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CCCCCGYYYYHHHJJUUJJJJJJJJJJJJ`  CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATION   AND MAINTENANCE  PREPARED BY: MUHAMMAD YOUSAF  EXECUTIVE PRODUCTION (CO) 
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Report on Centrifugal Compressor

Apr 07, 2018

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Ahmed Sohaib
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CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATION   AND MAINTENANCE  

PREPARED BY: MUHAMMAD YOUSAF 

EXECUTIVE PRODUCTION (CO) 

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CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATION   AND MAINTENANCE  

A  five  days  course  on  “Centrifugal   Compressor   Operation  and  Maintenance”  was  conducted  by  General  Electric  (GE)  Oil  and  Gas Company  at  “Florence  Learning  Center”,  Italy  (October  18  to  22, 2010). I was one of  the participants among many professionals from different countries of   the world having wide  range of  experience  in the field of  Centrifugal compressors. This course has given me the opportunity to enhance my knowledge &  capability  to  understand  compressor’s  operational  dynamics  & maintenance related aspects. I  therefore recommend this particular course to other  individuals & especially  with  GE  (Nuovo  Pignone)  which  has  vast  experience  in Centrifugal compressors manufacturing & maintenance. Some of   the “Salient Points” have been covered  in  this  report with pictorial display to serve better understanding & training purpose. 

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CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATION   AND MAINTENANCE  Surging Compressor surge  is an unsatable phenomenon  where the gasflows forward and backward  across the machine alternatively.This phenomina occurs at  certain  conditions of   flow, pressureratio  and  rotational  speed.  As  a  consequence  some  damagescan occur e.g. 

•  Shaft vibration. •  Instability in axial thrust •  Bearings  seizure. •  Seals damge. 

Surging features  Flow reverses in 20 to 50 milliseconds.  Surge cycles at a rate of  0.3 second to 3 seconds per cycle. 

 Compressor vibrates.  Temperature rise.  “Whooshing” noise or “clanking noise”.  Conventional instruments and human operators may fail to recognize surge. 

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CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATION   AND MAINTENANCE  Factors leading to surge

 During normal operation; 

•  High discharge pressure (increase of  plant 

resistance). 

•  Reduction of  suction pressure. 

•  Increase of  suction temperature. 

•  Gas composition changes (decrease 

molecular weight) 

 Start up.  Shut down. 

Anti surge system

Anti  surge  system  avoids  that  the  machine

operation  falls  on  the  surge  line.  Substantially  the

protection  consists  in  the opening of   control  valve

that  joins the compressor discharge to suction. As a

consequence  a  part  of   flow  outgoing  from  the

machine is re‐circulated.

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CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATION   AND MAINTENANCE  This  causes  an  increase  in  the  suction  flow  and  so  theoperating point moves away from the critical condition. 

What is Chocking?When the flow rate increases beyond a certain valueit  may  happen  that  in  some  duct  is  achieved  thespeed of   sound. This phenomenon determines  thepressure drop due  to  friction and high  incidence of the  flow  on  the  fix  and  mobile  ducts.  As  a

consequence  there  is  an  enormous  reduction  inefficiency. 

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CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATION   AND MAINTENANCE  Dry gas seal systemThe aim of  this system is to minimize the escape of  the gas from acentrifugal compressor. It has replaced the traditional oil film sealwhich has many operational problems. Dry gas seal system shows high  stability  operation.  It  is  self   regulated  in  the  way  to  keepconstant the gas leakage 

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CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATION   AND MAINTENANCE  What is a vibration?

Vibration is simply the motion of  a machine or machine part back and forth from its position of  rest. The cause of  vibration must be a force which is changing in either its direction or its amount. It is the force which causes vibration, and the resulting characteristics will be determined by the manner in which the forces are generated. 

Some definations

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CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATION  AND MAINTENANCE 

The amplitude and frequency of  the rotor vibrations are very important for a centrifugal compressor. They are the measure of  the mechanical behavior of  a compressor. 

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CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATION   AND MAINTENANCE  The rotor vibration amplitude must not cause

  Contact between rotor and stator.   Oil seals and dry gas seals overloading.   Fatigue in the bearings. 

Vibration classification

The typical vibrations of  the centrifugal compressors can be generally classified with refrence to the nature of  the vibration, cause and the frequency. According to the nature of  vibration cause, the vibrations may be classified in: 

  Free   Forced   Self  excited 

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CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATION   AND MAINTENANCE  Free vibration 

Free vibrations are excited by an impulse or step force applied to

the rotor. These impulses may be due to the following causes; 

  Internal rubs.   Loose rotor system components. 

  Surge.   Slug of  liquid. 

The vibration can occur with one or several system natural 

frequencies. 

Forced vibration 

o  Forced vibrations take place when an external time dependent 

force transfers energy to the rotor‐bearings system that reacts 

vibrating at the exciting frequency. The most common sources 

of  excitation are 

o  rotor bow 

o  Unbalance in the rotor system 

o  Coupling misalignment 

o  Aerodynamic cross coupling forces 

When the excitation frequency coincides with one of  the rotor natural 

frequency, resonance occurs. 

Self  excited vibration

Self   excited  vibrations  are  typical  of   a  rotor‐bearing  system

when the applied actions are related to rotor displacement and

velocity.  Resulting  forces  have  components  which  are

prependicular  to  shaft motion. Such  forces are  consequences

of   the  circumferential  pressure  variations  in  the  annulus

chambers, variations determined by an eccentric shaft rotation

in the presence of  fluids 

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CENTRIFUGAL COMPRESSOR OPERATION   AND MAINTENANCE  Compressor parts where these phenomina may take place are 

Journal bearings. Oil

 seals

 rings.

 Gas labyrinth seals. 

Problems of  vibrationThe main  problem  that we  have  to  consider when  a  rotor  bearingsystem is subject to periodic forces is the phenomenon of  resonance What is resonance? A  system  is  in  resonance  when  vibration  displacement  becomes

maximum.  This  occurs  when  the  frequency  of   a  periodic  force(excitation  frequency)  applied  to  a  rotor  bearing  support  systemcorresponds to a natural frequency of  that system How we can avoid this? A  complex  system  like  a  centrifugal  compressor  rotor  has  many

natural  frequencies  that we  call  critical  speeds  the most  important

are  the  first  and  second.  It  is  necessary  to  determine  the  fieldoperation  speeds  that  avoid  the  resonance. Generally  a  centrifugal compressor works between first and second critical speed. 

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