1.1.4 Расчет расхода топливного газа при эксплуатации компрессорного цеха кс-18

1.1.4.1 Расчет расхода топливного газа при эксплуатации гтк-10-4 до реконструкции

сссссХарактеристика газоперекачивающего агрегата ГТК-10-4 необходимая для расчета приведена в таблице 1.4.[3]

Таблица 1.4 – Характеристика газоперекачивающего агрегата ГТК-10-4

Наименование параметра	Обозначение	Величина
1	2	3
Номинальная мощность, кВт	Nе0	10000
Давление газа на входе в нагнетатель, МПа	P1	5,32
Давление газа на выходе из нагнетателя, МПа	P2	7,45
Температура газа на входе в нагнетатель, ᵒК	Т1	288,15
Температура газа на выходе из нагнетателя, ᵒК	Т2	318,15
Номинальная частота вращения силового вала ГПА, об/мин	nн	4800
Температура воздуха на входе в осевой компрессор,ᵒ К	Твх	283,15
Давление воздуха на входе в осевой компрессор, МПа	Pвх	0,1
Низшая теплота сгорания топливного газа, кДж/м3	Qнр	33500
Газовая постоянная, Дж/кг •ᵒК	R	506,9

Продолжение таблицы 1.4

1	2	3
Механические потери в редукторе и подшипниках нагнетателя при номинальной загрузке, кВт	∆Nмех	100
Эффективный коэффициент полезного действия на валу силовой турбины двигателя (учитывая длительный срок эксплуатации), %		20

КоммерческаяспроизводительностьсКС,смлн.см³/сут Состав газа Уренгойского месторождения представлен в таблице 1.5.

Таблица 1.5 - состав газа Уренгойского месторождения[4]

Компо-ненты газа	Содержа-ние в %	Моляр-ная масса кг/кмоль	Критичес-кий пара-метр Ткр, К	Критиче-ский пара-метр Ркр, МПа	Плотно- сть газо-вых ком-понентов при нормаль-ных условиях	Плотноть газовых ком-понентов при стан-дартных условия-х
1	2	3	4	5	6	7
Метан СН	98,8	16,04	190,68	4,52	0,717	0,669
Этан С Н	0,070	30,07	305,75	4,88	1,356	1,264

Продолжение таблицы 1.5

1	2	3	4	5	6	7
Пентан С5Н12	0,01	72,15	460,90	3,29	3,457	3,228
Двуо-кись углерода СО	0,290	64,07	304,26	7,28	1,9768	1,8423
Азот Н	0,980	28,02	126,26	3,45	1,2505	1,1651
Воздух	0,729	28,96	132,65	3,777	1,2928	1,2050

Расчет режима работы КС[5]

чччччОпределяем молярную массу природного газа по правилу аддитивности, кг/кмоль

(1.1)

где - объемная доля компонентов газа;

- молярная масса компонентов газа.

Определяем газовую постоянную природного газа, Дж/кг·К

, (1.2)

где - универсальная газовая постоянная,

_,

Определяем псевдокритические параметры T_kpi и P_крi

(1.3)

_{ммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммммм}(1.4)

где T_kpi и P_крi - критические параметры температуры и давления компонентов природного газа.1

ссссОпределяем плотность газа при нормальных и стандартных условиях при Т=273,15 К, Р=0,1013 МПа

(1.5)

где 22,41 – объем 1 киломоля газа при нормальных условиях, м /кмоль,

при Т=293,15 К и Р=01013 МПа

(1.6)

где и - соответственно объемная доля и плотность компонентов природногомгазампримстандартныхмусловиях. мммммОпределяем относительную плотность газа, т.е. отношение плотности газа к плотности воздуха при нормальных и стандартных условиях

м м м м м м м м м м м м м м (1.7)

м м м м м м м м м м м м(1.8)

уууууОпределяем приведенные параметры температуры и давления газа, отнесенные к условиям всасывания

(1.9)

(1.10 )

где

мммммОпределяем коэффициент сжимаемости газа, отнесенный к условиям всасывания, коэффициент сжимаемости природных газов при давлениях до 15 МПа и температурах 250-400ᵒК, Z, вычисляют по формуле

_(1.11)

где

(1.12)

(1.13)

сссссОпределяем плотность газа, отнесенные к условиям всасывания

(1.14)

сссссОпределяем число групп работающих агрегатов

(1.15)

1-ая группа: 1-ый и 2-ой нагнетатель, 2-ая группа: 3-ий и 4-ый нагнетатель, 3 группа 5 -ый и 6 - ой нагнетатель.

(1.16)

иииииОпределяем производительность ЦБН при условиях всасывания

(1.17)

ммммЗадаемся тремя значениями оборотов ротора ЦБН в диапазоне возможных частот вращения и определяем и

ммммОпределяем по следующей формуле

(1.18)

иииииОпределяем по следующей формуле

(1.19)

иииитПолученные точки наносим на приведенную характеристику ВНИИГаза (рисунок 1.3) и соединяем линией (плавная кривая).[6]

Определяем степень повышения давления КС и групп ЦБН

(1.20)

ччччПринимая, что группы нагнетателей загружены равномерно

(1.21)

ЧчччОпределяем степень повышения давления, начальное и конечное давления и температуры газа

(1.22)

_ммммПотери давления на всасывании 2-ого нагнетателя равны

(1.23)

иииииТемпература на всасывании 1-ого нагнетателя

Т_к определяется по следующей формуле

(1.24)

где к – показатель адиабаты природного газа, к=1,31,

- политропный КПД, определяется по приведенной характеристике ВНИИГаза для каждого нагнетателя.

иииииОпределяем приведенные давления и температуру газа при условиях всасывания по формулам 1.9 и 1.10

иииииОпределяем коэффициент сжимаемости газа при условиях всасывания по формуле 1.12

где

где

иииииОпределяем плотность газа при условиях всасывания по формуле 1.14

По приведенной характеристике ВНИИГаза определяем [11]

Рисунок 1.3 – Приведенная характеристика ЦН 370-18-1

z_пр=0,888, R_пр=503,16 Дж/кг К, Т_пр=288,15К

По приведенной характеристике нагнетателя находим приведенную внутреннюю мощность =203 кВт м³/кг и приведенную объемную производительность нагнетателя Q_пр=282 м³/мин.

Определим частоту вращения силового вала ГТК - 10- 4 по формуле 1.18

об/мин.

Определяем внутреннюю мощность, потребляемую нагнетателем

(1.25)

_{Для первого нагнетателя}

_{Для второго нагнетателя}

Определяем мощность на муфте

(1.26)

где N_мех - потери мощности (определяются по паспортным данным ГПА), N_мех=100 кВт.

_{Для первого нагнетателя}

_{Для второго нагнетателя}

Определяем располагаемую мощность ГТУ

кВт (1.27)

где - номинальная мощность ГТУ 10000 кВт;

K_N - коэффициент технического состояния ГТУ =0,95;

К_t - коэффициент, учитывающий влияние температуры атмосферного воздуха =0,851;

К_y - коэффициент, учитывающий наличие утилизатора тепла К_у=1;

- коэффициент, учитывающий влияние высоты над уровнем моря К_Ра = 0,965;

- коэффициент влияния относительной скорости вращения ротора силовой турбины; обычно учитывается в составе коэффициента K_N, т.е. принимается равным = 1,0.

Учет влияния температур атмосферного воздуха производят в соответствии с технической документацией конкретного типоразмера ГТУ формула 1.28

(1.28)

где Т_а - расчетная температура атмосферного воздуха на входе ГТУ, К;

k_t - коэффициент, величины которого для некоторых типов ГТУ, для оценочных расчетов рекомендуется принимать k_t =3,0.

Расчетная температура атмосферного воздуха на входе ГТУ определяется по формуле (1.29)

_(1.29)

где - средняя температура атмосферного воздуха расчетного календарного периода, ᵒК принимаем 298ᵒК. [7]

Для ГТК-10-4 при > значение принимается равным .

Определяем расход топливного газа по ГТУ по формуле 1.30 [8]

(1.30)

мммм Расход топливного газа для одного ГТК-10-4 составил 3945,89 м³/ч, для цеха при полной загрузке всех агрегатов

_.