Пример расчета оптимизации работы вентиляторов АВО газа на компрессорной станции

Исходные данные для расчета оптимизации работы вентиляторов АВО газа на компрессорной станции:

ü тип АВО – 2АВГ75С;

ü количество установленных секций АВО – 14;

ü объем перекачиваемого газа V = 94,2 млн. м³/сут;

ü температура газа на выходе КС до АВО газа t₁ = 37 ^оС;

ü температура газа на выходе КС после АВО газа t₂ = 23 ^оС;

ü температура наружного воздуха Т₁ = 8 ^оС.

8.5.2.1.Расчет оптимального количества работающих

вентиляторов АВО газа

Основное уравнение теплопередачи, осуществляемой в АВО газа компрессорного цеха

Q = r_o × V /(24×3600)× C_p ×(t₁ – t₂), Вт.

Для расчета с газом, проходящим по системе магистральных газопроводов «Тюментрансгаз» можно принять плотность газа r_о равной 0,68 кг/м³, а теплоемкость С_р равной 2800 Дж/кг×^оС.

Q = 0,68×94 200 000/(24×3600)×2800×(37–23) = 29062444 Вт.

Возможность теплообмена 1 секции АВО газа

Q_аво = К₁ × К × F × ,

К₁ – принимается равным 0,8.

Среднелогарифмическая разность температур

= ( – )/LN ( / )× E_t;

= t₁ – T₂;

= t₂ – T₁.

Температура воздуха за АВО

Т₂ = Т₁ + Q /(n × G_в × С_рв),

С_рв – принимается равной 1000Дж/кг×^оС.

Т₂ = 8+29062444/(14×227,8×1000) = 17,1 ^оС;

= 37–17 = 20;

= 23 – 8 = 15.

Поправочный коэффициент на перекрестность потоков в теплообменнике

E_t = 1 – 0,022×EXP(t₁ – t₂ / t₁ – T₁);

E_t = 1 – 0,022×EXP(37– 23/37– 8) = 0,964;

= (20 – 15)/LN (20/15)×0,964 = 16,8;

Q_аво = 0,8×23,5×9930×16,8 = 3128947 Вт.

Оптимальное количество работающих секций АВО

n_аво = Q / Q_аво;

n_аво = Q / Q_аво = 29062444/3128947 = 9;

n_вент = 2× n_аво;

n_вент = 2×9 = 18.

Распределение предварительно рассчитанных вентиляторов

n₂ = (n_вент – n);

n₂ = 18 – 14 = 4;

n₁ = (n /2 – n);

n₁ = 14 – 4 = 10;

n₀ = 0.

Суммарный теплообмен, совершаемый в АВО предварительно рассчитанными вентиляторами АВО газа

Q_сум = n₂ × Q_аво +2/3× n₁ × Q_аво +2/9× n₀ × Q_аво;

Q_сум = 4×3128947+2/3×10×3128947 = 33375431 Вт.

Количество вентиляторов, которые можно отключить из-за воздействия естественной конвекции

n_откл =(Q_сум – Q)/(1/3× Q_аво);

n_откл =(33375431 – 29062444)/(1/3×3128947) = 4.

Количество работающих вентиляторов с учетом естественной конвекции

n_раб = n_вент – n_откл;

n_раб = 18 – 4 = 14.

После определения количества работающих вентиляторов с учетом естественной конвекции, необходимо пересчитать температуру воздуха за АВО (Т₂)

Т₂ = (n_раб × Т₂ +(2× n – n_раб)× Т₁)/2× n;

Т₂ = (14×17+(28 – 14)×8)/28 = 12 ^оС.

После проверочного расчета

n_раб = 11.

Сравнение полученного значения оптимального количества работающих вентиляторов n_раб с фактическим количеством работающих вентиляторов

dn = n_факт – n_раб;

n_факт = 15;

dn = 15 – 11 = 4.

dn = 4, это означает, что из-за его технического состояния АВО газа компрессорного цеха проектному состоянию, работают 4 «лишних» вентилятора.

8.5.2.2. Расчет эффективности теплопередачи

Основное уравнение теплопередачи, осуществляемое в АВО газа компрессорного цеха

Q = r_o × V /(24×3600)× C_p ×(t₁ – t₂), Вт

Q = 0,68×94 200 000/(24×3600)×2800×(37– 23) = 29062444 Вт.

Уравнение теплопередачи, выражение через фактический коэффициент теплопередачи

Q = n_факт × K_факт × F × .

Среднелогарифмическая разность температур

= ( – )/LN ( / )× E_t;

= t₁ – T₂;

= t₂ – T₁.

Поправочный коэффициент на перекрестность потоков в теплообменнике

E_t = 1 – 0,022×EXP(t₁ – t₂ / t₁ – T₁);

E_t = 1 – 0,022×EXP(37 – 23/37 – 8) = 0,964.

Температура воздуха за АВО с 2-мя работающими вентиляторами

Т₂₂ = Т₁ + Q /(n × G_в × С_рв);

Т₂₂ = 8 + 29062444/(14×227,8×1000) = 17,1 ^оС.

Температура воздуха за АВО с 1-м работающим вентиляторам

Т₂₁ = Т₁ + Q /(2× n × G_в × С_рв);

Т₂₁ = 8 + 29062444/(2×14×227,8×1000) = 12,5 ^оС;

Т₂ = (n_2факт × Т₂₂ + n_1факт × Т₂₁)/ n;

n_2факт = n_факт – n;

n_2факт = 15 – 14 = 1;

n_1факт = n – n₂;

n_2факт = 14 – 1 = 13;

Т₂ = (1×17,0+13×12,5)/14 = 12,8 ^оС;

= 37 – 13 = 23;

= 23 – 8 = 15;

= (23 – 15)/LN (23/15)×0,964 = 18,0.

Фактический коэффициент теплопередачи в АВО (Дж/кг×^оС).

Из соотношения:

r_o × V /(24×3600)× C_p ×(t₁ – t₂) = n_факт × K_факт × F /2× + n_выкл × K_факт × F /6×

находится K_факт

K_факт = (r_o × V /(24×3600)× C_p ×(t₁ – t₂))/ n_факт × F /2× + n_выкл × K_факт × F /6× ;

K_факт = (0,68×94200000/(24×3600)×2800×(37 – 23))/(15×9930/2×18,0)+((28 –

– 15)×9930/6×18,0) = 16,7 Дж/кг^.оС.

Эффективность теплопередачи в АВО

Е = К_факт / К * 100%;

Е = (16,7/23,5(15/28+13/3/28))×100% = 100%.

8.5.2.3. Расчет температуры газа за АВО

Определение теплообмена, осуществляемого в АВО газа компрессорного цеха

Q = r_o × V /(24×3600)× C_p ×(t₁ – t₂), Вт

Q = 0,68×94 200 000/(24×3600)×2800×(37 – 36) = 2075889 Вт.

Определение температуры воздуха за 1 секцией АВО при условии включения в работу 2-х вентиляторов

Т₂₂ = Т₁ + Q /(n × G_в × С_рв);

Т₂₂ = 8 + 2075889/(14×227,8×1000) = 8,7^оС.

Определение температуры воздуха за 1 секцией АВО при условии включения в работу 1-го вентилятора

Т₂₁ = Т₁ + Q /(2× n × G_в × С_рв);

Т₂₁ = 8 + 2075889/(2×14×227,8×1000) = 8,3^оС.

Определение температуры воздуха за 1 секцией АВО при условии естественной конвекции

Т₂₀ = Т₁ = 8^оС.

Определение температуры воздуха за АВО с фактическими работающими вентиляторами

Т₂ = (n₂ × T₂₂ + n₁ × T₂₁ + n₀ × T₂₀)/ n;

Т₂ = (1×8,7+13×8,3)/14 = 8,3.

Определение возможности теплообмена 1 секции АВО газа

Q_аво = К₁ × К × F × × Е_t.

Определение Среднелогарифмическая разность температур

= ( – )/LN ( / )× E_t;

= t₁ – T₂;

= t₂ – T₁;

= 37 – 8,3 = 28,7;

= 36 – 8 = 28.

Поправочный коэффициент на перекрестность потоков в теплообменнике

E_t = 1 – 0.022×EXP(t₁ – t₂ / t₁ – T₁);

E_t = 1 – 0,022×EXP(37 – 36/37 – 8) = 0,98;

= (29 – 28)/LN(29/28)×0,98 = 28,3;

Q_аво = 0,8×23,5×9930×28,3 = 5283157 Вт.

Определение суммарного теплообмена совершаемого в АВО

Q_сум = n₂ × Q_аво +2/3× n₁ × Q_аво +2/9× n₀ × Q_аво;

Q_сум = 1×5283157+2/3×13×5283157 = 51070519 Вт;

Q = 2075889 Вт.

Разница больше 5%, расчет повторяется. Окончательно расчет заканчивается при t₂ = 22^оС.

8.5.2.4. Перерасход энергоресурсов из-за несоблюдения оптимального режима охлаждения газа в АВО

Перерасход топливного газа из-за несоблюдения рекомендованных температур газа после АВО

П_тг = 0.006× Р_цех ×(t₂ – t_2рек);

П_тг = 0,006×480×(23 – 21) = 5,8 тыс. м³/месяц.

Перерасход электроэнергии из-за низкой эффективности работы АВО газа

П_ээ = Ц_ээ × Т ×(n_факт – n_раб);

П_ээ = N × Т ×(n_факт – n_раб);

П_ээ = 37×720×4 = 106560 кВт/месяц.