Определение параметров его работы

 

Типы агрегатов ориентировочно выбираются по расчетным значениям мощности, по необходимой производительности и требуемой степени сжатия (уравнение 6.19) [4]

 

, кВт, (6.19)

где

А – работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг газа, кДж/кг

G – массовый расход газа, кг/с;

η – КПД компрессора.

 

Работа сжатия находится по уравнению термодинамики (6.20) [4]:

 

, (6.20)

где

n – показатель политропы;

R – газовая постоянная, Дж/(кг×град);

Т₁ – начальная температура газа, °К;

Р₂, Р₁ – конечное и начальное давления, Па;

– степень сжатия.

Степень сжатия выбранного компрессора должна соответствовать отношению Р_н/Р_к в уравнении 6.10, т.е. равна отношению Р_н/Р_к или несколько превышать его.

 

При выборе типа ГПА следует учитывать, что при q_сут ≤ 12 млн м³/сутки
(ст. ус.) более целесообразно устанавливать ГМК. При q_сут > 12 млн м³/сутки
(ст. ус.) используют ЦН с приводом от газовой турбины или электродвигателя.

 

Дополнительно можно проводить сравнительный анализ для всех трех видов ГПА: ГМК, ЦН с приводом от газовой турбины и ЦН с электроприводом, определяя для каждого варианта значение комплекса [20]:

, (6.21)

где

С_Н – приведенные затраты по КС, определяемые по справочной литературе, где представлены данные, полученные в результате обобщения проектных расчетов и опыта эксплуатации КС;

ε – степень сжатия, Р_кон/Р_вх.

К расчету принимается тип нагнетателя с минимальным "К".

Число ГПА равно n=q_сут/q_{одного ГПА},

где

q_сут – суточная производительность при ст. ус., млн м³/сутки;

q_{одного ГПА} - суточная производительность при ст. ус. одного агрегата,
млн м³/сутки.

Если n дробное меньше 10 % (2,02; 2,05; 2,1), то n можно округлить в меньшую сторону.

 

После уточнения типа и количества ГПА, учитывая паспортные характеристики нагнетателей, проверяют располагаемую мощность ГТУ для привода ЦН или газомоторного привода поршневых компрессоров [19].

Располагаемая мощность – это максимальная рабочая мощность на муфте привода, которую может развивать ГТУ или ГМК с учетом температуры входа газа в ГПА и характеристики окружающей среды.

Для ГТУ располагаемую мощность определяют по формуле 6.22:

 

, (6.22)

где

N_н – номинальная паспортная мощность ГТУ, кВт;

K_Ne – коэффициент технического состояния ГТУ. Для новых машин K_Ne = 1, для действующих – определяется в процессе эксплуатации;

К_t – коэффициент, учитывающий влияние температуры окружающего воздуха (справочная величина);

t_в – температура воздуха на входе в осевой компрессор, ºС;

t_в^н – номинальная температура воздуха на входе в ГТУ, ºС (паспортная величина);

Р_а – абсолютное давление атмосферного воздуха в зависимости от высоты над уровнем моря (справочная величина), кгс/см².

При этом должно соблюдаться условие:

N_e^Р ≤ 1,2 N_н.

 

Для ГМК располагаемую мощность определяют по формуле 6.13:

, (6.23)

где

N_н – номинальная мощность ГПА, кВт;

Р_а – атмосферное давление, кгс/см²;

Р_S – парциальное давление водяных паров в воздухе в зависимости от относительной влажности Y (%) и температуры на входе в двигатель;

t_в – температура воздуха на входе в двигатель,;

 

При этом должно соблюдаться условие

N_e^Р ≤ N_н.

Дополнительно для ЦБН и на стадии проектирования и при эксплуатации, когда оценивают техническое состояние машин, определяют политропический КПД нагнетателя, проверяют реальную степень сжатия газа в компрессорных машинах, рассчитывают внутреннюю мощность ГПА, т.е. мощность, потребляемую непосредственно на сжатие газа.

(Понятие внутренней мощности для ЦБН равноценно понятию индикаторной мощности для поршневых компрессоров, т.е. N_i – это мощность, затраченная непосредственно на процесс сжатия газа в реальных условиях работы нагнетателя.)

 

 

Понятие политропического КПД для характеристики работы компрессора введено из следующих соображений: сжатие газа в компрессорах МГП не соответствует чистым теоретическим процессам сжатия по адиабате или политропе.

В данном случае имеет место внешнеадиабатический процесс сжатия, т.е. сжатие происходит без отвода тепла от сжатого газа в промежуточных холодильниках или отвода тепла от корпуса машины, но в то же время предусмотрено охлаждение отдельных узлов компрессора – торцовых уплотнений, подшипников. Поэтому вместо термина "политропный КПД" использован термин "политропический КПД", который можно оценить, используя уравнение 6.24 [21]:

 

, (6.24)

где

n_т - показатель политропического (внешнеадиабатического) процесса сжатия;

k – показатель адиабаты.

 

При этом следует отметить, что при отсутствии искусственного съёма тепла, выделяемого при сжатии газа, вся энергия, расходуемая на преодоление трения газа в каналах рабочего колеса, также переходит в тепло, что увеличивает затрачиваемую работу и делает её больше, чем работа адиабатического процесса. В результате численное значение показателя политропического сжатия превышает величину показателя адиабаты (n>k).

Более точную оценку η_пол, степени сжатия газа ε, внутренней мощности N_i для заданных условий сжатия производят с помощью приведенных характеристик центробежных нагнетателей [19].

Приведенные характеристики показывают зависимость ε, η_пол, N_i от объёмной производительности компрессора в условиях всасывания. Характеристики построены по данным, полученным в процессе многолетней эксплуатации МГП, но так как эти данные получены для каких-то конкретных условий по температуре всасывания, давлению всасывания, по составу газа, а применить их необходимо для широкого спектра этих значений, то были использованы приведенные характеристики.

Иначе, характеристики, снятые для каких-то конкретных условий, были приведены к фиксированным, целесообразно выбранным условиям.

 

В качестве параметров приведения выбраны:

, Т_{в пр} = 288°К, Z_{в пр} = 0,91, n_пр = n_ном,

где

R_пр – приведенная газовая постоянная, ;

Т_{в пр} – приведенная температура газа при всасывании, °К;

Z_{в пр} – приведенный коэффициент сжимаемости в условиях всасывания;

n_пр, n_ном – число оборотов вала, приведенное и номинальное, соответственно, об/мин.

 

Характеристики построены для каждого типа выпускаемых и эксплуатируемых в системах МГП нагнетателей.

 

Изданы альбомы приведенных характеристик [19].

 

Пример приведенных характеристик показан на рис. 6.5.

 

 

Рис. 6.5 Приведенные характеристики ЦБН

 

Набор уравнений, связывающих приведенные и реальные параметры перекачки, записывается следующим образом:

, (6.25)

 

, (6.26)

, (6.27)

 

где

Q_пр, Q_в – производительность нагнетателя приведенная и в реальных условиях всасывания, соответственно, м³/мин;

n_н – номинальное число оборотов вала нагнетателя, об/мин;

n – действительное число оборотов, об/мин;

N_i – внутренняя мощность центробежного нагнетателя, кВт;

ρ_в – плотность газа в реальных условиях всасывания, кг/м³;

Z_{в пр}, R_пр, Т_{в пр} – приведенные коэффициент сжимаемости, газовая постоянная, температура при всасывании;

Z_в , R, Т_в – то же, в реальных условиях всасывания.

 

Конечной целью расчета, проводимого с использованием приведенных характеристик, является проверка на стадии проектирования по полученным значениям N_i, η_пол, ε выбранного компрессорного оборудования для заданных условий перекачки газа, на стадии эксплуатации – оценка технического состояния нагнетателя. При этом расчетные и паспортные (номинальные – "n") значения данных величин должны удовлетворять неравенствам (уравнения 6.28 – 6.30):

N_i ≤ N_н (6.28)

η_пол ≈ η_{пол н} (6.29)

ε ≤ ε_н (6.30)

 

Порядок расчета по приведенным характеристикам.

 

1. Исходные данные: производительность при условии всасывания Q_в, действительное число оборотов вала n об./мин., номинальное число оборотов вала n_н об./мин., коэффициент сжимаемости перекачиваемого газа в условиях всасывания Z_в, температура при всасывании Т_в, газовая постоянная перекачиваемого газа R.

2. По уравнению 6.25 определяется величина Q_nр, при этом значение Q_nр должно быть не менее, чем на 10 % больше наименьшего Q_пр, от которого начинаются кривые характеристик, т.к. наименьший расход соответствует границе помпажа (на рис. 6.5 Q_пр должна быть не менее 275 м³/мин).

3. По уравнению 6.26 рассчитывается отношение .

4. По графику 6.5 в зависимости от значений Q_пр и по соответствующим кривым находятся значения N_i, η_пол, ε. К полученному значению N_i необходимо прибавить механическую потерю мощности N_мех. Сумма (N_i+N_мех) есть мощность на муфте привода, при этом должны иметь место неравенства 6.31 и 6.32 [19, 26]:

 

(N_i+N_мех) ≤ , (6.31)

 

≤ 1,2 N_н, (6.32)

N_мех для ГТУ принимается равной 100 кВт, для электропривода – 150 кВт.

 

При выполнении всех условий можно судить о правильности выбора компрессора, или по полученным величинам и по их отклонениям от значений N_i, η_пол, ε, которые имели место при пуске КС в работу, можно судить о техническом состоянии нагнетателя после определенного срока эксплуатации.

 

 

Задача № 6.4.3