遠心圧縮機の理想的な入口配管長はどれくらいですか?

Mar 20, 2024

クリストファー・ブラマンとティム・アリソン 2022 年 8 月 15 日

コンプレッサー入口フランジでの流れの分布は、機械の性能と入口状態の正確な測定の両方にとって重要です。 コンプレッサー入口での空気力学的影響を最小限に抑えるには、半径方向に均一な流れ分布が好ましい。

歪みとも呼ばれる不均一な速度または圧力の変動は、ブレード前縁での空力損失を増大させ、圧縮機の動作を不安定にする可能性があります。 幸いなことに、変動は自己修正されるため、十分な長さの直管があれば均一な流れを実現できます。

ただし、直管の長さは速度や圧力変動の大きさによって異なります。 コンプレッサーの場合、スペースの制約や、通常はバルブ、エルボ、拡張パイプが含まれるプロセス配管のため、入口に長い直線パイプを使用できるとは限りません。 主な関心事は、入口の流れの歪みを最小限に抑えるために必要な直管の長さを特定することです。

この記事では、経済的なプラント設計のために配管を最小限に抑える必要があることを認識しながら、圧縮機の性能に悪影響を及ぼさない配管構成に関する実際的なガイドラインを要約します。 配管構成の解析に対する基本的なアプローチを示します。

出発点として、コンプレッサーおよび排気装置に関する米国機械学会 (ASME) の性能試験コード (PTC) を使用して、試験測定に均一な流れを提供するコンプレッサー入口の上流の直管の長さを決定できます。

PTC [1] では、エルボとコンプレッサー入口の間に少なくとも 3 つの直径の直管が必要であり、直径 24 インチ未満の配管、軸方向の入口、またはその他の上流の障害物に対しては、最大 10 直径以上の長い長さが必要です。 2 番目の推奨事項は、エリオット グループの実践の一部であり、コンプレッサー入口に入る速度圧力 (動圧力、q) が静圧 (p1) の 1% を超える場合、エルボ出口で流量イコライザーを使用する必要があるというものです。 。

速度圧力と静圧力の比は、次の式を使用して計算されます。 Z の変更による影響は小さいため、通常は無視されます。

エリオットの広範な工場テストの経験により、ASME の直管要件と速度静圧比制限がテスト配管配置に適切であることが確認されています。 実際には速度と静圧の比が 0.01 よりも大幅に低くなる可能性があるため、PTC からの直管の要件は表 1 に示すように変更されました。

表 1. 速度静圧比とストレート入口配管長の推奨値の関係

直線の長さ

0.005

上記の値をベンチマークとして使用し、q/p1 方程式を解くと、さまざまな分子量について、コンプレッサーの上流にある直管の直径と入口速度の関係をプロットできます (図 1)。

ほとんどのコンプレッサーの入口温度範囲は 0°F ～ 100°F であるため、曲線は 50°F に基づいています。 この範囲では、内蔵誤差は小さくなります。 ただし、入口温度が大きく異なる場合は、理想気体の場合の下式を使用して実際の入口流速を 50°F に補正することで、図 1 から直管長を求めることができます。

これまでに詳述したプロセスは、コンプレッサー入口の上流に必要な直管の直径の数の基本的な開始点に関するガイダンスを提供します。

この基本数値は、コンプレッサーのすぐ上流のコンポーネントに基づいた補正係数で修正されます。 まず、いくつかの一般的な配管配置と補正係数を特定する必要があります。

コンプレッサーの場合、入口の先に、半径の長いパイプエルボの下流にパイプが真っ直ぐ伸びているのが一般的です。 図 2 に示すように、エルボは、エルボに入るパイプがコンプレッサー ローターに対して平行または垂直になるように配置できます。

上流パイプがコンプレッサーローターと平行である場合、この配置は入口流への影響が最も少ないと考えられ、補正係数は 1 になります。