Methanol-Sektor: Wöchentliches Thema – Ursachen für Stottern von Zentrifugalkompressoren, 08.08.–15.08.2016

In der Regel ist es ein Mangel an Bandbreite. Eine Erhöhung des Rückflussvolumens kann das Turbulieren verringern

Das Filter am Eingang des Kompressors ist verstopft, die Menge an Gas, das in den Kompressor gelangt, ist zu gering oder der Druck zu niedrig. Zudem ist die Molekülmasse des einströmenden Gases zu gering oder die Eintrittstemperatur zu hoch. Die Drehzahlanzeige der Anlage ist niedrig, der Stotterungsschutzcontroller funktioniert nicht richtig. Fehler am Anti-Surge-Ventil. Verkalkung des Kompressors oder Beschädigung von Kompressorkomponenten. Die Drehzahl der Anlage ist unstabil: Beim Starten steigt der Druck zu schnell an, und beim Stoppen zur Lastreduzierung sinkt die Drehzahl zu schnell.

Ursachen für Turbulenzen – Lösungsmethoden:
Niedriger Eingangsdruck: Der Eingangsdruck muss erhöht werden.
Verstopfte Eingangsfilter: Die Filter müssen abgestellt und gereinigt werden.
Geschlossene Ausgangsventile: Die Ausgangsventile müssen geöffnet werden.
Hoher Ausgangsdruck: Der Ausgangsdruck muss verringert werden.
Geplatzte Eingangsleitungen: Es ist notwendig, die Leckstelle sofort zu stopfen oder die Anlage stillzulegen

Kreislaufmenge gering, erweitern des Kreislaufwasserbypasses

1\ Der Zentralkompressor gerät in Schwingungen – der grundlegende Grund dafür ist eine Verringerung des Luftdurchflusses auf den minimal zulässigen Wert für den Kompressor. Sowohl theoretisch als auch praktisch lässt sich nachweisen, dass die folgenden Faktoren dazu führen können, dass der Betriebspunkt des Kompressors in den Schwingbereich fällt – sie sind somit Ursachen für Schwingungen. a) Der Druck im Systemnetz steigt – das resultiert aus einer unzureichenden Entlüftung, wodurch es zu Verstopfungen am Ausgang sowie zu Turbulenzen kommt ； b) Die Öffnungsweite der Auslass- oder Einlassventile ist nicht ausreichend, wodurch eine Drosselwirkung entsteht und der Durchfluss verringert wird ； c) Die Drehzahl des Zentrifugalkompressors sinkt plötzlich, was zu einer Verringerung des Durchflusses sowie zu einem plötzlichen Abfall des Auslassdrucks führt. Dadurch kann es zu Turbulenzen kommen ； d) Der Einlassdruck sinkt – beispielsweise wenn der Eingangsfilter verstopft ist oder der Saugvakuumwert zu hoch ist. Das entspricht einer erhöhten Widerstandskraft im Leitungsnetz ； e) Eine Erhöhung der Einlasslufttemperatur führt zu einer Verringerung der Gasdichte, wodurch die Surge-Linie des Kompressors nach rechts unten verschoben wird und der Bereich der stabilen Betriebszustände verkleinert wird ； f) Die Molekülmasse des Gases nimmt deutlich ab ； g) Der Betriebsdruck am Ausgang des Zentrifugalkompressors wird an der Grenze des Turbulenzbereichs eingestellt ； h) Konstruktionsprobleme des Kompressors selbst, zu große Einschnitte in den Diffusorplatten. Die Hauptfunktion der Diffusorplatte besteht darin, die Geschwindigkeit des Gases am Ausgang der Laufräder in die erforderliche statische Druckenergie umzuwandeln. Veränderungen an der Diffusorplatte führen dazu, dass der Durchflussbedarf des Kompressors zu hoch wird. Wenn sich der erforderliche Durchfluss nicht entsprechend anpassen lässt, kommt es unweigerlich zum Turbulieren. 2\ Maßnahmen zur Vermeidung und Beseitigung von Stottern bei Zentrifugalkompressoren Da Zentrifugalkompressoren das Phänomen des Stotterns aufweisen, haben die Hersteller Schutzsysteme gegen Stottern entwickelt. Diese Systeme sorgen dafür, dass im Falle eines Stotterns automatisch der Schutzmechanismus aktiviert wird. Die genaue Einstellung besteht darin, den Auslassdruck mit dem Systemdruck zu vergleichen. Wenn sich der Druck in sehr kurzer Zeit um einen bestimmten Wert ändert, wird die automatische Stotterungsschutzfunktion aktiviert. Zu diesem Zeitpunkt öffnen sich gleichzeitig die Klimakontrollventile (Rückflusskontrollventile) sowie die Eingangskontrollventile, um das Tosen zu beseitigen (siehe Abbildung 5). Anschließend werden die Ein- und Auslassventile justiert, das Entlastungsventil (Rückflussregelventil) sowie das Einlassregelventil geschlossen, und es wird automatisch reguliert, damit der Systemdruck wieder auf den normalen Wert zurückkehrt.

Welche Faktoren verursachen Stottern bei Zentrifugalkompressoren? Wie wird Stottern bei Zentrifugalkompressoren beseitigt? Antwort: Die Gründe für das Auftreten von Turbulenzen im Betrieb sind im Allgemeinen folgende: 1) Die Gasmenge ist gering, wodurch das Gas in den Bereich der Turbulenzen gelangt. 2) Der Druck am Gasausgang ist zu hoch, wodurch das System in den Turbulenzbereich gelangt. 3) Falsche Bedienung führt zu Surgen. 4) Schwankungen entstehen durch Beschädigungen an mechanischen Komponenten. 5) Außerdem können plötzliche Abnahmen der Drehzahl, starke Schwankungen der Temperatur und Dichte des komprimierten Mediums sowie ein niedriger Zulauftdruck ebenfalls zu Turbulenzen führen. Nachdem ein Surge-Ereignis eingetreten ist, muss der Durchfluss umgehend erhöht werden (indem das Entlastungsventil am Ausgang oder das Bypass-Ventil zwischen Ein- und Auslass – das Surge-Verhinderventil – geöffnet wird, um den Ausgangsdruck zu senken), um die Gefahr zu beseitigen. Anschließend sollte die Ursache des Surges ermittelt und behoben werden. Es ist zu prüfen, ob die Maschine beschädigt ist, bevor der Normalbetrieb wieder aufgenommen wird. Falls im System ein konstanter Druck aufrechterhalten werden muss, ist nach dem Öffnen des Surge-Verhinderventils zur Gasrückführung die Drehzahl angemessen zu erhöhen, damit der Ausgangsdruck auf seinen ursprünglichen Wert ansteigt.

Prozessprobleme: 1. Zu niedriger Einlassdruck aufgrund zu großer Schwankungen der Systembedingungen, insbesondere des Drucks. Der Phasenübergangspunkt wird nämlich direkt vom Druckunterschied im Einlassmesser beeinflusst. Wenn der Einlassdruck plötzlich abnimmt, tritt beim Kompressorsystem zwar noch kein Phasenübergang ein, doch bereits der große Druckunterschied führt dazu, dass der Phasenübergangspunkt die Schutzgrenze überschreitet und in den Phasenübergangsbereich gelangt – mit der Folge eines Phasenübergangs. Gründe sind unter anderem das Abschalten des Vorsystem-Kompressors, das fehlerhafte Schließen des Regelventils, der Flüssigkeitswiderstand im Separator, das Zusammenbrechen des Füllstofffilters, das Auslösen des Sicherheitsventils oder ein Riss in den Anlagenrohren. 2. Überdruck im System hinter dem Kompressor oder ein zu geringer Druckunterschied führen zu einem zu hohen Auslassdruck des Kompressors. Zudem können Probleme wie defekte Entlastungsventile im Synthesesystem, Flüssigkeitswiderstände im Methanol-Trenner oder Probleme bei der Kühlung des Methanols auftreten.
3. Die Geschwindigkeit der manuellen Regulierventile im gesamten System ist zu hoch – insbesondere bei den Trennventilen, die einen erheblichen Einfluss auf die Gasmenge und den Druck haben.
4. Zu schnelles An- und Abregeln der Last.
Probleme mit der Steuerung: 1. Der Abstand zwischen der Schwingungsschutzlinie und der eigentlichen Schwingungslinie ist zu gering – insbesondere bei zentrifugalen Kompressoren, bei denen es zu Schwankungen kommt. Der Abstand zwischen diesen Linien sollte daher größer sein. 2. Die Anforderungen an die geradlinigen Abschnitte der Durchflussmessgeräte werden nicht erfüllt – insbesondere was die Filter am Eingang sowie die Dreiecksventile angeht. Selbst geringe Druckschwankungen im System können dazu führen, dass die angezeigte tatsächliche Durchflussmenge falsch ist.
3. Die Genauigkeit der Wärmewiderstände und Drucksender ist ungenügend oder es treten Fehler auf.
4. Die Steuerventile am Eingang funktionieren nicht richtig.
5. Die PID-Parameter der jeweiligen Automatikventile sind nicht angemessen, wodurch die Regulierung der Parameter zu schnell, zu langsam oder zu stark erfolgt – beispielsweise bei den Ventilen zur Regulierung des Kohlenzuflusses.

**Probleme mit den Ventilen:**
1. Bei den pneumatischen Anti-Surging-Ventilen führen mangelnde Luftzufuhr, Verunreinigungen oder Lecks dazu, dass die Ventile automatisch geöffnet werden.
2. Es treten Fehler bei den zweistufigen Elektromagnetschlössern der Surging-Ventile oder im elektronischen Steuersystem auf.
3. Es gibt Probleme mit dem eigentlichen Ventilkörper.

**Probleme mit den Geräten:**
Das Design der Laufräume der Geräte ist zu eng; außerdem sind die Verdichtungsbögen sowie das Design der Verdichter unangemessen

Die Einlasslufttemperatur ist zu niedrig, die durchschnittliche Molekülmasse der Einlassluft ist zu hoch

Die Menge an Wasserstoff am Eingang nimmt ab, der Eingangsdruck sinkt. Öffnen Sie die Stotterverhinderungsventile.