程　強，劉洪佳，曾兆強，季龍慶

（中海油石化工程有限公司，山東濟南?。玻担埃埃埃埃?/span>

［摘　要］：ＬＮＧ接收站中ＢＯＧ工藝參數不可避免的會產生波動，甚至達到較大的溫差，這對往復式壓縮 機的壓力脈動分析產生較大的影響。主要研究了溫度、壓力對聲速的影響，在ＢＯＧ工藝參數變化范圍內，溫度對聲速影響較大，壓力變化對聲速影響變化并不敏感。并采用壓縮機恒定轉速，一定的溫度梯度和壓縮機的不同轉速兩種方法分別考慮了工藝參數波動對壓力脈動模擬的影響，并比較了兩者的優缺點。

［關鍵詞］：壓力脈動；不同轉速；不同溫度

中圖分類號：ＴＨ４５７　　文獻標志碼：Ａ

文章編號：１００６－２９７１（２０２３）０３－００３６－０４

１　引言

　　ＬＮＧ接收站內由于裝卸、運輸過程中不可以避 免的與外界進行熱交換會產生大量的ＢＯＧ，往復式壓縮機是ＬＮＧ接收站ＢＯＧ回收利用的關鍵設備。隨著季節、負荷的不同，ＢＯＧ溫度、壓力會產生較大的變化，不同地域ＬＮＧ接收站其壓縮機入口溫度也不同［１］。溫度壓力的變化對壓縮機壓力脈動分析會有較大的影響，介質的工藝參數波動范圍大，其相應的特性范圍變化大，聲速也會在較大的范圍內變化，從而導致管道系統的氣柱固有頻率也會發生相應的變化，這也對往復式壓縮機壓力脈動的分析控制造成了很大的困難。本文主要利用脈動分析軟件ＢｅｎｔｌｅｙＰＵＬＳ研究了溫度壓力對聲速的影響，然后采用壓縮機恒定轉速，一定的溫度梯度和壓縮機的不同轉速兩種方法分別考慮了工藝參數波動對壓力脈動模擬的影響，并比較了兩者的優缺點。

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激發頻率ｆ是由壓縮機轉速決定的。對確定的 管系來說，其共振管長主要受聲速影響。

例如某項目中ＢＯＧ按體積組分主要有Ｎ２ （２.９７％）、ＣＨ４ （９７.０１％）、Ｃ２Ｈ６ （０.０２％），給出的工況如表１所示，其中工況２為標準工況，工況１和工況３為極限工況。

壓縮機廠商進行壓縮機設計計算的時候，也是 不僅要考慮標準工況，還要復核極限工況，在壓力脈動分析中也同樣需要考慮。文中主要采用ＢｅｎｔｌｅｙＰＵＬＳ中軟件計算的聲速，分別對ＢＯＧ壓力、溫度變化范圍內進行聲速的敏感性分析。

其中溫度變化以標準工況下的壓力０.１１１ＭＰａ 保持不變，按照極限溫度從－１５０℃到－１００℃計算聲速，如圖１所示；壓力變化是保持標準工況下下－１２４℃溫度不變，壓力從０.１０６ＭＰａ到０.１２３ＭＰａ進行變化計算聲速，如圖２所示。

從圖１可以看出，隨著溫度的升高，聲速也相 應提高，在－１５０℃到－１００℃溫度變化范圍內，聲速從２８３.３ｍ／ｓ增加到３３９.８ｍ／ｓ，變化較大，基本成線性關系。以工況２為基準，在ＢＯＧ溫度變化范圍內，聲速的變化率為－９.８５％到８.１２％。

從圖２可以看出，隨著壓力的升高，聲速也隨之降 低，但在壓力的變化范圍內，聲速僅在３１３.９ｍ／ｓ到３１４.４狹小范圍內變化，以工況２為基準，在ＢＯＧ壓力變化范圍內，聲速的變化率僅為０.０５４％到－０.１１％。由圖１與２對比可以看出，聲速在壓力變化的范圍內基本沒有變化，對確定的管系脈動分析來說主要受溫度變化影響較大。

３?。拢希枪に噮挡▌訉毫γ}動模擬分析

　　考慮ＢＯＧ工藝參數波動對壓力脈動模擬影響， 主要有兩種方法。一種是壓力波動不大，溫度變化較大的，可以將溫度按照一定的梯度，在壓縮機恒定轉速下分別進行脈動分析。主要是根據本文第２章節得到在ＢＯＧ壓力變化范圍內，實際壓力對脈動模擬的影響很小，工程設計中可以通過加余量的方式考慮這小的變化。另外一種在標準工況下，考慮壓縮機不同的轉速范圍進行脈動分析，這也是ＡＰＩ６８８提到的方法，來保證分析的保守性［３，４］。

３.１　恒定轉速不同溫度下脈動模擬分析

本部分主要以標準工況－１２４℃為基準，以２℃ 為梯度，壓力保持０.１１１ＭＰａ不變，分析－１００℃到－１５０℃溫度變化對脈動模擬的影響。為更好的研究溫度對脈動模擬特性規律，本文選取較簡單的單作用壓縮機進行分析，壓縮機保持恒定轉速３７２ｒ／ｍｉｎ，邊界條件以及節點如圖３所示。

在標準工況下，由于是單作用壓縮機，壓縮機 入口可以看做是閉端，管道末端為開端，其主要激發頻率為１階、３階、５階，其特性規律如圖４～６所示：

根據圖４～６可以看出，１階激發的是１／４波 長，３階激發３／４波長，５階激發的是５／４波長，隨著激發頻率階數的增大，超ＡＰＩ６１８脈動準則的比率迅速減小，從超過準則比率約２.５降低到０.１２，因此需要重點關注１階激發頻率壓力脈動。根據邊界條件，壓縮機管口位置１可以看成閉端，是脈動最大的位置，在不同溫度下最大壓力脈動如圖７所示。

由圖７可以看出，其最大點出現在－１３４℃下， 說明在此溫度下，管系的氣柱固有頻率與壓縮機的激發頻率基本處于共振狀態，壓力脈動達到最大值，并隨著兩側溫度外延迅速的減小。實際脈動分析設計中需要進一步采取措施，改變管道長度或者增加緩沖罐體積、或者增加脈動抑制裝置來消減脈動。

采用恒定轉速、不同溫度下脈動模擬分析，可 以得到每一個溫度工況下詳細的壓力脈動情況，根據導出的激振力進行振動分析也較好的符合現場運行的工況，但是按照２℃的溫度梯度需要做２５次分析，耗時較多，如果要做的更加精準，需要劃分更小的溫度梯度，耗時更多。

３.２　調整壓縮機轉速脈動模擬分析

本文第２章節管系的氣柱固有頻率變化實際是 與聲速變化相關的也是在－９.８５％到８.１２％范圍內，調整壓縮機的轉速也是按照聲速的變化率９.８５％，另外考慮壓力變化、或管道長度準確性造成的影響，壓縮機的轉速范圍考慮為，實際為２９８～４４６ｒ／ｍｉｎ，通過本文第３.１節得到的出現最大的

脈動的溫度為－１３４℃，與調整壓縮機的轉速得到 的最大脈動進行比較，如圖８所示，兩者幾乎重合，因此采用不同的壓縮機轉速可以很好的識別出不同溫度下的最大脈動。與本文第３.１節不同的是，采用不同轉速方法最大脈動點是在３８７ｒ／ｍｉｎ得到的，這雖然與實際情況不相符，但只需要計算一次就可以得到，耗時較少，對脈動分析設計來說，與不同溫度下可以達到相同的效果，這也是ＡＰＩ６８８所推薦的做法。

４　結論

（１）ＢＯＧ工藝參數變化范圍內，溫度對聲速 變化敏感性較大，壓力對聲速變化影響較小。

（２）采用恒定轉速、不同溫度脈動分析方法與 實際情況的脈動會更加接近，但這種分析方法耗時較多，根據ＡＰＩ６８８的建議可以采用改變壓縮機的轉速來代替工藝參數波動對壓力脈動模擬分析，并需要根據工藝參數的波動范圍來確定壓縮機的轉速范圍，以確保脈動分析的保守性，此方法耗時少，建議采用此方法。

參考文獻：

［１］　王衛曉．新建大型ＬＮＧ接收站ＢＯＧ壓縮機選型研究［Ｊ］．石油工 程建設，２０２２，４８（３）： ３６－４１

［２］　黨錫淇，陳守五．活塞式壓縮機氣流脈動與管道振動［Ｍ］．西安： 西安交通大學出版社，１９８４．

［３］　程強，劉洪佳，等．往復壓縮機氣量調節方式對壓力脈動模擬影 響［Ｊ］．壓縮機技術，２０２２，（５）： ４８－５１．

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

文章來源：壓縮機技術