원심 압축기의 이상적인 흡입 배관 길이는 얼마입니까?

Mar 20, 2024

작성자: Christopher Braman 및 Tim Allison 2022년 8월 15일

압축기 입구 플랜지의 흐름 분포는 기계 성능과 입구 조건을 정확하게 측정하는 데 매우 중요합니다. 압축기 입구에서 공기역학적 효과를 최소화하려면 방사상으로 균일한 흐름 분포가 선호됩니다.

왜곡이라고도 하는 불균일한 속도 또는 압력 변동은 블레이드 앞쪽 가장자리에서 공기역학적 손실을 증가시키고 압축기 작동을 불안정하게 만들 수 있습니다. 다행히도 직관 길이가 충분할 경우 변동이 자동으로 수정되어 균일한 흐름을 얻을 수 있습니다.

그러나 직선 파이프의 길이는 속도와 압력 변동의 크기에 따라 달라집니다. 압축기의 경우 일반적으로 밸브, 엘보우 및 파이프 확장부를 포함하는 공정 배관과 공간 제약으로 인해 입구에 긴 길이의 직선 파이프가 항상 가능한 것은 아닙니다. 주요 관심사는 유입 흐름 왜곡을 최소화하는 데 필요한 직선 파이프의 길이를 식별하는 것입니다.

이 기사에서는 경제적인 플랜트 설계를 위해 배관을 최소화해야 한다는 점을 인식하면서 압축기 성능에 부정적인 영향을 주지 않는 배관 구성에 대한 실제 지침을 요약합니다. 이는 배관 구성 분석에 대한 기본 접근 방식을 제시합니다.

시작점으로, 압축기 및 배기 장치에 대한 ASME(미국 기계 공학회) 성능 테스트 코드(PTC)를 사용하여 압축기 흡입구 상류의 직선 파이프 길이를 결정하여 테스트 측정을 위한 균일한 흐름을 제공할 수 있습니다.

PTC[1]에서는 엘보우와 압축기 흡입구 사이에 최소 3배 직경의 직관이 필요하며, 24인치 직경보다 작은 배관, 축 흡입구 또는 기타 상류 교란의 경우 최대 10배 이상의 긴 길이가 필요합니다. Elliott Group 관행의 일부인 두 번째 권장 사항은 압축기 흡입구로 들어가는 속도 압력(동압, q)이 정압(p1)의 1%를 초과하는 경우 엘보우 출구에서 유량 균등화 장치를 사용해야 한다는 것입니다. .

속도 압력과 정압의 비율은 다음 방정식을 사용하여 계산됩니다. Z 변경 효과가 작기 때문에 일반적으로 무시됩니다.

Elliott의 광범위한 공장 테스트 경험을 통해 ASME 직관 요구 사항과 속도-정압 비율 제한이 테스트 배관 배열에 적합하다는 것이 확인되었습니다. 실제로 속도-정압 비율은 0.01보다 훨씬 낮을 수 있으므로 PTC의 직관 요구 사항이 표 1에 나열된 대로 수정되었습니다.

표 1. 유속-정압 비율과 직선 흡입 배관 길이 권장 사항의 관계

직선 길이

0.005

위의 값을 벤치마크로 사용하고 q/p1 방정식을 풀면 압축기 상류의 직관 직경과 다양한 분자량에 대한 입구 속도를 플롯할 수 있습니다(그림 1).

대부분의 압축기의 입구 온도 범위는 0°F ~ 100°F이므로 곡선은 50°F를 기준으로 합니다. 이 범위에서는 내장 오류가 작습니다. 그러나 입구 온도가 상당히 다른 경우, 이상 기체에 대한 아래 방정식을 사용하여 실제 입구 유속을 50°F로 수정하여 그림 1에서 직선 파이프 길이를 결정할 수 있습니다.

지금까지 자세히 설명된 프로세스는 압축기 흡입구 상류에 필요한 직관 직경 수에 대한 기본 시작점에 대한 지침을 제공합니다.

이 기본 수치는 압축기 바로 상류의 구성 요소를 기반으로 한 수정 계수로 수정됩니다. 첫째, 몇 가지 일반적인 배관 배열과 수정 요소를 식별해야 합니다.

압축기의 경우 입구가 긴 반경 파이프 엘보우의 하류에서 직선으로 이어지는 파이프로 진행되는 것이 일반적입니다. 엘보는 그림 2와 같이 엘보우로 들어오는 파이프와 평행하거나 압축기 로터에 수직한 방향으로 배치될 수 있습니다.

상류 파이프가 압축기 로터와 평행할 때 이 배열은 입구 흐름에 가장 덜 지장을 주는 것으로 간주되며 보정 계수는 1이 됩니다.