1.14 Нагнетатели природного газа. Их характеристики

Нагнетателями природных газов принято называть лопаточные компрессорные машины с соотношением давления сжатия свыше 1,1 и не имеющие специальных устройств для охлаждения газа в процессе его сжатия.

Все нагнетатели условно можно разделить на два класса: неполнонапорные (одноступенчатые) (см. Рис. 1.34) и полнонапорные (см. Рис. 1.35). Первые, имеющие степень сжатия в одном нагнетателе 1,25-1,27, используются при последовательной схеме компремирования газа на КС, вторые - полнонапорные, имеющие степень сжатия 1,45-1,51, используются при коллекторной схеме обвязки компрессорной станции.

2.34. Неполнонапорный одноступенчатый нагнетатель 370-18 агрегата ГТК-10-4 производства НЗЛ: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - лопаточный диффузор; 4 - рабочее колесо; 5 - гильза; 6 - зубчатая муфта; 7 - клиновые прокладки; 8 - анкерные болты

Рис. 1.33. Полнонапорный двухступенчатый нагнетатель НЦ-16/76 агрегата ГПА У16 производства АО "СМПО им. Фрунзе": 1 - опорный подшипник; 2 - крышка; 3 - корпус; 4 - внутренний корпус; 5 - ротор; 6 - крышка; 7 - уплотнение; 8 - упорно-упорный подшипник; 9 - блок масляных насосов; 10 - думмис; 11 - улитка; 12 - обратный направляющий аппарат

Важной характеристикой нагнетателя является его производительность. Применительно к газопроводу различают объемную , м /мин, массовую , кг/ч и коммерческую подачу газа , млн·нм /сут. Перевод одних величин в другие осуществляется с использованием уравнения Клапейрона с поправкой на сжимаемость газа . При использовании кг газа применяется уравнение Клапейрона-Менделеева также с использованием поправки на сжимаемость газа , где - объемная подача газа, - массовая подача, характеризующая количество газа, протекающее в единицу времени через сечение всасывающего патрубка. Коммерческая подача определяется по параметрам состояния во всасывающем патрубке, приведенным к нормальным физическим условиям ( = 20 °С; = 0,101 МПа). Для определения коммерческой подачи используется уравнение Клапейрона для "стандартных" условий: ; , . Характеристики ряда типов центробежных нагнетателей, используемых на газопроводах, приведены в табл. 2.3.

Каждый тип нагнетателя характеризуется своей характеристикой, которая строится при его натурных испытаниях. Под характеристикой нагнетателей принято понимать зависимость степени сжатия , политропического КПД ( ) и удельной приведенной мощности от приведенного объемного расхода газа . Строятся такие характеристики для заданного значения газовой постоянной , коэффициента сжимаемости , показателя адиабаты, принятой расчетной температуры газа на входе в нагнетатель в принятом диапазоне изменения приведенной относительной частоты вращения . Типовая характеристика нагнетателя типа 370-18-1 приведена на Рис. 1.33. Характеристики других типов имеют такой же вид, как для неполнонапорных, так и для полнонапорных нагнетателей.

Рис. 1.33. Приведенные характеристики нагнетателя 370-18-1 при = 288К; = 0,9; = 490 Дж/(кг·К)

Таблица 2.5 Характеристики центробежных нагнетателей для транспорта природных газов

Тип нагнетателя	Номинал. производ. при 20 °С и 1 МПа	Номинал. частота вращения, об/мин	Объемная производ., м /мин	Степень сжатия	Конечное давление на выходе, МПа
370-14-1	19,1	5300	289	1,25	5,66
Н-300-1,23	20,0	6150	260	1,24	5,50
Н-196-1,45	10,7	8200	196	1,45	5,60
520-12-1	29,3	4800	425	1,27	5,60
370-18-1	36,0	4800	370	1,23	7,60
Н-16-56	51,0	4600	800	1,24	5,60
Н-16-75	51,0	4600	600	1,24	7,50
Н-16-76	31,0	6500	380	1,44	7,50
650-21-1	53,0	3700	640	1,45	7,60
820-21-1	53,0	3700	820	1,45	5,60
Купер-Бессемер:
280-30	16,5	6200	290	1,51	5,60
СДР-224	17,2	6200	219	1,51	7,50
2ВВ-30	21,8	5000	274	1,51	7,50
Нуово-Пиньони:
PCL- 802/24	17,2	6500	219	1,49	7,52
PCL-1001-40	45,0	4600	520	1,51	7,52

Пользуются характеристиками следующим образом. Зная фактические значения величин для данных условий, по соотношению 2.3, определяют приведенную относительную частоту вращения нагнетателя . По известной степени сжатия находят приведенный объемный расход газа , соотношение 2.4, а затем по соответствующим кривым (Рис. 1.36) определяют политропический КПД и приведенную внутреннюю мощность нагнетателя

, (1.3)

. (1.4)

Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем, определяется соотношением

. (1.5)

В соотношениях 2.3-2.5 индексом "О" отмечен номинальный режим работы нагнетателя; индексом "в" - отмечены параметры на входе в нагнетатель. Плотность газа при всасывании, кг/м , определяется по соотношению:

, (1.6)

где - абсолютное давление (МПа) и температура (К) при всасывании.

Мощность на муфте привода, кВт: ,

где - механические потери, для газотурбинного привода = 100 кВт, для электропривода = 150 кВт.

Расчетный рабочий расход газа для нагнетателей должен быть примерно на 10-12% больше крайних левых значений расхода, соответствующего условиям начала срыва потока газа по нагнетателю (зоне помпажа). На Рис. 1.36 этому соответствует подача газа ~360 м /мин.

Наличие надежных приведенных характеристик при эксплуатации газотурбинного привода позволяет обслуживающему персоналу выбирать наилучший режим работы в зависимости от конкретных условий. Для центробежных нагнетателей с электроприводом также можно пользоваться приведенными газодинамическими характеристиками, но только для какого-то вполне определенного значения , так как электропривод не имеет регулируемую частоту вращения.

Наличие надежных приведенных характеристик с использованием соотношений (1.3-2.6) позволяет относительно легко определять мощность ГПА в эксплуатационных условиях.

Пример 2.1. Определить степень сжатия по нагнетателю, коэффициент полезного действия ( ), производительность и мощность на муфте нагнетателя типа 370-18-1 при следующих исходных данных: частота вращения = 4500 об/мин, начальное абсолютное давление сжатия = 5,0 МПа, конечное абсолютное давление 6,1 МПа, температура газа на входе, = 288,2 К, газовая постоянная R = 510 Дж/кг·К.

Решение. Определение рабочих параметров нагнетателя при заданных исходных данных можно осуществить в такой последовательности:

1. Определяется относительная плотность газа по воздуху

,

где и - соответственно, газовая постоянная воздуха ( ) и газа ( ), определяемые как отношения универсальной газовой постоянной (R = 8314 Дж/кг·К) к мольной массе газа.

2. В зависимости от среднего давления процесса сжатия и начальной температуры газа при найденной относительной плотности газа по воздуху по номограмме (см. рис. 1.1) определяется коэффициент сжимаемости газа, = 0,9.

3. По уравнению состояния реального газа ( ) определяется его плотность на входе в нагнетатель

4. Определяется степень сжатия по нагнетателю

.

3. Определяется приведенная относительная частота вращения вала нагнетателя

3. С использованием приведенной характеристики нагнетателя (Рис. 1.36) при найденных значениях = 1,22 и приведенной частоте вращения вала нагнетателя = 0,96 определяется приведенная объемная производительность: = 480 м мин.

7. Приведенная относительная внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем и его политропический КПД при = 480 м / мин по характеристике Рис. 1.36 составят:

= 260·кВт/(кг/м ); = 0,82.

8. Фактическая производительность нагнетателя составит:

м /мин.

Объемный, или "коммерческий" расход, приведенный к стандартным условиям, определяется соотношением

·млн.нм /сут.

= 1,206·0,56 = 0,675 кг/м

9. Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем

= 8098 кВт.

10. Мощность на муфте привода нагнетателя

= 8098 + 100 = 8198 кВт,

где - механические потери мощности в системе ГПА, принимаемые в расчетах для этого типа агрегатов на уровне 100 кВт.