^{2 (1} denotes the rectification column with 2. A feed line 3 for the mixture to be treated, an outlet 4 with return line 5 for the residue and an outlet 6 for the rising vapors are connected to the rectification column 2. The outlet 6 is connected to the ethylene compressor 1 Connection from which the ethylene is partially returned to the rectification column 2 via a line 7 with a condenser 8. A further part of the ethylene is drawn off from the line 7 and discharged via a branch line 9 with a product end compressor The task of always maintaining the required final pressure so that the ethylene compressor 1 can be operated independently of the desired product pressure

daß die Gefahr des Überschreitens der Pumpgrenzlinie gegeben ist (Figur 4b). Der Enddruck des Ethylenverdichters 1 stellt sich dabei in Abhängigkeit des Kondensationswärmeaustausches im Kondensator 8 ein, der mit der Rückleitung 5 für Rückstand in Verbindung steht.that there is a risk of crossing the surge line is (Figure 4b). The final pressure of the ethylene compressor 1 is a function of the condensation heat exchange in the condenser 8, which is connected to the return line 5 for residue.

Eine weitere vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht schließlich darin, daß bei drehzahlfesten mehrstufigen Kaltdampfverdichtern mit Zwischeneinspeis,ung durch, Einsatz eines Prozeßrechners zur optimalen Erniedrigung des Gesamtdruckniveaus verbrauchsabhängig, d.h. lastabhängig, eine variable Einstellung der einzelnen Stufendrücke und/oder des Prozeßgasdrucks erfolgt, womit eine, gleichmäßige, energetisch optimale Auslastung der einzelnen Verdichterstufen erreicht werden kann_r Vorteilhafterweise wird dabei zur Erniedrigung d.es Gesamtdruqkniveaus der Enddruck des KaltdampfverdichtQys durch Einstellen de,r Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und Kühlmedium im Ver-A further advantageous application of the method according to the invention consists in the fact that, in the case of fixed-speed multi-stage cold steam compressors with intermediate feed, a process computer is used to optimally lower the total pressure level, depending on consumption, ie load-dependent, a variable setting of the individual stage pressures and / or the process gas pressure, with which a , uniform, energetically optimal utilization of the individual compressor stages can be achieved _r Advantageously, to lower the total pressure level, the final pressure of the cold vapor compressor is set by adjusting the temperature difference between the refrigerant and the cooling medium in the

2Q flüssiger erniedrigt und die Belastung der unteren Verdichterstufen durch Drosselung der zugehörigen Verdampferstufen überproportional verringert und/oder die Belastung aller Verdichterstufen durch eine Absenkung des Prozeßdruck- und/oder Prozeßtemperaturniveaus2Q more liquid and the load on the lower compressor stages by throttling the associated evaporator stages disproportionately reduced and / or the Loading of all compressor stages by lowering the process pressure and / or process temperature level

«j proportional gleiqhmäBig verringert.«J proportionally reduced.

Als Beispiel w^rd der Propylenverdichter einer Olefinanlage angeführt, der als Kaltdampfverdichter überwiegend zur mehrstufigen yorkühlung des Prozeßgas-Stroms eingesetzt wird, üblicherweise wird bisher unabhängig von d,er Kühllast die Verdampfung des Kältemittels in den einzelnen Verdampferstufen bei von vornherein festgelegten Drücken durchgeführt und die lastabhängige Regelung an de,n einzelnen Verdichterstufen durch saugseitige Drosselung oder Umgangsregelung,An example would be the propylene compressor in an olefin plant listed, the predominantly cold steam compressor is used for multi-stage yorkühlung the process gas stream, usually is independent of d, he cooling load the evaporation of the refrigerant in the individual evaporator stages with from the start defined pressures and the load-dependent control on de, n individual compressor stages through suction-side throttling or bypass regulation,

d.h. Rückführung v.on verdichtetem Kältemittel zur Saugseite der jeweiligen Verdichterstufen, bewerkstelligt. Erfindungsgemäß dient die Umgangsregelung nur noch als reine Pumpgrenzregelung für den Notfall und die Drosselregelung der Ansaugströme entfällt bis auf eine Androsselung des Ansaugstroms der untersten Verdichterstufe zur Vermeidung eines Unterdrucks in dieser Verdichterstufe. Dies führt bei einer Absenkung des Verdichterenddrucks durch Einstellen der Temperaturdifferenz zwisehen Kältemittel und Kühlmedium im Verflüssiger zur Absenkung aller Ansaugdrücke und damit zur Absenkung des gesamten Druckniveaus. Die eigentliche Regelung der Ver·- dichterstufen wird bewerkstelligt durch die Abstimmung der einzelnen Verdampferleistungen, beispielsweise durch Einstellung der Kältemittelstände bei überfluteten Verdampfern, wobei die Saugdruckabsenkung entweder zu einer Entlastung des Prozeßgasverdichters durch Absenkung des Prozeßgasdrucks (entspricht einer Niveauabsenkung) führt roder eine LastverSchiebung bei den einzelnen Verdampferstufen und damit den einzelnen Verdichterstufen herbeiführt oder je nach Bedarf beides zugleich.i.e. return of compressed refrigerant to the suction side of the respective compressor stages. According to the invention, the handling regulation only serves as a Pure surge limit control for emergencies and the throttling control of the intake flows are omitted apart from a throttling of the intake flow of the lowest compressor stage to avoid negative pressure in this compressor stage. This leads to a reduction in the compressor discharge pressure by adjusting the temperature difference Refrigerant and cooling medium in the condenser to lower all suction pressures and thus to lower the total pressure level. The actual regulation of the Density steps is achieved by coordinating the individual evaporator capacities, for example by setting the refrigerant levels for flooded evaporators, whereby the suction pressure drop is either to relieve the process gas compressor by lowering the process gas pressure (corresponds to a lowering of the level) roder leads to a load shift in the individual Evaporator stages and thus the individual compressor stages or both at the same time, as required.

In der Figur 5a ist eine solche Verdichteranordnung am Beispiel eines dreistufigen Propylenverdichters einer Olefinanlage schematisch dargestellt. Die Figur 5b zeigt den Verdichtungsverlauf bei variablem Enddruck des Propylenverdichters für Normallast und entsprechend optimierte Teillast. In der zugehörigen Figur 5c sind die unterschiedlichen Verhältnisse an den zugehörigen Verdampferstufen in einem Wärme-Temperatur-Diagramm der Prozeßgaskühlung schematisch dargestellt.In FIG. 5a, such a compressor arrangement is shown using the example of a three-stage propylene compressor Olefin plant shown schematically. FIG. 5b shows the course of compression with a variable final pressure of the propylene compressor for normal load and correspondingly optimized part load. In the associated Figure 5c are the different ratios at the associated evaporator stages in a heat-temperature diagram the process gas cooling shown schematically.

Das in einem Prozeßgasverdichter 1 auf den erforderlichen Prozeßgasdruck verdichtete Prozeßgas wird in aufeinanderfolgenden, als Verdampfer ausgebildeten Kühlstufen 2,The process gas compressed in a process gas compressor 1 to the required process gas pressure is in successive, cooling stages 2 designed as evaporators,

3, 4, in denen Propylen eines Propylengaskreislauf verdampft wirdf abgekühlt. Die dabei entstehenden Propylendämpfe werden pe,w^ils in zugehörigen Verdichterstufen 5, 6, 7 eines Prppylenverdichters verdichtet. Aus der Messung von Menge, Druck un.d Temperatur am Austritt jeder Verdichterstufe wird durch einen Prozeßrechner 8 die aktuelle Lage der Betriebspunkte der einzelnen Verdichterstufen im Kennfeld des Propylenverdichters (Figur 5b) ermittelt und je nach Abstand zur jeweiligen Pumpgrenze PI, PII, PIII eine Abstimmung der Leistungen der einzelnen Kühlstufen 2, 3, 4 vorgenommen, um bei Annäherung an die Pumpgrenzen infolge Lastred,uzierung (Verdichterenddrucklinie AIV - BIV, Figur 5b) durch eine gleichmäßige Annäherung der einzelnen Verdichterstufen an ihre Pumpgrenzen das Öffnen von Umgangsventilen TQ, 11, 12 in Rückführungsleitungen zw,isqhen den Dru<?k- und Saugseiten der Verdichterstufen 5, 6, ·7 wei.testgehe.nd zu vermeiden. Entscheidend für den $nddruck des Propylenverdichters und damit für die Absenkung aller D;ruckniveaus sind die Bedingungen an einem dem Propylenverd'ichter nachgeschalteten Propylenverflüssiger 9, dessen Kflhlmediumstrom über ein vom Prozeßrechner 8 geregeltes Ventil 14 in einer Zuleitung 13 für Kühlmedium eingestellt wird, wobei die Temperaturen des zuströmenden Kuh^tyectiums, in der Zuleitung 14 und des abströmenden, Kühlmedi^ms in einer Ableitung 15 gemessen und an den Prozeßrephner 8 weitergeleitet werden.3, 4, in which propylene is evaporated from a propylene gas cycle f cooled. The resulting propylene vapors are pe, w ^ ils in associated compressor stages 5, 6, 7 of a propylene compressor compressed. From the measurement of volume, pressure and temperature at the outlet of each compressor stage the current position of the operating points of the individual compressor stages is determined by a process computer 8 determined in the characteristic map of the propylene compressor (Figure 5b) and depending on the distance to the respective surge limit PI, PII, PIII made a coordination of the performance of the individual cooling stages 2, 3, 4 in order to approach the pumping limits as a result of load reduction (compressor discharge pressure line AIV - BIV, Figure 5b) by a uniform approach of the individual compressor stages to their surge limits Opening of bypass valves TQ, 11, 12 in return lines between the pressure and suction sides of the compressor stages 5, 6, 7 white test and avoid. Decisive for the final pressure of the propylene compressor and thus for the Lowering of all pressure levels are the requirements for one the propylene condenser 9, which is connected downstream of the propylene compressor, and its cooling medium flow via a from the process computer 8 regulated valve 14 is set in a feed line 13 for cooling medium, the temperatures of the inflowing Kuh ^ tyectiums, in the supply line 14 and the outflowing, Kühlmedi ^ ms are measured in a discharge line 15 and passed on to the process repeater 8.

In der Figur 5, c sind ^n einem Wärme-Temperatur-Diagramm die Auswirkungen der pruckabSenkung auf die einzelnen Kühlstufen 2, 3, 4 schematisch dargestellt. Bei dem hier skizzierten linearen Verlauf der Abkühlkurve 17 des Prozeßgapes werden in den Kühlstufen 2, "3, 4 bei Normallast (= 109 % Last) gleiche Wärmemengen QIII, QII und QI durqh verdampfendes Propylen auf den Druckstufen AIII, All und AI abgeführt;, ßei Teillast mit änem Verdichter-In the figure 5, c ^ n are a heat-temperature diagram the effects of the lowering of the pressure on the individual Cooling stages 2, 3, 4 shown schematically. In the case of the linear course of the cooling curve 17 of the sketched here Process gapes are in cooling stages 2, "3, 4 at normal load (= 109% load) same amount of heat QIII, QII and QI discharged by evaporating propylene at the pressure levels AIII, All and AI ;, at partial load with a compressor

enddruck BIV·(Figur 5b) stellen sich am ungedrosselten Verdichter von selbst die Saugdrücke Bill, BII und BI ein.final pressure BIV · (Figure 5b) appear on the unthrottled compressor automatically enter the suction pressures Bill, BII and BI.

Je nach Lage der Betriebspunkte im Verdichterkennfeld kann nun unter Vermeidung einer Unterschreitung der durch die Pumpgrenzen festgelegten Mindestfördermengen bei geringstmöglichen Umgangsmengen in den Ventilen 10, 11, 12 entweder die Proportionalität der Leistungen der Kühlstufen 2, 3, 4 zugunsten einer Prozeßgasdruckabsenkung,Depending on the location of the operating points in the compressor map, it is now possible to avoid falling below the through the pumping limits specified minimum flow rates at the lowest possible Circulation quantities in the valves 10, 11, 12 either the proportionality of the performance of cooling stages 2, 3, 4 in favor of a process gas pressure reduction,

"Ό also einer Entlastung des Prozeßgasverdichters 1 gewahrt bleiben (entspricht einer Niveauabsenkung mit QIII = QII = QI, gestrichelte Linien im Wärme-Temperatur-Diagramm), wobei dann über den direkt vom Prozeßrechner 8 gesteuerten Druckregler 17 in der Prozeßgasdruckleitung der Soll-Wert für den Prozeßgasverdichterenddruck entsprechend reduziert wird (Figur 5a), oder eine energetisch vorteilhafte Verlagerung der Kühlleistung zu höheren Temperaturniveaus erfolgen (entspricht einer Lastverschiebung mit QIII ^> QII "> QI, strichpunktierte Linie im Wärme-Temperatur-Diagramm). Die entsprechende Abstimmung der Kühlstufen erfolgt dabei über den Prozeßrechner 8 bei überfluteten Kältemittelverdampfern über die Einstellung der Kältemittelstände also die entsprechende Verdampfungsleistung. "Ό thus a relief of the process gas compressor 1 guaranteed remain (corresponds to a level reduction with QIII = QII = QI, dashed lines in the heat-temperature diagram), then via the pressure regulator 17 controlled directly by the process computer 8 in the process gas pressure line of the The desired value for the process gas compressor end pressure is reduced accordingly (FIG. 5a), or an energetically advantageous one The cooling capacity is shifted to higher temperature levels (corresponds to a load shift with QIII ^> QII "> QI, dash-dotted line in the heat-temperature diagram). The corresponding coordination of the Cooling stages take place via the process computer 8 in the case of flooded refrigerant evaporators via the setting the refrigerant levels so the corresponding evaporation capacity.

Eine in der Ansaugleitung der untersten Verdichterstufe angeordnete Saugdrossel 16 (Figur 5a) verhindert, daß bei einer Absenkung des Verdichterenddrucks durch Einstellen der Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und Kühlmedium im Verflüssiger 9 und demzufolge bei der Absenkung der Ansaugdrücke ein Unterdruck in der untersten Verdichterstufe 7 gegeben ist. Dieser Unterdruck ist in Figur 5c durch die punktierten Linien im unteren Bereich der Lastverschiebung unterhalb des Grenzdruckes von 1 bar abs. angedeutetA suction throttle 16 (FIG. 5a) arranged in the suction line of the lowermost compressor stage prevents that when the compressor pressure drops by adjusting the temperature difference between the refrigerant and cooling medium in the condenser 9 and consequently a negative pressure in the lowest when the suction pressures are reduced Compressor stage 7 is given. This negative pressure is shown in FIG. 5c by the dotted lines in the lower part Range of load shift below the limit pressure of 1 bar abs. indicated

Claims

(H 1488) H 84/111 Sln / bd 29.10.84 patent claims

1. Procedure for operating a Turboverdxchte'rs that with a given characteristic with regard to flow rate and pressure ratio and with type-related, the Characteristic limiting surge line is driven at a largely constant speed, thereby

2Q marked that with a decrease in the delivery rate below a value that is close to the surge limit line, the pressure level is lowered.

2. The method according to claim 1, characterized in that ₂ - the lowering of the pressure level is carried out depending on the desired flow rate.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that the lowering of the pressure level is carried out when the flow rate to 102 to

115%, preferably 105 to 110% of the minimum delivery rate, defined by the Puiiip limit line, decreases.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the course of the surge line and the operating characteristics of the turbo compressor one Process computer are entered so that the current flow rate and the current operating pressures are measured, the measured values are forwarded to the process computer and in the process computer with the specified values for the Operating characteristics and the surge limit line are compared and that with measured values that are close to Pump limit line lie, the computer emits control signals to a regulator influencing the pressure level will.

5. Application of the method according to one of claims 1 to 4 in a cold steam and / or cold gas circuit compressor _r characterized in that the temperature difference required for the cooling performance between the cooling medium and the compression medium is set to lower the pressure level.

6. Application of the method according to one of claims 1 to 4 in the case of a cold steam and / or cold gas circulation compressor, characterized in that the compressor operated as a vapor compressor of a heat pump system, the condensation heat in the circulation system exchanged and to lower the pressure level the pressure in a circuit arranged thermal separator is set by means of heating and / or cooling.

7. Application of the method according to one of claims 1 to 4 in a cold steam and / or cold gas circuit compressor, characterized in that the compressor is operated simultaneously as a vapor compressor of a heat pump and / or refrigeration cycle system and as a product gas compressor, exchanging the heat of condensation in the circulation system and reducing it of the pressure level, a product end compressor is connected downstream of the compressor.
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8. Application of the method according to one of claims 1 to 4 with multi-stage cold steam compressors Intermediate feed, characterized in that to lower the total pressure level, the final pressure of the Cold vapor compressor by setting the temperature difference between the refrigerant and the cooling medium in the condenser and the load on the lower compressor stages by throttling the associated Evaporator stages is reduced disproportionately.

9. Application of the method according to one of claims 1 to 4 with multi-stage cold steam compressors Intermediate feed, characterized in that the final pressure is used to lower the total pressure level of the cold vapor compressor by setting the temperature difference between the refrigerant and the cooling medium decreased in the condenser and the load on all compressor stages by lowering the process pressure and / or temperature levels is reduced proportionally evenly.