Hiện tượng surge ở máy nén và các yếu tố ảnh hưởng.

Biên dịch: Thanh Sơn, bản quyền thuộc về www.baoduongcokhi.com

 Hiện tượng Surge ở máy nén turbo

Các máy nén turbo hay máy nén tốc độ cao, nó là trái tim của nhiều quá trình công nghệ, có 3 loại máy nén, máy nén ly tâm, máy nén hướng trục hay máy nén dòng hỗn hợp. Thông thường, các máy nén là quan trọng đối với hoạt động của các nhà máy, nhưng vẫn hiếm khi chúng được lắp đặt thêm một máy dự phòng. Vấn đề xung động "Surging" là một mối đe dọa lớn cho các máy nén và quá trình công nghệ. Ngăn ngừa Surge là một điều quan trọng trong quá trình kiểm soát công nghệ khi mà surging có thể cho tăng chi phí do ngừng máy và gây phá hủy về cơ khí cho các máy nén. Một hệ thống kiểm soát anti-Surge hiệu quả là rất quan trọng cho mỗi turbocompressor.

Surging là gì

Nhiều người cho rằng, surging là tương tự hiện tượng xâm thực ở máy bơm ly tâm, nhưng thực ra không phải là vậy. Surging được định nghĩa như là sự tự dao động của áp suất và lưu lượng cửa xả, bao gồm một sự đảo ngược dòng. Mỗi máy nén ly tâm hoặc hướng trục có một sự kết hợp của các đặc tính áp suất cực đại và dòng tối thiểu. Ngoài điểm này, surging sẽ xảy ra. Trong thời gian surging, một dòng đảo ngược thường kèm theo một sự mất áp của xả.

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆN TƯỢNG SURGE MÁY NÉN

Surge có thể là một thách thức lớn đối với hệ thống máy nén tốc độ cao. Vận hành trong vùng surge sẽ dẫn đến sự không ổn định, khiến máy nén phải chịu lực và ứng suất phá hủy, độ rung cao, thậm chí có thể hư hỏng nghiêm trọng.

Xem trên Youtube:

Ở nhiều máy nén khí turbo, hiện tượng surge đã được báo cáo trong quá trình tắt/ngừng máy ngoài ý muốn (Trip). Điều này đặc biệt có thể xảy ra nếu máy hoạt động ở áp suất cao và lưu lượng thấp, ngay trước khi bị Trip, khi điểm vận hành (operation point) có thể di chuyển về phía đường Surge và thậm chí vượt qua nó trong quá trình ngừng máy (khi máy nén giảm lưu lượng). Khi một máy nén turbo gặp cảnh báo alarm nghiêm trọng, việc tắt máy khẩn cấp thường được bắt đầu. Nhưng việc tắt máy ngay lập tức có thể dẫn đến Surge. Trong trường hợp này, Surge xảy ra ngay sau khi tắt máy (Trip) và ở mức năng lượng cao. Đây có thể là một quá trình Surge ở áp suất cao (điểm vận hành có thể vượt qua đường Surge ở áp suất cao).

Nghe đầy đủ bài viết:

Nghe thêm bài khác bằng cách Đăng ký kênh Podcast của Bảo Dưỡng Cơ Khí

Nghe trên Podcast bảo dưỡng cơ khí trên các Apps sau trên App Store/Google Play:

      

Trong nhiều trường hợp, có lợi thế là không phải ngắt máy truyền động ra khỏi máy nén turbo (quá trình Trip) ngay lập tức bằng cách trì hoãn vài giây để van chống surge có thể được mở và áp suất đầu xả có thể được giảm đủ. Ngay sau khi Trip, van chống surge sẽ được mở ra và việc tắt máy nén được thực hiện với độ trễ một hoặc hai giây.

Nhiều alarm cảnh báo và sự cố không yêu cầu tắt máy ngay lập tức. Ví dụ, nhiệt độ ổ trục cao và độ rung cao (trừ khi cao hơn 10 lần mức cho phép). Một trường hợp ngoại lệ là mất dầu bôi trơn có thể tệ hại hơn là bị surge lúc đang chạy đầy tải. Một nghiên cứu an toàn giúp xác định xem liệu sự chậm trễ như vậy có được phép hay không.

TỐC ĐỘ GIẢM VẬN TỐC MÁY NÉN

Một thông số quan trọng khác là tốc độ giảm vận tốc quay (thời gian giảm tốc) trong quá trình Trip / tắt máy. Đối với nhiều máy nén turbo, việc giảm tốc độ nhanh chóng có thể gây ra hiện tượng Surge sớm hơn và ở tình trạng áp suất đầu xả cao hơn. Điều này dẫn đến một hiện tượng Surge năng lượng cao.

Cần hết sức lưu ý đối với máy nén dẫn động bằng tuabin khí. Ngay sau khi nguồn cung cấp nhiên liệu cho tuabin khí bị ngắt, máy nén sẽ bị ngắt quá trình truyền công suất và tốc độ giảm nhanh chóng. Một số hệ thống lắp đặt, duy trì dòng nhiên liệu tới tuabin khí tối đa hai giây, trong khi van chống surge của máy nén sẽ mở (hay còn gọi là van tuần hoàn recycle valve). Sự chậm trễ này có thể tạo ra một mối nguy về an toàn.

Khả năng tạo áp suất của máy nén turbo thường bị giảm đi bằng bình phương tốc độ chạy của nó, trong khi tỷ lệ áp suất được áp đặt bởi hệ thống đường ống và thiết bị ở dòng phía trước upstream và dòng phía sau downstream. Do đó, thiết bị sẽ surge nếu van chống surge không thể giảm áp nhanh tại hệ thống đầu xả. Tốc độ giảm tốc do quán tính của cụm máy nén và tiêu hao năng lượng là yếu tố quyết định. Tốc độ giảm áp khi xả không chỉ phụ thuộc vào thời gian tác động của van chống surge mà còn phụ thuộc vào thể tích khí đi trong đường ống và các hệ thống khác giữa máy nén và van chống surge.

Tốc độ giảm nhanh trong tuabin khí dẫn xuất khí (aeroderivative gas turbine, là tuabin khí mà nguyên liệu không khí air trộn lẫn với khí đốt gas, có khả năng tắt máy và xử lý các thay đổi tải nhanh hơn so với các máy công nghiệp). Việc tắt khẩn cấp máy nén khí dẫn động bằng tuabin khí hai trục hoặc dẫn xuất khí có thể là một vấn đề do quán tính của cụm máy thấp và tốc độ của cụm máy nén giảm nhanh trong một quá trình tắt máy Trip. Có thể giảm khoảng 20 đến 30% tốc độ đối với máy dẫn động bằng tuabin khí dẫn xuất trong giây đầu tiên sau khi tắt máy. Điều này dẫn đến giảm khoảng 50% khả năng tạo áp suất xả cao. Một van chống surge cho một máy nén như vậy sẽ có thể giảm áp suất qua máy nén turbo khoảng một nửa trong cùng thời gian. Tình huống xấu nhất xảy ra đối với hệ thống chống surge là tuabin khí ngừng hoạt động khẩn cấp trong khi máy nén đang hoạt động ở áp suất cao và sắp xảy ra surge.

Các tình huống tương tự có thể áp dụng cho Trip của động cơ điện. Tuy nhiên, quán tính của một cụm máy chạy bằng động cơ điện thông thường cao hơn nhiều. Cụm rôto điển hình cho dẫn động bằng  động cơ điện tương đối nặng và lớn, và thường phải có hộp số. Một máy nén khí turbo dẫn động bằng động cơ điện điển hình có quán tính cao hơn ba đến bảy lần so với tuabin khí hai trục hoặc tuabin dẫn xuất khí.

Khí áp suất cao bị mắc kẹt trong hệ thống cửa xả đóng một vai trò quan trọng trong hiện tượng surge. Khối lượng lớn khí có áp cần thời gian để giảm áp suất. Thể tích khí có áp suất, năng lượng cao được tiêu tán có thể được giảm bớt bằng (các) van một chiều xả nằm ở dòng công nghệ phía trước upstream của các ống phân phối header lớn hoặc các bình chứa một lượng đáng kể khí áp suất cao. Van một chiều đóng nhanh thường được sử dụng.

Các tình huống khó khăn đã được báo cáo khi van chống surge được đưa ra dòng phía sau downstream của (các) bộ làm mát sau. Thông thường trong những trường hợp này, lượng khí đầu xả trong bộ làm mát và đường ống quá lớn và van chống surge (van Recycle) không thể ngăn được hiện tượng surge. Thường cần thêm một van bypass khí nóng. Đây là một vòng lặp recycle ngắn mà không có bất kỳ bộ làm mát nào chỉ hoạt động trong một thời gian rất ngắn trong quá trình tắt máy/Trip hoặc trường hợp khẩn cấp.

Các van xả Vent trên đường ống đầu xả có thể làm giảm một cách có hiệu quả áp suất đầu xả và năng lượng tích trữ góp phần làm giảm mức độ nghiêm trọng của sự cố. Điều này đặc biệt hữu ích trong việc lắp đặt máy nén nhiều cấp nén, chẳng hạn như việc tuần hoàn cấp thứ hai, dẫn đến khí áp suất cao được thêm vào năng lượng xả cấp thứ nhất. Việc xả vent có thể cho phép loại bỏ một lượng khí từ cấp nén thứ 2. Việc xả vent như vậy chỉ nên được sử dụng như là biện pháp cuối cùng. Hầu hết các van vent đều nhỏ và có thể mở nhanh chóng.

Nguồn: https://www.maintenance4.com/2022/01/factors-impacting-compressor-surge.html

Related Posts by Categories