Бақылау сұрақтары:

1. Магистралды газ құбырларының өткізу қабілетін қалай арттырады?

2. Газөткізгіштің өткізу қабілетін χ есе арттыру үшін қажет болатын лупинг пен орнатылымның ұзындықтары қалай табылады?

3. Биіктіктердің айырмасын ескерген жағдайдағы газ құбырының коммерциялық тәуліктік (көлемдік) өткізгіштік қабілеті қалай табылады?

Дәріс 7. Компрессор стансасының жұмыс тәртібін есептеу. Магистралды газ құбыры мен компрессор стансаларының бірлескен жұмысы

Магистралды газ құбырларын жобалағанда үлкен шығындардың өзінде де (15-20 млрд. м³/жыл) сығу дәрежесі 1,5-1,6 болатын екі сатылы сығылуды жиі қолданады, бірақ бір сатылы сығылу келтірілген шығыны жағынан да, басқадай экономикалық көрсеткіштері жағынан да тиімді. Екі сатылы сығылудың артық жақтары мынада. Сенімділігі жоғары, қор коэфициенті бірдей болғанда көп агрегаттар қорда тұрады. Өнімділікті кең ауқымда реттеуге болады. КС ауданшалары аз. Газодинамикалық сипаттамалары тіктеу болатындықтан КС орнықты жұмыс істейді.

Әрбір айдағыш түрін нақты жағдайдағы тексеру көмегімен сол нақты жағдайларға сәйкес келетін келтірілген сипаттама алынады. 9 - суретте Н-300-1,23 айдағышының 1 – түрлі сипаттамасы берілген (газ құбырларында қолданыс тапқан барлық айдағыштардың сипаттамаларын ВНИИГ арнайы альбом (атлас) түрінде шығарған). Басқа жағдайларда қарастыру үшін төмендегі қатыстар қолданылады:

. (93)

«в» индексі параметрлер сору жағдайында алынғанын көрсетеді (айдағыш кірісінде). КС – ның жұмыс тәртібін есептеу төмендегі кезекпен жасалады. Алдымен (93) көмегімен Q_пp сорудағы келтірілген көлемдік шығын мен (п/п_н)_пр келтірілген салыстырмалы айналу жиілігі есептеледі (п_н –номиналды айналу жиілігі).

9-сурет. 1 – түрлі Н-300-1,23 айдағышының сипаттамасы: Т_в=288К, R_пр=490,5 Дж/(кг∙К), z_пр=0,916 (п/п_пр)=0,7-1,1, п_н=6150 айн/мин

Есептік Q_пp шығын помпажға сәйкес шығыннан кем дегенде 10% - ға артық болу керек (сипаттаманың басы; 9 – суретте помпаж шекарасы 175 м³/мин шығынға сәйкес). Сосын, Q_пp және (п/п_н)_пр мәндері арқылы сәйкес қисықтардан η_пол политропты п. ә. к., (N_i/ρ_в)_пр келтірілген ішкі қуат және ε сығылу дәрежесі анықталады. (3) – көмегімен N_i индикаторлы қуат есептеледі. Жетек муфтасындағы қуат N_i индикаторлы қуатқа N_мex механикалық шығынға жұмсалатын қуатты қосу арқылы табылады. Есептеулерде газотурбинді жетек үшін N_мex=100кВт және электр жетек үшін N_мex=150кВт деп алынады.

1 – түрлі сипаттама агрегаттарды рационалды жүктеу үшін қолданылады. Диспетчерлік қызмет үшін 2-түрлі газодинамикалық сипаттама ыңғайлы (8-сурет). Оны (Q_к)_пр коммерциялық шығын арқылы салады. Мұндай сипаттаманы айдағыштардың нақты қосылысы үшін салады. Электр жетекті ортадан тепкіш айдағыштарға келтірілген газодинамикалық сипаттамаларды қолдануға болады, бірақ (п/п_н)_пр мәні тек жалғыз ғана болады, себебі газ құбырлары үшін айналу жиілігі реттелетін электродвигателдер шығарылмайды. Электр жетекті айдағыштарды жүктегенде көрсеткіштер газ турбинді жағдайдағыдан нашарлау. Сондықтан 5,5 МПа қысымдағы электродвигателді ГПА үшін негізінен «280» түріндегі айдағыш қолданылады, оның диаметрлері 564, 590, 600 және 620 мм (әрбір диа­метр бірнеше модификацияда жасалады) болатын роторлары бар. Құбыр өнімділігі мен КС кірісіндегі қысымға байланысты диаметрлері мен құрылымдары әртүрлі роторлар қолданылады. Ал 7,5 МПа қысымға электр жетекті 370-18-2 түріндегі айдағыш арналған.

Жоғарғы пайдалану сенімділігі, кең ауқымды жұмыс қысымдарында жұмыс істей алу мүмкіндігі, өнімділігін айналу жиілігімен және «өлі кеңістік» көлемін өзгерту арқылы реттеуге болатындығы поршенді компрессорларды газ тасымалдау және сақтау кешендерінде кең қолдануға жол ашты. 10ГК түрлі газ компрессорлары компрессор цилиндрлерінің түрі мен санына байланысты бірнеше түрде кездеседі, олар сонымен бірге сығу сатысының санын өзгерте алады. Бұлардың өнімділігін соратын клапандардың бір бөлігін ашып тастау арқылы да реттеуге болады. Поршенді компрессорлардың өнімділігі мен білігіндегі қуаты жүктемелік қисықтар арқылы табылады. 10ГК түрлі газ компрессорларының әр түрлері үшін жүктемелік қисықтар анықтамалық әдебиеттерде берілген.

Сығу дәрежесінің берілген мәнінде сору шартындағы бір цилиндрдің Q_ч көлемдік сағаттық берілісін және N_i индикаторлық қуаттың мешікті шығынын анықтайды. Көлемдік сағаттық беріліс п_ц жұмыс істеп тұрған цилиндрлер үшін мынаған тең:

Q_к.ч=Q_чп_ц. (95)

Компрессор тұтынатын қуат төмендегдей табылады:

N= р_вп_ц N_i+п_ц12,5. (96)

Мұндағы 12,5 кВт – бір компрессор цилиндрінде кедергіде жоғалатын қуат. 10ГК түрлі газ компрессоры айналу жиілігін 250-315 айн/мин аумағында өзгерте алады. Номиналды п_н = 300 айн/мин жиіліктен басқа п айналу жиіліктеріндегі компрессордың жұмыс тәртібі жоғарыда аталған жүктемелік қисықтар арқылы есептеледі. Бірақ беріліс пен меншікті индикаторлық қуатты есептегенде айналу жиілігінің түзетуі ескеріледі, яғни Q_к.и және N_i мәндерін п/300 шамасына көбейту керек.

Айдағыштардың барлық түрінде де нақты газды сығу үрдісінде оның температурасы артады. Температураның арту мөлшерін политропты (адиабатты) сығу формуласы көмегімен есептеуге болады:

. (96)

мұндағы m - политропа (адиабата) көрсеткіші, табиғи газдар үшін ол көрсеткіш 1,25-1,4 аралығында жатады, орташа m=1,32; «в» және «н» индекстері айдағыштың кіретін және айдайтын құбырларына сәйкес келеді.

Магистралды газ құбыры мен компрессор стансаларының жұмыс тәртіптері өзара байланысты: құбырдағы газ шығыны КС берілісіне тең, ал айдау қысымы аралық басындағы қысымға, келесі КС кірісіндегі қысым аралық соңындағы қысымға тең болады. Сондықтан КС жұмыс тәртібінің кез-келген өзгерісі құбырдың жұмыс тәртібін өзгертеді, және керісінше. Сондықтан газ құбырының өткізу қабілетін тек шығын формуласымен, немесе айдағыш сипаттамасымен табу мүмкін емес.

Құбырөткізгіш пен КС-ы біртұтас қарастырылуы керек, технологиялық есептеуде газ құбыры мен құбырөткізгіштің жұмыс тәртіптері келісілген түрде болу керек. Мұндай келісілу КС сипаттамасы мен КС аралығының сипаттамасы теңдеулерін жүйесін шешу арқылы анықталу керек. КС сипаттамасының теңдеуі жуықтап төмендегі түрде жазылады:

, (97)

мұндағы р_в - сору қысымы (немесе жуық түрде аралықтағы соңғы қысым) және р_н - айдау қысымы (немесе жуық түрде аралықтағы бастапқы қысым); ал КС аралықтарындағы газ құбыры сипаттамасының теңдеуін (59)-өрнектен мынандай түрде жазған ыңғайлы: , осыдан

, (98)

Бұл жерде - тұрақты коэффициент; L – аралық ұзындығы.

Екі ғана КС бар қарапайым магистралды газ құбырын қарастырамыз. Газ құбырының жұмыс тәртібін біртұтас газодинамикалық жүйе деп есептей отырып, газ құбырының Q өткізу қабілетін, сол сияқты келесі КС үшін р_в сору қысымы мен р_н1 айдау қысымын табу керек; газ құбырының бастапқы және соңғы қысымдары белгілі және тұрақты (10-сурет).

Бұл есеп газ құбырындағы екі аралықтың сипаттамасы мен КС сипаттамасынан тұратын үш теңдеулер жүйесін шешумен шығарылады:

,

, (90)

.

(90)-теңдеулер жүйесін шеше отырып, табамыз:

. (91)

Егер екінші КС жұмыс істемесе, (91) - теңдеу газ құбыры бөлігіндегі шығын теңдеуіне айналады, себебі бұл жағдайда а=1, a b=0. (91) – теңдеуден мынандай практикалық маңызды қорытынды шығады: газ құбырының басы мен аяғындағы газ қысымдары бірдей болғанда және КС сипаттамасы өзгеріссіз қалса, онда неғұрлым екінші КС газ құбырының басына жақын орналасса, соғұрлым газ құбырының тұтас жүйе ретіндегі өткізу қабілеті көп болады. Бұл жағдайда екінші КС кірісі мен шығысындағы қысымдар да көп бола береді. Екінші КС-ның құбыр басына ығысқан кездегі өткізу қабілетінің көбеюі КС-дағы сығу дәрежесінің көбеюімен (р_н1 қысым көбейгендіктен, нәтижесінде газды екінші КС-да сығу кезіндегі көлемдік өнімділіктің азаюы себепті), сол сияқты екі аралықтағы да орташа қысымның көбеюімен байланысты (бұл жағдайда орташа жылдамдық азайып, кедергіге жұмсалатын шығынды азайтады).

п компрессорлық стансасы бар газ құбыры үшін мынандай теңдеулер жүйесін жазуға болады:

, ,

, ...,

, .

Мұндағы р_в1 және р_н1 – бас КС-дағы сору және айдау қысымдары. Осыдан КС – газ құбыры жүйесіндегі жұмысшы газ шығынын табуға болады. Ол НПС – мұнай құбыры жүйесіндегі жұмыс нүктесі ұғымына ұқсас. Әдетте компрессор стансалары бір-бірінен айырмашылықсыз, ал олардың аралықтары бірдей ұзындықта болады (соңғы аралықтан басқалары, соңғы аралық ұзындығы р_к соңғы қысымға тәуелді), яғни a₁=a₂=…=a_n, b₁=b₂=…=b_n, c₁=c₂=…=c_n. Сонда КС – газ құбыры жүйесіндегі жұмысшы газ шығыны мынаған тең:

, (92)

мұндағы - КС аралықтарының ұзындығы, - соңғы аралықтың ұзындығы, .

Егер газ құбырының бастапқы нүктесі ретінде бас КС-ң сору коллектрін емес, айдағыш коллекторын алса (қысым р_н1 шамасына тең болатын), онда жүйеден бірінші теңдеуді алып тастау керек. Сонда

, (93)

(92) және (93)-теңдеулерді талдау мынаны көрсетеді: а»1 болғандықтан, бастапқы қысымның өткізу қабілетіне тигізетін әсері өте көп те, соңғы қысымның әсері елеусіз. п станса саны көбейген сайын бастапқы қысымның әсері соншама арта түседі. Газөткізгіштің жалпы ұзындығы L_тр болса, онда L_тр=пL+L_п . Сонда L аз болса, соңғы аралық L_п көп болады да, у мәні азайып кетеді және (92) және (93)-теңдеулер бойынша өткізу қабілеті артады екен. Бірақ бұл жағдайда қысымдар өте үлкен болып кетуі мүмкін. Өткізу қабілетінің арту себебі, орташа қысым көп болса, онда жылдамдық аз болады және кедергіге кететін шығын азаяды.

Газ құбырының соңғы пунктіндегі қысым өткізу қабілетіне мүлдем аз әсерін тигізеді; ол кең ауқымда өзгерсе де, одан өткізу қабілеті өзгере қоймайды екен. Станса саны п неғұрлым көп болса, соғұрлым р_к шамасының Q өткізу қабілетіне әсері аз; ал станса саны п неғұрлым көп болса, соғұрлым р_н шамасының Q өткізу қабілетіне әсері көп бола береді.

Компрессор стансалары бір-бірінен айырмашылықсыз, ал олардың аралықтары бірдей ұзындықта болғанда, кез-келген стансадағы сору және айдау қысымдары аналитикалық жолмен оңай табылады: кез-келген х компрессор станса үшін мынандай өрнек аламыз:

(94)

Осыдан мынандай қызық қортынды шығады: компрессор стансалары бір-бірінен айырмашылықсыз, ал олардың аралықтары бірдей ұзындықта болғанның өзінде, олардағы сору және айдау қысымдары бірдей болмайды екен. Сору және айдау қысымдары барлық стансада бірдей болу тек белгілі бір шығында ғана мүмкін болады:

, (95)

Негізгі әдебиет: 1 нег. [161-181], 2 нег. [173-178]

Қосымша әдебиет: 1 қос. [133-143], 3 қос. [13-17]