【ＢＯＧ工艺参数波动对往复压缩机脉动模拟影响分析】

程　强，刘洪佳，曾兆强，季龙庆

（中海油石化工程有限公司，山东济南　２５００００）

［摘　要］：ＬＮＧ接收站中ＢＯＧ工艺参数不可避免的会产生波动，甚至达到较大的温差，这对往复式压缩 机的压力脉动分析产生较大的影响。主要研究了温度、压力对声速的影响，在ＢＯＧ工艺参数变化范围内，温度对声速影响较大，压力变化对声速影响变化并不敏感。并采用压缩机恒定转速，一定的温度梯度和压缩机的不同转速两种方法分别考虑了工艺参数波动对压力脉动模拟的影响，并比较了两者的优缺点。

［关键词］：压力脉动；不同转速；不同温度

中图分类号：ＴＨ４５７　　文献标志码：Ａ

文章编号：１００６－２９７１（２０２３）０３－００３６－０４

１　引言

　　ＬＮＧ接收站内由于装卸、运输过程中不可以避 免的与外界进行热交换会产生大量的ＢＯＧ，往复式压缩机是ＬＮＧ接收站ＢＯＧ回收利用的关键设备。随着季节、负荷的不同，ＢＯＧ温度、压力会产生较大的变化，不同地域ＬＮＧ接收站其压缩机入口温度也不同［１］。温度压力的变化对压缩机压力脉动分析会有较大的影响，介质的工艺参数波动范围大，其相应的特性范围变化大，声速也会在较大的范围内变化，从而导致管道系统的气柱固有频率也会发生相应的变化，这也对往复式压缩机压力脉动的分析控制造成了很大的困难。本文主要利用脉动分析软件ＢｅｎｔｌｅｙＰＵＬＳ研究了温度压力对声速的影响，然后采用压缩机恒定转速，一定的温度梯度和压缩机的不同转速两种方法分别考虑了工艺参数波动对压力脉动模拟的影响，并比较了两者的优缺点。

２　ＢＯＧ工艺参数波动对声速影响分析

激发频率ｆ是由压缩机转速决定的。对确定的 管系来说，其共振管长主要受声速影响。

例如某项目中ＢＯＧ按体积组分主要有Ｎ２ （２.９７％）、ＣＨ４ （９７.０１％）、Ｃ２Ｈ６ （０.０２％），给出的工况如表１所示，其中工况２为标准工况，工况１和工况３为极限工况。

压缩机厂商进行压缩机设计计算的时候，也是 不仅要考虑标准工况，还要复核极限工况，在压力脉动分析中也同样需要考虑。文中主要采用ＢｅｎｔｌｅｙＰＵＬＳ中软件计算的声速，分别对ＢＯＧ压力、温度变化范围内进行声速的敏感性分析。

其中温度变化以标准工况下的压力０.１１１ＭＰａ 保持不变，按照极限温度从－１５０℃到－１００℃计算声速，如图１所示；压力变化是保持标准工况下下－１２４℃温度不变，压力从０.１０６ＭＰａ到０.１２３ＭＰａ进行变化计算声速，如图２所示。

从图１可以看出，随着温度的升高，声速也相 应提高，在－１５０℃到－１００℃温度变化范围内，声速从２８３.３ｍ／ｓ增加到３３９.８ｍ／ｓ，变化较大，基本成线性关系。以工况２为基准，在ＢＯＧ温度变化范围内，声速的变化率为－９.８５％到８.１２％。

从图２可以看出，随着压力的升高，声速也随之降 低，但在压力的变化范围内，声速仅在３１３.９ｍ／ｓ到３１４.４狭小范围内变化，以工况２为基准，在ＢＯＧ压力变化范围内，声速的变化率仅为０.０５４％到－０.１１％。由图１与２对比可以看出，声速在压力变化的范围内基本没有变化，对确定的管系脉动分析来说主要受温度变化影响较大。

３　ＢＯＧ工艺参数波动对压力脉动模拟分析

　　考虑ＢＯＧ工艺参数波动对压力脉动模拟影响， 主要有两种方法。一种是压力波动不大，温度变化较大的，可以将温度按照一定的梯度，在压缩机恒定转速下分别进行脉动分析。主要是根据本文第２章节得到在ＢＯＧ压力变化范围内，实际压力对脉动模拟的影响很小，工程设计中可以通过加余量的方式考虑这小的变化。另外一种在标准工况下，考虑压缩机不同的转速范围进行脉动分析，这也是ＡＰＩ６８８提到的方法，来保证分析的保守性［３，４］。

３.１　恒定转速不同温度下脉动模拟分析

本部分主要以标准工况－１２４℃为基准，以２℃ 为梯度，压力保持０.１１１ＭＰａ不变，分析－１００℃到－１５０℃温度变化对脉动模拟的影响。为更好的研究温度对脉动模拟特性规律，本文选取较简单的单作用压缩机进行分析，压缩机保持恒定转速３７２ｒ／ｍｉｎ，边界条件以及节点如图３所示。

在标准工况下，由于是单作用压缩机，压缩机 入口可以看做是闭端，管道末端为开端，其主要激发频率为１阶、３阶、５阶，其特性规律如图４～６所示：

根据图４～６可以看出，１阶激发的是１／４波 长，３阶激发３／４波长，５阶激发的是５／４波长，随着激发频率阶数的增大，超ＡＰＩ６１８脉动准则的比率迅速减小，从超过准则比率约２.５降低到０.１２，因此需要重点关注１阶激发频率压力脉动。根据边界条件，压缩机管口位置１可以看成闭端，是脉动最大的位置，在不同温度下最大压力脉动如图７所示。

由图７可以看出，其最大点出现在－１３４℃下， 说明在此温度下，管系的气柱固有频率与压缩机的激发频率基本处于共振状态，压力脉动达到最大值，并随着两侧温度外延迅速的减小。实际脉动分析设计中需要进一步采取措施，改变管道长度或者增加缓冲罐体积、或者增加脉动抑制装置来消减脉动。

采用恒定转速、不同温度下脉动模拟分析，可 以得到每一个温度工况下详细的压力脉动情况，根据导出的激振力进行振动分析也较好的符合现场运行的工况，但是按照２℃的温度梯度需要做２５次分析，耗时较多，如果要做的更加精准，需要划分更小的温度梯度，耗时更多。

３.２　调整压缩机转速脉动模拟分析

本文第２章节管系的气柱固有频率变化实际是 与声速变化相关的也是在－９.８５％到８.１２％范围内，调整压缩机的转速也是按照声速的变化率９.８５％，另外考虑压力变化、或管道长度准确性造成的影响，压缩机的转速范围考虑为，实际为２９８～４４６ｒ／ｍｉｎ，通过本文第３.１节得到的出现最大的

脉动的温度为－１３４℃，与调整压缩机的转速得到 的最大脉动进行比较，如图８所示，两者几乎重合，因此采用不同的压缩机转速可以很好的识别出不同温度下的最大脉动。与本文第３.１节不同的是，采用不同转速方法最大脉动点是在３８７ｒ／ｍｉｎ得到的，这虽然与实际情况不相符，但只需要计算一次就可以得到，耗时较少，对脉动分析设计来说，与不同温度下可以达到相同的效果，这也是ＡＰＩ６８８所推荐的做法。

４　结论

（１）ＢＯＧ工艺参数变化范围内，温度对声速 变化敏感性较大，压力对声速变化影响较小。

（２）采用恒定转速、不同温度脉动分析方法与 实际情况的脉动会更加接近，但这种分析方法耗时较多，根据ＡＰＩ６８８的建议可以采用改变压缩机的转速来代替工艺参数波动对压力脉动模拟分析，并需要根据工艺参数的波动范围来确定压缩机的转速范围，以确保脉动分析的保守性，此方法耗时少，建议采用此方法。

参考文献：

［１］　王卫晓．新建大型ＬＮＧ接收站ＢＯＧ压缩机选型研究［Ｊ］．石油工 程建设，２０２２，４８（３）： ３６－４１

［２］　党锡淇，陈守五．活塞式压缩机气流脉动与管道振动［Ｍ］．西安： 西安交通大学出版社，１９８４．

［３］　程强，刘洪佳，等．往复压缩机气量调节方式对压力脉动模拟影 响［Ｊ］．压缩机技术，２０２２，（５）： ４８－５１．

［４］　ＡＰＩＲＰ６８８， Ｐｕｌｓａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔＭａｃｈｉｎｅｒｙＳｙｓｔｅｍｓｆｏｒＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ，ａｎｄ  ＮａｔｕｒａｌＧａｓＩｎｄｕｓｔｒｙＳｅｒｖｉｃｅｓ［Ｓ］．ＦｉｒｓｔＥｄｉｔｉｏｎＡｍｅｒｉｃａｎＰｅｔｒｏｌｅｕｍ  ＩｎｓｔｉｔｕｔｅＷａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．，２０１２

文章来源：压缩机技术