Что такое соркаторный сепаратор: защита компрессора, размер и конструкция

Что такое сепаратор-скруббер на всасывании: защита компрессора, расчет размеров и проектирование

Ответ на основной вопрос: Что такое сепаратор-скруббер на всасывании? Сепаратор-скруббер на всасывании — это отсекающий сосуд, установленный непосредственно перед компрессором, единственная цель которого — обеспечить отсутствие попадания жидкости в машину. Он намеренно мал и быстродействующий, а не большой и эффективный: вертикальный сосуд с запасом жидкости всего на 1-3 минуты и консервативным коэффициентом K по Саудерсу-Брауну 0,08-0,15 м/с, поскольку философия проектирования заключается в быстром отключении, а не в накоплении жидкости. Он оснащен двумя независимыми датчиками уровня: сигнализатором высокого уровня, который отключает компрессор или закрывает быстродействующий запорный клапан на входе в течение 10-30 секунд после прибытия струи, и каплеотбойником, обычно сетчатым фильтром, удаляющим капли размером более 5-10 микрометров. Причина проста: жидкость разрушает компрессоры, а скруббер, стоимость которого составляет малую долю стоимости машины, является самой дешевой страховкой на установке.

1. Почему компрессорам нужны скрубберы и что с ними делает жидкость

Два типа компрессоров выходят из строя по-разному, и оба предотвращаются одним и тем же сосудом:

• Центробежные компрессоры: Центробежный компрессор работает на скоростях на концах лопаток 200-400 м/с с зазорами ротора, измеряемыми в десятых долях миллиметра. Капли жидкости ударяют по рабочему колесу с такой скоростью и вызывают эрозию лопаток и лабиринтных уплотнений, а удар струи создает массивный дисбаланс ротора, который может разрушить подшипники и уплотнения за секунды. Жидкость также смывает смазочное масло из подшипников, если оно туда попадает, и вызывает термический шок, поскольку жидкость испаряется и неравномерно охлаждает горячий металл. Машина также чувствительна более тонким образом: пленка жидкости на рабочем колесе изменяет аэродинамические характеристики, поэтому компрессор может выйти на режим помпажа или потерять напор до того, как станет виден какой-либо ущерб. Именно поэтому всасывающий скруббер устанавливается как можно ближе к входу компрессора, с короткой, постоянно наклоненной линией и без карманов, где может скапливаться жидкость.
• Поршневые компрессоры: Поршневая машина еще менее терпима, поскольку жидкость практически несжимаема. Попадание жидкости в цилиндр в конце такта сжатия вызывает гидравлический замок: поршень не может завершить свой ход против несжимаемой жидкости, поэтому шатун изгибается, выходит из строя шток поршня или ползун, растягиваются или ломаются болты головки цилиндра, и разрушаются пластины клапанов. Вовлеченная энергия велика, и однократное событие с струей может потребовать полного капитального ремонта. Поршневые машины также создают пульсации, поэтому скруббер в этой службе часто выполняет функцию гасителя пульсаций, а API 618 требует акустического исследования всей системы трубопроводов. Поэтому скруббер для поршневой машины рассчитывается с особой тщательностью, располагается близко к цилиндру и оснащается очень быстродействующим сигнализатором высокого уровня.
• Откуда берется жидкость: Жидкость на всасывании компрессора редко бывает постоянным потоком; она поступает по известным причинам. Конденсация, поскольку газ, охлажденный снижением давления или потерей тепла в окружающую среду, падает ниже своей углеводородной или водной точки росы. Перенос из вышестоящего сепаратора, который недоразмерен, имеет неисправный регулятор уровня или работает выше своей расчетной скорости. Жидкости из нижестоящего источника во время остановки или обратного потока, поэтому многие установки также имеют напорный скруббер и обратный клапан. Струи из трубопровода, особенно после очистки поршнем. И, в случае газлифта или рециркуляции, унесенная жидкость, которая изначально не была отделена. Диагностика того, какая из этих причин применима, имеет значение, поскольку средство устранения различается: конденсация требует нагрева или контроля точки росы, перенос требует исправления выше по потоку, а струи требуют хранения или отключения.
• Философия проектирования: Отключение, а не хранение: Это ключевое отличие между всасывающим скруббером и сепаратором. Сепаратору предоставляется 3-15 минут запаса жидкости, чтобы он мог продолжать работать во время сбоя. Всасывающему скрубберу предоставляется только 1-3 минуты, поскольку его цель — не пережить сбой, а отключить машину до того, как жидкость достигнет ее. Увеличение его размеров было бы контрпродуктивным: больший сосуд заполняется дольше, поэтому сигнализатор уровня срабатывает позже, и больше жидкости хранится ближе к компрессору. Правильная конструкция — это компактный сосуд с малообъемной, высоконадежной системой контроля уровня, быстрым отключением и, на самых ответственных машинах, быстродействующим запорным клапаном на входе, который изолирует компрессор, одновременно выводя его из строя контролируемым образом.

2. Расчет размеров, внутренние элементы и системы защиты

Четыре элемента определяют, действительно ли скруббер защищает машину:

• Расчет размеров по скорости: Сосуд рассчитывается по уравнению Саудерса-Брауна с консервативным коэффициентом K, обычно 0,08-0,15 м/с для вертикального скруббера с сетчатым фильтром, и иногда ниже, где последствия переноса серьезны. Это примерно половина значения, используемого для общего сепаратора, и запас является преднамеренным: он учитывает неизвестную нагрузку жидкости, возможность струй и тот факт, что условия газа на всасывании компрессора варьируются в зависимости от рабочей точки. Расчет размеров должен проверяться при полном диапазоне работы, а не только при расчетной точке, поскольку компрессор, работающий на пониженной скорости или с рециркуляцией, имеет другое давление на всасывании и, следовательно, другую фактическую скорость газа, и во многих случаях самое низкое давление на всасывании, которое дает самую высокую скорость, является определяющим случаем.
• Выбор каплеотбойника: Сетчатый фильтр толщиной 100-150 мм удаляет капли размером более 5-10 микрометров с эффективностью до 99,9% при перепаде давления всего 25-75 мм водяного столба и является стандартным выбором. Веревочный пакет обрабатывает капли размером 10-40 микрометров, выдерживает гораздо более высокую нагрузку жидкости и твердых частиц и предпочтителен там, где перенос из вышестоящего потока ожидается хроническим или где присутствует смазочное масло. Для самых ответственных машин используется коалесцирующий фильтр-сепаратор, достигающий 0,3-1 микрометра, хотя в этом случае требуются сменные элементы и мониторинг перепада давления. Во всех случаях элемент должен быть механически закреплен, поскольку сетчатый фильтр, который ослабевает, затягивается в компрессор и вызывает именно тот ущерб, от которого он был установлен для предотвращения; поэтому подушки зажимаются к решетке с помощью существенных креплений, а не просто укладываются на место.
• Измерение уровня и система отключения: Система защиты является наиболее важной частью установки. Два независимых датчика уровня с отдельными штуцерами и отдельными путями передачи сигнала подают сигнал на сигнализатор высокого уровня и на сигнализатор аварийного высокого уровня, и этот сигнал аварийного отключения жестко связан для отключения компрессора или закрытия быстродействующего запорного клапана на входе, а не проходит через систему управления установкой. Уставка аварийного отключения устанавливается достаточно низко, чтобы сосуд имел свободное пространство при срабатывании, и весь контур, от датчика до клапана, должен быть достаточно быстрым, чтобы сработать в течение 10-30 секунд после прибытия струи, что исключает медленные или сильно демпфированные датчики. Тестирование имеет важное значение: нельзя предполагать, что отключение, которое не было функционально протестировано в течение двух лет, работает, поэтому оно проверяется при каждой остановке, и время его реакции подтверждается.
• Трубопроводы, дренаж и защита от замерзания: Установка имеет такое же значение, как и сосуд. Всасывающая линия от скруббера к компрессору должна быть короткой, постоянно наклоненной обратно к скрубберу, чтобы любой конденсат стекал обратно, а не скапливался, и без карманов, поскольку низкая точка в линии собирает жидкость, а затем доставляет ее в виде струи, когда скорость возрастает. Дренаж из скруббера должен идти в закрытую систему, а не в открытый приямок, и должен быть рассчитан на максимальный расход жидкости, с автоматическим дренажным клапаном, управляемым уровнем, а не ручным клапаном, который зависит от оператора. В холодных климатических условиях сосуд, дренажная линия и подводки к приборам измерения уровня обогреваются и изолируются, поскольку замерзший датчик уровня или замерзшая дренажная линия являются классической причиной отказа скруббера именно в тот момент, когда он нужен.

Матрица проектирования сепаратора-скруббера на всасывании по типу компрессора

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: В чем разница между всасывающим скруббером и сепаратором?

О: Оба используют одинаковую основу для расчета по Саудерсу-Брауну, но отличаются по назначению и запасу жидкости. Сепаратор — это технологический сосуд, который обеспечивает разделение и продолжает работать во время сбоя, поэтому ему предоставляется 3-15 минут запаса жидкости, контроллер интерфейса при трехфазном режиме и значительные запасы. Всасывающий скруббер существует только для защиты одной машины, поэтому он намеренно мал, с запасом жидкости 1-3 минуты, более консервативным коэффициентом K 0,08-0,15 м/с и жестко связанным аварийным отключением при высоком уровне, которое останавливает машину. Увеличение скруббера фактически сделало бы установку менее безопасной, поскольку сосуд заполнялся бы дольше, а отключение срабатывало бы позже, накапливая больше жидкости ближе к компрессору. Различие стоит четко обозначить: сепаратор переживает сбой, скруббер отключается.

В: Насколько близко должен располагаться всасывающий скруббер к компрессору?

О: Настолько близко, насколько позволяет компоновка трубопроводов, и причина в том, что любой трубопровод между скруббером и компрессором является местом, где может конденсироваться или скапливаться жидкость. Длинная всасывающая линия, особенно та, которая проходит на открытом воздухе или подвергается воздействию холода, позволяет газу охлаждаться ниже точки росы, поэтому конденсат образуется после скруббера и все равно достигает машины. Линия с нижней точкой собирает этот конденсат до тех пор, пока скорость не станет достаточно высокой, чтобы вынести его в виде струи, которая доставляет его к компрессору в наихудшей возможной форме. Правильная установка — это короткая линия, постоянно наклоненная обратно к скрубберу, без карманов, изолированная и обогреваемая, если климат или точка росы требуют этого, и поддерживаемая так, чтобы она не создавала нагрузки на штуцер компрессора.

В: Почему всасывающий скруббер рассчитывается с более низким коэффициентом K, чем обычный сепаратор?

О: Потому что последствия переноса серьезны, а нагрузка жидкости неопределенна. Общепромышленный сепаратор получает поток, который уже был подготовлен и распределение размеров капель которого известно, поэтому стандартные значения K 0,10-0,35 м/с могут использоваться с уверенностью. Всасывающий скруббер находится перед самой дорогой и наименее терпимой машиной на установке, а жидкость, которую он должен улавливать, поступает из конденсации, из переноса выше по потоку и из струй в количествах, которые невозможно предсказать. Более низкий коэффициент K, обычно 0,08-0,15 м/с, является преднамеренным запасом против этой неопределенности, и он обычно сочетается с более надежным каплеотбойником, таким как веревочный пакет вместо сетчатого фильтра, который выдерживает более высокую и более переменную нагрузку жидкости без затопления.

В: Каковы признаки того, что всасывающий скруббер не защищает компрессор?

О: Шесть признаков, в примерном порядке их появления. Повышение перепада давления на скруббере, что указывает на загрязненный или затопленный каплеотбойник и предшествует видимому переносу. Повышение или нестабильность уровня, или частые сигналы высокого уровня, что указывает на скорость поступления жидкости, превышающую возможности дренажа, или на недоразмеренный или частично заблокированный дренажный клапан. Жидкость в компрессоре, обнаруженная по увеличению вибрации, по повышению температуры подшипников, по наличию жидкости в масле уплотнений или в пробе масла для смазки, или по необъяснимому изменению кривой производительности компрессора. Скопление жидкости во всасывающем трубопроводе, обнаруженное по ощущению холодных участков или по ультразвуковому измерению толщины или температуры, что является прямым предупреждением о накоплении струи. Замерзшие или не реагирующие приборы измерения уровня в холодную погоду. И, проще всего, отключение, которое не было функционально протестировано: если отключение не проверялось при остановке в течение последнего года, нельзя предполагать, что скруббер что-либо защищает.