氯气离心式压缩机性能曲线及调节方式

1、氯气离心式压缩机性能曲线及调节方式一、氯气离心式压缩机性能曲线1.压缩机性能曲线的涵义氯气离心式压缩机的性能曲线又称“特性曲线”（speciality curve）。它真实反映机组运行时工况的变化。因为即使在恒定的转速情况下，压缩机的容积流量不可能是个“定值”，这就是“透平式”压缩机与“容积式”压缩机所不同之处。压缩机的容积流量是随着氯气管网中压力（背压或称为管网端压）的不同而改变，也是随着机器效率、功率的变化而改变。为了真实反映机组运行中工况条件变动以后机组性能的变化情况，通常把机组在不同流量流通情况下，机组的排出压力（或压力升高比）、功率和压缩机效率的变化关系用曲线形式直观表现出来，这些曲线就称为机组或“级”的性能曲线。一般可以认为整台机组的性能曲线决定于每一级的性能曲线。性能曲线的横坐标通常用压缩机的进口容积流量作参数（此举是便于不同机组的等同比较）；而对应的纵坐标则为机组的排气压力（绝对压力）或者压力升高比，这类“特性曲线”称为“压力曲线”。如果纵坐标采用压缩机的轴功率的话，就称为“功率曲线”；也可以是压缩机或者各级的效率，就称为“效率曲线”。每一条曲线都相应于一个固定的转速。

2、有了这样的性能曲线，就可以根据客户的要求，选配相应的压缩机，并且可以选配电动机。在压缩机的运行过程中，可以根据机组在管网的工况条件去分析机组的工作状态，确认其在安全、高效区工作，是否达到压缩机设计工况的运行点。一般压缩机的特性曲线是由制造机组的厂家依据试验数据整理绘制。所提供的技术说明都提供这样的特性曲线，以供使用时参考。2.压缩机性能曲线的特点氯气离心式压缩机的性能曲线是多种类的，尽管有的压缩机所标的铭牌参数相同，诸如：转速、排出压力、进机流量、轴功率等都相同；但是绘制出来的性能曲线却有不同。下面把压缩机性能曲线的特点分析一下。 决定性能曲线形状的因素在看压缩机性能曲线时，就会发现曲线的形状各异，曲线的曲率半径大小也不一样，这究竟是什么道理呢？为此我们只能从压缩机的多变能头h p o l 与“进机流量”之间的关系分析起。多级压缩机是由许多“级”组成的。每一级压缩以后，气流的压力升高比并不是很高。如果不计气体重度变化的话，我们用计算压缩液体的静压头所需要的能量头方式近似计算压缩机的多变压缩能头。单位重量的气体压头升高所需的能量：h p o l =（p K p j）/ 气体的压力升高比：

3、= 1 +/ p j·h p o l由此可见，压力升高比与流量的关系是和“多变能头”与流量的关系相当的。对于“后弯式”叶轮的压缩机来说，多变压缩能头h p o l与压缩机的进气流量呈一次方关系（叶轮的几何尺寸和圆周速度都为常数），就是随着气体的流通量增大而下降的直线AB。但是它忽略了流动过程中的“流道”损失部分。实际上由于“流道”中的气流摩擦、冲击等流动损失存在，气体所得的多变压缩能头还需要从理论的压缩能头中减去这部分损失的能量。而气体的流动损失和液体的流动损失一样，都是和流量的平方成正比的，因此将理论能头AB先减去流动损失成为AB，两者之差就是流动损失值。另外，还要减去冲击损失值（当然冲击损失只有在设计工况条件时才是最小的，而当工况条件偏离设计工况时都要增加）；因此再从AB中减去冲击损失h s h部分便得到AB曲线。（两头低、中间高的驼峰状曲线）这就是h p o l与流量的关系曲线。而压力升高比形状与其差不多。所以上述原因也就决定了压力升高比与流量间的关系。通过上述分析可以得出结论，决定压缩机性能曲线的形状主要因素是叶轮对气体作功的特性和气体流动过程中损失的特性。注：流量越

4、大，排除压力越低，压缩比越低。 转速增加对性能曲线的影响上面已经知道压缩机性能曲线是由多变压缩能头h p o l（叶轮对气体作功的特性）和流动过程损失的特性h h y d决定的，因此凡是影响到气体流动过程损失的因素自然会影响到压缩机的性能曲线。而压缩机的转速影响是最为明显的。因为压缩机的转速变化直接影响到气流的圆周速度。 u 2 = D 2 n / 60而理论压缩能头h t h 与圆周速度的平方成正比，也是与转速的平方成正比。 h t h = u 2·u 22 / g当压缩机转速增加时，一方面机组的压缩比（）及出口压力（p K）将显著增加；另一方面，使气体流动的马赫数M增加（这是气流速度增大所致），就会使气体流动的损失增加，使得稳定工况范围缩小；在相同流量的变动范围内，流动损失增加得更多，为此性能曲线将变得“更陡”。从不同压缩机转速下性能曲线的示意图中可以看出，当气体流量大到某一数值之后，性能曲线甚至接近垂直形状。这是因为转速增大、气流的马赫数也已相当大；如果再稍微增加流量的话，就使马赫数达到最大值，已经是堵塞工况了，再增大流量已经不可能了。注：1压缩机转速增加，机组的压缩比

5、（）及出口压力（p K）将显著增加，气体流动的损失增加，稳定工况范围缩小。2气体流量大到某一数值之后，性能曲线甚至接近垂直形状。 “级数”对压缩机性能曲线的影响在压缩机的运行过程中，前一级的工况条件改变总要引起下一级工况条件的更大程度的改变。譬如：前一级的进口容积流量增加了5 %，对于离心泵或者鼓风机来说，该级的出口容积流量也增加相同的量。然而对于氯气离心式压缩机来说就不同了。因为随着气体流量的增加，级的出口压力要低于原来值，会引起出口气体的重度减少，使得该级出口的气体容积流量或称进入下一级的气体容积流量增加幅度远大于5 %。由此就会引起下一级工况发生更大的变化，使得冲击损失和流动损失增加更多些。对于多级的离心式压缩机来说，它的各级特性曲线相似，如果串接以后；整台机组的特性曲线显然要比单级的特性曲线显得“更陡”一些。在压缩机转速越高的情况下，每一级的压力升高比也越高；那么前一级的工况条件的变化引起下一级工况条件的变化程度越大，使得损失增加更多，这样的话，性能曲线更为陡。注：流量变化时，下一级流量增加要比前一级流量大。 最大流量和最小流量的限制一般氯气离心式压缩机的管网设置中包括机组的出

6、口阀C（去分配台）、排气阀A（去除害塔）以及机组回流阀B（去机组进口）。如果打开排气阀门A的话，使管网中的阻力大为减少；机组的排气量增加，排气压力（主机出口排出压力）降低。当排气流量增加到一定程度时，排气压力下降非常快，性能曲线几乎是垂直下降。有两种情况要关注的：由于在压缩机的“流道”某个截面处，气流速度相当高；首先达到音速。此时的气体流量已经达到临界流量（w = a），气流的马赫数M = 1，再降低管网中的气流压力已经不能使流量再增加了。从而气流的流量也已经达到了最大值Q m a x，这时再增加流量已经成为不可能，就是所谓的堵塞工况。于是排气压力下降很快，表现在性能曲线图上曲线呈直线下降趋势。另外，虽然气流速度未达到音速的话；但是由于进气流量增加，流动损失和冲击损失增加很快；使得压缩机所消耗的功全部用于克服损失，几乎没有能力提高气体的压力，因此再增加流量亦是不可能了。如果压缩机的转速越高，那么偏离设计工况使损失增加越快，因此达到最大流量的可能性越大，造成性能曲线越发陡峭。实际上压缩机的特性曲线是受到了最大流量的限制。如果“关小”或关闭排气阀A去增加管网阻力的话，压缩机的排气量就会减少

7、，排气压力相应有所增加。但是当排气量减少到一定程度时，排气压力就会出现波动；使得进压缩机的气体流量也大幅度波动，机组进入了“喘振”工况。一旦发生“喘振”，压缩机就出现最小流量（这就是“喘振”工况下的排气量）。主机受到最小流量的限制，如果主机转速提高，特性曲线就向增大流量方向移动，所以最小流量极限也向增大流量方向移动。由此可见，压缩机有最大流量和最小流量的限制，再加上转速的限制就构成了离心式压缩机的稳定工作范围。这个范围越大，说明压缩机的特性越好。二、性能曲线的影响因素氯气离心式压缩机组运行的正常与否，是依据一系列状态参数、依据变动工况下的性能曲线，去作出准确的判断，以便确定压缩机的运行工况是否处于最佳状态。当然对于输送介质是有毒的重气体氯气，更要掌握性能曲线中工作点的随机变化，以便随时进行运行参数的调整。掌握影响机组性能曲线的参数变化因素，就是要了解这些参数与运行介质有关的分子量、绝热系数、多变系数；与运行条件有关的进气压力、进气温度、主机转速等。下面着重分析进气温度、进气压力、分子量、绝热系数等参数对性能曲线的影响。在作具体分析时，首先确定转速和容积流量为定值（constant），这

8、样的话叶轮对气体作功也为定值。此外忽略效率的变化，这样叶轮产生的多变能量头也就不会改变。分析参数对性能c曲线的影响，就是要分析这些参数对重量流量、压力升高比、排气压力和功率的影响。1.离心式压缩机进气温度的影响 在容积流量不变的情况下，压缩机进气温度的变化将影响主机的重量流量。一般说来，在主机进气压力不变时，要是进气温度“降低”的话，那么气体的“重度”就会增加；在相同的容积流量流通情况下，气流的重量流量就要增加。同样道理，如果进气温度“升高”的话，就会使气流的重量流量减少。由此可见，进气温度的变化会使气体的“重度”也发生变化，使得输送气量发生相应的变化。气流的重量流量与温度成反比，用数学式表示为： G/ G = T J / T J or G T J = GT J式中的G、G分别为变化前后的气体重量流量；T J、T J分别为变化前后的进气温度。在实际运行中，进气温度升高，会使机组的回流量减少，机组的输送气量有所降低。尤其在夏季，进气温度较高的话，在同样的电解直流载荷情况下，机组运行中的回流量远少于冬季。如果机组的运转盈余量少的话，一旦进气温度升高，也会出现透平压缩机组“抽拉不动”电解槽产

9、出的氯气；被迫降低电解槽直流电载荷的情况发生。但是在冬季，这种情况就极少发生。由此可见，严格地控制进气温度是十分重要的。需要强化中间冷却，以确保各级的进气温度正常。有的氯碱企业采取中间冷却器使用冷冻水进行冷却，那么机组的生产能力将会得到进一步的强化。注：进气温度高，压缩机流量小；映天辉重点关注泡罩塔出口氯气温度。2025 进气温度影响主机的排出压力。一般说来，要是机组的进气温度“降低”的话，压缩机对气体作功所需要的多变能头就将减少；这一点可以从多变能头的计算式中看出来。 h p o l = m /（m 1）?RT J（m 1）/ m 1）上面计算式中，“多变压缩能头”与“进气温度”成正比关系。在压缩机叶轮转速和容积流量不变的情况下，对气体所作的“功”是相同的；这样的话，压缩气体的压力比就会增加。在进气压力相同的情况下，排气压力也会增加。同样道理，要是进气温度升高的话，会使排气压力降低。实际运行中，由于氯气的进气温度较高，造成排出压力降低；但是电解槽氯气的“抽拉”却是相当的困难，夏季出现这种情况是屡见不鲜的。注：进气温度高，压缩机排气压力减低。 进气温度影响主机轴功率。一般说来，进气温度升高会使主机输送气量（重量流量）降低，而压缩机的轴功率为： N p o l = G·h p o l / 102·p o l 由计算式可知，在转速不变的情况下，压缩机轴功率是与重量流量成正比，因此进气温度升高可以使主机的轴功率下降，同时使叶轮对气体所作的“功”也将减少。同样主机的轴功率是与“进气温度”成反比，用数学表达式： N p o l·T J = N p o l·T J式中的N p o l、N p o l分别为变化前后的压缩机轴功率；T J、T J分别为变化前后的进气温度。当然随着进气温度的上升，机组的排出压力也随着下降。2.离心式压缩机进气压力的影响压缩机的进气压力是影响机组性能曲线的重要参数。在进气温度不变的情况下，将会影响到进气的重

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