Центробежные компрессоры обладают высокими технико-экономическими показателями и имеют существенные преимущества перед поршневыми машинами, особенно при больших объемах сжимаемого газа и умеренном перепаде давления (от 0,8 до 1,5 МПа). При указанных параметрах сжатие газа осуществляется в однокорпусных агрегатах, без промежуточного охлаждения сжимаемого газа, что существенно упрощает исполнение компрессорной установки снижает габариты, расход металла, упрощает обслуживание н эксплуатацию.
Впервые центробежные компрессоры нашли применение в установках ЛГ-35-11/300-95 и ЛГ-35-8-/300Б, спроектированных совместно Ленгипрогазом и проектным бюро SKL в г. Магдебурге (ГДР). Затем центробежные машины были использованы в укрупненных установках ЛЧ-35-11/600, поставляемых комплектно из ЧССР.
В установках с очень большой производительностью Л-35-11/1000 и секциях рпформинга установок ЛК-6у впервые были применены отечественные центробежные машины, разработанные СКБК г.Казань по техническим заданиям Ленгипрогаза.
Применение указанных центробежных, машин позволило:
1) уменьшить общую металлоемкость установок;
2) устанавливать один циркуляционный компрессор без резерва;
3) снизить загрязнения циркуляционного газа (за счет отсутствия смазки);
4) добиться широкого регулирования производительности при различных составах сырья за счет применения паротурбинного привода;
5) значительно сократить капитальные затраты.
Стедует отметить, что важным фактором, обеспечивающим экономичную работу компрессора, является создание стабильных условий, близких к расчетным по производительности, химическому составу газа и его плотности, давлению и температуре. При значительных отклонениях этих условий может наблюдаться неустойчивая работа агрегата и перерасход энергии.
Режим работы компрессора характеризуется как производительностью компрессора и конечным давлением, так и частотой вращения, потребляемой мощностью и к. п. д.
В отличие от поршневых машин, которые имеют постоянную производительность независимо от давления нагнетания, производительность центробежного компрессора определяется давлением газа на стороне нагнетания,. С повышением давления в системе, а следовательно, п на стороне нагнетания производительность падает, а при снижении давления увеличивается.
На рис. 1 представлена характеристика центробежного компрессора при постоянной частоте вращения; там же приведена характеристика системы (кривая l), в которой работает компрессор. При работе в данной системе параметрами компрессора являются производительность, мощность и к. и. д.
Как следует из рис. 1, параметры могут достигать критических значений Qм и рm (точка М). В случае работы компрессора при производительности, меньшей критической, возникает явление «помпажа», которое характеризуется чередованием прекращения и возобновления подачи газа и, как правило, сопровождается вибрацией и сотрясением трубопроводов.
Явление «помпажа» объясняется следующим образом. При уменьшении производительности компрессора до Qм давление растет и при Qм становится максимальным; при дальнейшем уменьшении производительности давление резко падает. В этом случае прекращается подача газа и возможен даже обратный переток с линии нагнетания на линию всасывания. Так как расход сжатого газа не изменяется, давление на линии нагнетания быстро падает и компрессор возобновляет подачу. В системе начинается пульсация подачи и давления, перепад которых зависит от емкости системы, а амплитуда — от характеристики машины.
При эксплуатации центробежных компрессоров рекомендуется работать в области, удаленной от точки помпажа.
Нормальная эксплуатация компрессора зависит также от плотности перекачиваемых газов. В установках каталитического риформинга плотность циркуляционного водородсодержащего газа может меняться в зависимости от качества перерабатываемого сырья и режимных показателей процесса. Характеристика компрессора в зависимости от плотности газа при неизменном давлении па стороне всасывания изменяется. При определенной заданной производительности компрессора, давлении всасывания и частоте вращения вала двигателя при различных плотностях газа давление, развиваемое компрессором, различно; соответственно изменяется и перепад давления на компрессоре. При увеличении плотности газа этот перепад увеличивается, а при уменьшении ее снижается. Таким образом, при отклонении плотности перекачиваемого газа от номинального расчетного значения может возникнуть две ситуации. Если перепад давления, развиваемый компрессором, больше гидравлического сопротивления системы, то компрессор находится в области устойчивой работы.
Необходимое давление на стороне нагнетания компрессора получается путем изменения давления на стороне всасывания (обычно это делается задвижками). При значительном отклонении плотности газа от расчетного в сторону увеличения компрессор работает в неоптимальном режиме, так как часть мощности теряется на преодоление дополнительных сопротивлений во всасывающем трубопроводе. В том случае, когда перепад давления, развиваемый компрессором, меньше гидравлического сопротивления системы (это наблюдается при перекачивании газа с плотностью, гораздо меньшей расчетной), давление на стороне нагнетания уже недостаточно для нормального ведения процесса. Получить необходимое в этом случае давление нагнетания можно только изменением производительности компрессора или изменением частоты вращения.
Так как процесс каталитического риформирования рекомендуется проводить при заданном соотношении водородсодержащий газ/сырье и тем самым определяется заданная производительность компрессора, то исправить положение можно только с помощью увеличения частоты вращения вала двигателя.
Следовательно, экономичная оптимальная работа компрессора зависит от того, насколько близко гидравлическое сопротивление системы приближается к перепаду давления, развиваемому компрессором, а фактическая плотность перекачиваемых газов — к расчетным значениям. Поэтому при выборе и эксплуатации компрессора необходимо строго учитывать характеристику компрессора и поддерживать состав газа в интервалах, на которые был рассчитан компрессор.
Регулирование работы центробежных компрессоров, т. е. изменение основных параметров (давления нагнетания и производительности), осуществляется с целью обеспечения их значений на определенном уровне. Процесс регулирования сводится к поддержанию в системе заданного давления или к сохранению неизменного расхода.
Различают несколько способов регулирования центробежных машин: регулирование дросселированием на линии нагнетания или всасывания, регулирование воздействием на поток газа (закручивание потока на линии всасывания или изменение положения лопаток в диффузоре), регулирование изменением частоты вращения. В практике эксплуатации центробежных компрессоров на установках каталитического риформинга и гидроочистки олее широкое применение нашел способ регулирования давления путем дросселирования давления на линии всасывания. При этом, если компрессор работает от двигателя с постоянной частотой вращения, то изменение характеристики компрессора может быть достигнуто изменением давления во всасывающем трубопроводе путем ввода дополнительного сопротивления. В этом случае температура и степень сжатия компрессора не меняются, а конечное давление понижается. Таким образом, за счет регулирования давления на всасывании (обычно это делается задвижками) можно несколько расширить область устойчивой работы.