Глава 3. Расчет режима работы кс

Расчет режима работы КС производится при проектировании станций и газопроводов, а также при их эксплуатации.

Расчет состоит в определении мощности N, потребляемой каждой КМ, и мощности , развиваемой приводящим ее двигателем.

Возможность транспорта газа в заданном количестве существует при соблюдении неравенства:

.

Экономичность при и следующих условиях:

> 0,8; 0,9 , при >273⁰ К; (3.1)

> 0,8; 0,85 , при <273⁰ К; (3.2)

где - давление на входе КС или требуемое давление на выходе станции, МПа;

- давление на выходе КС;

- политропический К.П.Д., определяемый по приведенной характеристике нагнетателя;

- средняя температура наружного воздуха в рассматриваемый период, определяемая по справочным данным [3], К.

При проектировании КС рассчитывается для среднегодовых значений .

3.1 Расчет располагаемой мощности привода.

Располагаемая мощность ГТУ, приводящей ЦБН, находится в зависимости от условий работы установки по формуле:

, кВт; (3.3)

где - номинальная мощность ГТ, кВт;

- коэффициент, учитывающий техническое состояние ГТУ;

- коэффициент, учитывающий влияние температуры наружного воздуха;

- коэффициент, учитывающий влияние противообледнительной системы;

- коэффициент, учитывающий влияние системы утилизации тепла выхлопных газов;

- расчетное давление наружного воздуха, МПа;

и - расчетная и номинальная температуры воздуха на входе в ГТУ, К;

(3.4)

где - средняя температура наружного воздуха в рассматриваемый период, К;

- поправка на изменчивость климатических параметров и местный подогрев наружного воздуха на входе в ГТУ, =5 К.

Значения , , , , принимаем по табл. 23 [4].

Численное значение при отсутствии технических данных по системе утилизации тепла принимать равным 0,985, а при выполнении курсовой работы равным единице. Значение располагаемой мощности не должно превышать номинальную мощность на 15 %. Если в результате расчета получена большая величина, то следует принимать:

, кВт. (3.5)

Расчетная температура воздуха на входе в ГТУ:

К.

Расчет режима работы производим для принятого варианта КС с газоперекачивающими агрегатами типа ГТК-10 и с ЦБН RLC-802/24.

Определим располагаемую мощность ГТУ:

МВт; К; ; ;

; ;

кВт.

3.2 Расчет первой ступени сжатия кс.

3.2.1 Определение параметров газа на входе нагнетателей первой ступени сжатия.

; (3.6)

; (3.7)

где и - температура газа на входе в нагнетатель первой ступени и на входе КС, К;

и - давление газа на входе нагнетателей и КС, МПа;

- потери давления во входных технологических коммуникациях КС, принимаются по табл. 1 [4], МПа.

В данном случае не учитывается, так как из прил. 16 [2] берется в первую ступень сжатия уже с учетом потерь давления, поэтому:

МПа;

МПа;

К.

3.2.2 Расчет плотности газа при условиях всасывания.

; (3.8)

где R - газовая постоянная, транспортируемого газа, Дж/(кг·К);

- давление на входе нагнетателя первой ступени сжатия, Мпа;

- температура газа на входе в нагнетатель первой ступени, К;

z₁ - коэффициент сжимаемости газа при условии всасывания, определяем по номограмме (приложение 20а [2]); z₁ = 0,9;

кг/м3.

3.2.3 Определение объемной производительности нагнетателя.

; (3.9)

; (3.10)

где k - количество параллельно работающих нагнетателей;

Q_кс – производительность КС, м³/сут;

Q – производительность нагнетателя, м³/сут;

Q_v - объемная производительность нагнетателя, м³ /мин;

м³/сут;

м³/мин.

3.2.4 Определение допустимого интервала изменения числа оборотов ротора нагнетателя.

а) из условия экономичности работы нагнетателя:

, об/мин. (3.12)

где и - минимальное и максимальное значение , соответствующее зоне приведенной характеристики нагнетателя с , м³/мин;

По приложению 21 [2] определяем:

м³/мин и м³/мин.

Учитывая необходимость беспомпажной работы нагнетателя корректируем . Нагнетателю гарантируется беспомпажныя работа при соблюдении неравенства

; (3.13)

где - приведенная производительность нагнетателя, м³/мин;

- значение из приведенной характеристики, соответствующее максимуму зависимости для рассматриваемого значения , а при отсутствии максимума у зависимости - минимальному значению из приведенной характеристики.

Ориентировочно приняв получим:

м³/мин;

м³/мин.

По приложению 16 [2] определяем:

об/мин.

По формуле (3.12) определяем:

об/мин;

об/мин;

Интервал изменения числа оборотов ротора нагнетателя из данного условия:

об/мин.

б) из условия соблюдения правил технической эксплуатации газотурбинного привода нагнетателя.

где i – передаточное число редуктора, соединяющего вал силовой турбины с валом нагнетателя, в данном случае i = 1;

и - минимально и максимально допустимые значения частоты вращения вала силовой турбины.

По приложению 16, [2] определяем:

об/мин.

Следовательно, исходя из отмеченных условий принимаем рабочий интервал регулирования:

об/мин.

3.2.5. Определение приведенной производительности нагнетателя.

, м³/мин; (3.14)

где Q_v- объемная производительность нагнетателя, м³/мин;

n_н - номинальная частота вращения ротора нагнетателя, об/мин;

n - потребная частота вращения ротора нагнетателя, об/мин.

В ходе расчета было установлено, что оптимальный режим по мощности и степени сжатия наблюдается при регулировании частоты оборотов в сторону уменьшения на 350 об/мин.

Принимаем об/мин.

м³/мин.

3.2.6 Расчет приведенного числа оборотов ротора нагнетателя.

; (3.15)

где z_пр, R_пр, Т_пр - параметры газа с приведенной характеристики нагнетателя ГТК-10 И

z₁, R₁, T₁ - параметры газа на входе нагнетателей первой ступени сжатия определенные в п. 3.2.1.

; Дж/(кг·К); К.

;

3.2.7 Проверка удаленности режима работы нагнетателя от границы помпажа.

Как уже отмечалось нагнетателю гарантируется беспомпажная работа при соблюдении неравенства (3.13)

При данных параметрах имеем:

м³/мин;

; (3.16)

Следовательно, условие беспомпажной работы выполняется.

3.2.8 Определение степени сжатия нагнетателей и относительной приведенной мощности нагнетателей по приведенной характеристике нагнетателя.

По прил.21 [4] находим:

; кВт/(кг/м³).

3.2.9 Расчет мощности потребляемой нагнетателем.

, кВт; (3.17)

кВт.

3.2.10 Определение потребной мощности для привода нагнетателя

; (3.18)

где η_мех - механический к.п.д. нагнетателя. По прил.7 [2] .

кВт.

Проверка условия:

(3.19)

Условие возможности транспорта газа в заданном количестве соблюдается.

3.2.11 Расчет параметров газа на выходе нагнетателей первой ступени

; (3.20)

. (3.21)

где и - давление и температура газа на выходе первой ступени нагнетателей, МПа и К соответственно.

и - давление и температура газа на входе первой ступени нагнетателей, МПа и К;

ε - степень сжатия нагнетателей;

η_пол - политропический к.п.д. нагнетателя соответствующий значению Q_пр.

η_пол = 0,809;

МПа;

К.

3.2.12 Проверка условий по КС.

Для окончательной проверки режима работы КС должно выполнятся условие (3.24) и (3.25):

(3.24)

; (3.25)

где и - соответственно давление и температура газа на выходе нагнетателей последней ступени сжатия, МПа и К;

- потери давления в коммуникациях на выходе КС, которые следует принимать по приложению 8 [2].

МПа.

- номинальное давление на выходе КС или требуемое давление на выходе станции, определяется по табл. 1 [4] МПа;

МПа.

- допустимая температура из условия сохранения прочности и устойчивости трубопровода и изоляции;

= 333 К.

Следовательно:

условие (3.24): МПа;

МПа.

условие (3.25): К.

Условия выполняется, следовательно, ГПА подходит.

Окончательно принимаем вариант КС с ГПА типа ГТК-10 И с ЦБН RLC-802/24 с одноступенчатым сжатием при числе рабочих ГПА равным 4 и 2 резервным агрегатам.