2. Центробежные компрессоры и нагнетатели. Области применения в технологиях нефтедобычи. Конструкции. Показатели работы. Рабочая характеристика. Регулирование режимов работы.
Компрессор - устройство для сжатия и подачи газа под давлением.
Центробежный компрессор: 1 – вал; 2, 6, 8, 9, 10 и 11 – рабочие колёса; 3 и 7 – кольцевые диффузоры; 4 – обратный направляющий канал; 5 – направляющий аппарат; 12 и 13 – каналы для подвода газа из холодильников; 14 – канал для всасывания газа.
Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал 1 с симметрично расположенными рабочими колёсами. Компрессор разделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы 12 и 13. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень компрессора и т.д.
Регулирование работы центробежных компрессора осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и др.
Для сбора газа используются компрессоры с давлением на выходе 0,4...0,5 МПа и на входе 0,06...0,08 МПа. Подача таких компрессоров обычно не превышает 0,42 м3/с.
Для транспортирования газа по территории нефтепромысла требуются компрессоры с давлением на выходе до 0,4...0,8 МПа при подачах до 0,5 м3/с.
Характеристиками компрессоров являются графики зависимости конечного давления рк (или степени сжатия), мощности на валу и КПД от подачи компрессора. На одном графике могут быть даны характеристики для одной или нескольких частот вращения. Подачу компрессора обычно выражают в единицах объема.
Характеристики получают обычно испытанием моделей и натурных конструкций при постоянной частоте вращения вала привода (п=const). Пересчет характеристик на другую часто ту вращения или при переходе на другой газ осуществляют по формулам.
Помпажом принято называть нестабильную работу компрессорной техники, вследствие чего возникают резкие скачки в давлении и колебания в объемах подачи рабочей среды — газовой или воздушной смеси. Помпаж компрессора относится к крайне негативным факторам, способным повлечь нарушения в технологических циклах, а также вызвать разрушение трубопроводных магистралей и самих компрессоров.
Предпосылками для возникновения помпажа является высокая разница давлений на всасывающем и нагнетательном трубопроводах. При запуске компрессора давление в области нагнетания лавинообразно нарастает, в то время как во всасывающей камере — резко падает. В определенный момент может возникнуть ситуация, при которой сила сопротивления рабочей смеси будет превышать усилие, развиваемое компрессором, в результате чего газо- или воздуходувки будут буквально «работать на износ», не справляясь с разницей давлений.
Помпаж компрессора — явление циклическое: спад сменяется нарастанием. Преодолев так называемую «точку помпажа», компрессор вновь наращивает давление. Цикл повторяется до тех пор, пока силы нагнетания не превысят сопротивление. Как только это произойдет, помпаж прекратится.
При помпаже компрессоры начинают сильно вибрировать и нагреваться, возникают посторонние шумы, вызванные нештатной работой механизмов. В этот момент электродвигатель и узлы привода испытывают повышенную нагрузку, что, опять же, приводит к резкому повышению температуры. Всё это увеличивает износ оборудования, а нередко — и становится причиной выхода из строя компрессорной техники, запорной арматуры и трубопроводов.