Добавил:

spbguap9 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Предмет:

Добыча нефти и газа

Файл:

Перемещение и сжатие газов

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

01.02.2021

Размер:

2.01 Mб

Скачать

☆

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Перемещение и сжатие газов

Машины, предназначенные для перемещения и сжатия газов, называются

компрессорными машинами.

Сжатие газов используют для проведения процессов под давлением, для создания вакуума и для перемещения газов. Диапазон давлений, используемых в

промышленности -	10	6	10	3	атм (то есть до 100 МПа).

Классификация компрессорных машин производится:

1.По степени сжатия;

2.По принципу действия.

Степень сжатия – это отношение конечного давления к давлению

всасывания.

По степени сжатия различают:

Вентиляторы

/ P 1,1

- используются для перемещения больших

количеств газа;

Газодувки

1,1 P

/ P 3,0

- используются для перемещения газа при

достаточно высоком сопротивлении сети;

Компрессоры

/ P 3

используются для

создания высоких

давлений;

Вакуум-компрессоры

/ P 1

- используются

для перекачивания

газов при давлении ниже атмосферного.

По принципу действия различают:

1. Поршневые – сжатие газа происходит в результате уменьшения объема при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре;

2. Центробежные – сжатие газа происходит под действием центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса;

3. Ротационные – сжатие газа происходит при вращении эксцентрично расположенного ротора;

4. Осевые – сжатие газа происходит при движении его вдоль оси рабочего колеса и направляющего аппарата;

5. Струйные – сжатие и перемещение газов осуществляется за счет кинетической энергии высокоскоростной струи водяного пара или другого газа.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Особенность вакуум-компрессоров – в них всасывание происходит при давлении значительно ниже атмосферного, а нагнетание – несколько выше

атмосферного. Обычно используют поршневые и ротационные машины.

Для небольшого разрежения при больших объемах газа применяют вентиляторы и газодувки, а при большей производительности – эксгаустеры.

Термодинамические основы процесса сжатия

Изменение трех основных параметров (P, V и T) при сжатии до			10 атм. характеризуется уравнением состояния идеального газа:
	PV RT ;
V – удельный объем;
R – газовая постоянная.
При больших давлениях справедливо уравнение Ван-дер-Ваальса:
	a		V b RT
P			V b RT
		2	;
	V	2
	V

a, b – величины, постоянные для данного газа.

Обычно при практических расчетах процесса сжатия используют T-S диаграмму, построенную на основе опытных данных (для 1 кг газа).

АКВ – пограничная кривая; К – критическая точка;

АК – линия полной конденсации пара (исчезновение паровой фазы); х=0 (влажность); КВ – линия полного испарения жидкости (исчезновение жидкой фазы) и образование сухого пара; влажность пара х=1 (степень сухости).

Под кривой АКВ одновременно существуют 2 фазы – Жидкость и Пар. На диаграмму нанесены изобары

P const :

В области перегретого пара направлены круто вверх;

В области влажного пара – совпадают с изотермами, так как испарение жидкости при данном давлении происходит при

Изоэнтальпы

const . i const

- для реальных газов не совпадает с изотермой.

Процессы сжатия газов

1.Изотермические – все выделяющееся при сжатии тепло полностью отводится, температура газа после сжатия остается постоянной;

2.Адиабатический – теплообмен с окружающей средой полностью отсутствует, все выделяемое тепло полностью затрачивается на повышение температуры газа;

3.Политропический – реальный процесс.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

АВ – изотермический процесс

AD – адиабатический процесс

dT dQ



0 0

;

; поскольку dS dQT , то

;

АС – политропический процесс.

Из диаграммы можно определить количество тепла, выделяющегося при сжатии 1 кг газа (численно равное удельной работе сжатия):

Для изотермического процесса:

qиз

lиз

SA SB

;

Для адиабатического процесса:

ад

;

Для политропного процесса:

;

пол

Аналитические формулы

Для изотермического процесса:

	PV ln		P
l			2
l
из	1	1	P
			P
			1

;

Для адиабатического процесса: lад

Для политропного процесса: lпол

			k 1
k		P2	k
k		P2
	PV
k 1	PV
k 1	1 1	P
		1

				m 1
				m 1
m			P	m
	PV		2
	PV
m 1	1	1	P
m 1			P
			1



1 ;




1	;
	;

где

- удельная работа сжатия;

k		cP	- показатель адиабаты (для воздуха k 1,4 );


		cV
m	- показатель политропы.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Температура газа после сжатия

Для изотермического процесса: T2 T1 ;

				k 1
	T		P	k
	T	T	2
Для адиабатического процесса:	2	1	P	;
Для адиабатического процесса:				;

			1

				m 1
	T		P	m
	T	T	2
Для политропного процесса:	2	1	P		;
	2	1

			1

Теоретическая мощность, затрачиваемая компрессором

Вт

N	теор	G l Q	l
	теор	сек

;

(кг/с);

- удельная работа сжатия;

		1
		V
		V

кг /

м	3

Наименьшая работа затрачивается при изотермическом сжатии (например, при водяном охлаждении сжимаемого газа).

Для оценки эффективности применяют относительный К.П.Д., основанный на сравнении данной машины с наиболее экономичной машиной того же класса.

Для машин с водяным охлаждением m 1,35 изотермический К.П.Д.:

	N		из
				;

из	N
из
		факт
		факт

Для машин без охлаждения m k адиабатический К.П.Д.:

	N		ад


ад	N
	N	факт
		факт

;

Сжатие газа по адиабате наиболее экономично из класса компрессоров, работающих без охлаждения.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Мощность на валу двигателя:

факт

теор

м ех

из, ад

м ех

теор пол н

;

м ех - механический К.П.Д.

ад	0,93 0,97	;

из 0,64 0,78 ;

мех 0,85 0,95 ;

Номинальная мощность двигателя:

N		N	e
N

	дв
		пер		дв
		пер		дв

Установочная мощность:

;

N	уст

N	дв

1,1 1,15 N	дв

;

Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры делятся:

a)Одноступенчатые и многоступенчатые;

b)Простого и двойного действия;

c)Вертикальные и горизонтальные.

Одноступенчатые компрессоры

В них газ сжимается до конечного давления в одном цилиндре, или нескольких цилиндрах, но работающих параллельно (одна ступень сжатия).

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун; 6 – кривошип; 7 – маховик; 8 – ползун (крейцкопф).

Схемы одноступенчатых поршневых компрессоров:

а) Одноцилиндровый простого действия (бескрейцкопфный);

б) Одноцилиндровый двойного действия (эти компрессоры более сложны, но имеют практически вдвое большую производительность);

в) Двухцилиндровый простого действия (привод осуществляется от одного

коленчатого вала с кривошипами, сдвинутыми на	180	; на линии устанавливается

ресивер; стенки цилиндров часто имеют водяную рубашку).

Преимущества вертикальных компрессоров

1.Более быстроходны (300-500 об/мин против 100-240 об/мин в горизонтальных).

2.Меньший износ поршней и цилиндров, так как поршень не опирается на рабочую поверхность цилиндра, и достигается более равномерная смазка, а также благоприятного для фундамента направления сил инерции);

3.Меньшая требуемая производственная площадь.

Индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора (зависимость P V за один оборот коленчатого вала):

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Крайние положения поршня не доходят до стенки цилиндра – относительный объем «мертвого» пространства:

0,025 0,06 ;

		V
		М .П .
		М .П .
		V	П
			П

;

Рабочий объем цилиндра

, описываемый поршнем за один ход.

Наличие «мертвого» пространства уменьшает производительность.

При расширении газа давление падает до

0 , меньшего давления во всасывающей линии

1 .

При

0 откроется всасывающий клапан. Объем всасывания:

в с

0 П

, где

- объемный К.П.Д.

При движении влево – политропическое сжатие газа (линия ВС) до давления, несколько превышающего	P	(открывается нагнетательный
	2

клапан). АВ – объем всасывания; СD – объем нагнетания.

По индикаторной диаграмме (с учетом масштаба) можно определить полезную работу и индикаторную мощность:

где:

f	инд

N		V		P	F S n	f	инд
N		V		P	F S n

	инд		П	инд		S M
						S M		пр
								пр
- площадь индикаторной диаграммы;	M	пр	- масштаб пружины индикатора.
- площадь индикаторной диаграммы;		пр	- масштаб пружины индикатора.

;

Производительность компрессора определяется объемом газа, подаваемого в единицу времени в нагнетательный трубопровод и приведенного к условиям всасывания.

Теоретическая производительность – объем, описываемый поршнем в единицу времени:

Для компрессора одностороннего действия:

Qтеор

l n

;

где: l - ход поршня, м.

Для компрессора двухстороннего действия:

Qтеор 2F f l n ;

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Фактическая производительность:

V V

Qтеор

;

где:			- коэффициент подачи.
		V

Для многоцилиндровых:
				V

где:	i	- число цилиндров.

i V Qтеор

;

Коэффициент подачи представляет собой отношение:

			V
			нагн
			нагн
	V		V
			V
			П раб. объем

;

то есть объем нагнетаемого газа, отнесенного к условиям всасывания, к рабочему объему цилиндра.

V 0 Г T ;

Коэффициент подачи учитывает потери производительности за счет:

a)«Мертвого» пространства (уменьшения рабочего объема цилиндров) - 0 (объемный коэффициент);

b)Негерметичности в поршневых кольцах, клапанах, сальниках: Г

(коэффициент герметичности),

	Г

0,95

0,98

;

c)Вредное расширения всасываемого газа при контакте с горячими стенками цилиндра: T (термический коэффициент), T 0,9 0,98 .

Объемный коэффициент:

	V
	в с
	в с
0	V
	V	Г
		Г

;

Введем величину x	Vу Vв с	V		V		V	1 0 , откуда:
			Г		Г	0 Г
	VГ			VП
	VГ			VП
							0	1 x ;
Для процесса расширения газа в мертвом пространстве:								Vу Vвс m P2 xVП m ;
					P2 VГ m P2			Vу Vвс m P2 xVП m ;

откуда:

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

или:

		P
x		2
		P
		P
		1
		P
		P
1		2
1
		P
		P
		1

;

1

;

Величина объемного

«мертвого» пространства свойств сжимаемого газа.

коэффициента

	и показателя

	0

m

зависти от относительного объема , то есть от конструкции машин и

	С увеличением степени сжатия	P	/ P	-	0		уменьшается и может стать равным
	С увеличением степени сжатия	2	1		0		уменьшается и может стать равным

нулю. Это происходит при предельном сжатии (						P		/ P max степень сжатия	).
нулю. Это происходит при предельном сжатии (						2		1	).

В этом случае газ из «мертвого» пространства, расширяясь, заполняет весь

объем цилиндра, при этом

не превышает 5-6.

Vв с

. Практически степень сжатия в одном цилиндре

На индикаторной диаграмме линии сжатия и расширения сливаются. Предел сжатия определяется из выражения:

		1
		1
	P	m
1	2
1
	P
	P
	1

P	1
2
2
P
1

1

0
m
	;

;

В действительности компрессоры не работают с

0,7

, соответственно, определяется допускаемая практически степень сжатия:

0.3

;

Кроме того, температура

150 160

(из-за возможности воспламенения паров масла):

k 1

- предел сжатия по температуре.

Многоступенчатое сжатие

Применяется для получения высоких давлений путём последовательного

прохождения ступеней сжатия с обязательным промежуточным охлаждением газа. Объёмы цилиндров последовательно уменьшаются!!!

а) Однорядный двойного действия со ступенями сжатия в отдельных цилиндрах. Поршни движутся в одном направлении – поэтому возникают большие инерционные силы.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

1– цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун; 6 – ползун (крейцкопф); 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник.

б) Оппозитный двухрядный. С противоположным движением поршней. Это позволяет уравновесить силы инерции. Достигается большая скорость вращения коленчатого вала и, следовательно, становится выше производительность.

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный клапан; 5 – шатун; 6 – ползун (крецкопф); 7 – кривошип; 8 – маховик; 9 – промежуточный холодильник

в) Двухступенчатый простого действия с V-образным расположением цилиндров. Имеет ряд достоинств: уменьшение занимаемых производственных площадей; непосредственное соединение с электродвигателем. У нас в лаборатории 0-14.

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Добыча нефти и газа

#
03.02.20211.21 Mб2Пекинский институт нефтехимических технологий.pdf
#
03.02.202111.61 Mб1Первая скважина закладьшалась.pdf
#
01.02.20211.56 Mб1перевозки нефтебитума.pdf
#
24.01.2021992.18 Кб3ПЕРЕДАЧИ РЕДУКТОРА.pdf
#
22.01.2021126.12 Кб5Перекачивающая станция.pdf
#
01.02.20212.01 Mб9Перемещение и сжатие газов.pdf
#
02.01.2021225.43 Кб18переработка нефти и газа.pdf
#
29.01.2021636.96 Кб7ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ-1.pdf
#
02.01.20211.35 Mб7Переработка нефти.pdf
#
03.02.2021613.21 Кб3ПЕРЕРАБОТКА ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ УГЛЕВОДОРОДОВ 2.pdf
#
03.02.2021613.21 Кб2ПЕРЕРАБОТКА ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ УГЛЕВОДОРОДОВ.pdf