теор / Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов
.pdfН-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: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PCL802/24 |
17,2 |
6500 |
219 |
1,49 |
7,52 |
|
|
|
|
|
|
PC-L1001-40 |
45,0 |
4600 |
520 |
1,51 |
7,52 |
|
|
|
|
|
|
Пользуются характеристиками |
следующим |
|
образом. Зная |
фактические значения величин |
|||||||||||||||||||
R, z,Tв ,n |
для данных условий, |
по соотношению 2.3, определяют приведенную относительную |
|||||||||||||||||||||
частоту вращения нагнетателя |
|
(n / n0 )пр. . |
По известной степени сжатия находят приведенный |
||||||||||||||||||||
объемный расход газа Qпр. , соотношение 2.4, а затем по соответствующим кривым (рис. 2.36) |
|||||||||||||||||||||||
определяют |
политропический |
|
|
КПД |
|
hпол. |
и |
приведенную |
|
внутреннюю мощность нагнетателя |
|||||||||||||
(Ni /rп )пр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
æ n |
|
ö |
|
|
|
|
n |
zпр RпрTпр |
|
|
|
|
||||||||||
|
ç |
|
|
|
|
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= n |
|
|
|
z |
RT |
|
, |
|
|
(2.3) |
|||||||
|
ç n |
0 |
÷ |
|
0 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
è |
|
|
øпр |
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
в |
|
|
|
|
|
||||
|
Q |
|
|
|
= Q × |
n0 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.4) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
пр |
|
|
в |
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем, определяется соотношением |
|||||||||||||||||||||||
|
N |
|
|
= |
æ N |
i |
|
|
ö |
× |
æ |
n |
ö |
3 |
пр ×r |
|
. |
(2.5) |
|||||
|
i |
ç |
|
|
|
÷ |
ç |
÷ |
|
н |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
è |
|
|
rн øпр |
è |
|
n0 ø |
|
|
|
|
В соотношениях 2.3-2.5 индексом "О" отмечен номинальный режим работы нагнетателя; индексом
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
"в" - отмечены параметры на входе в нагнетатель. Плотность газа при всасывании, кг/м 3 , ρ определяется по соотношению:
r = P ×106 |
/ zRT , |
(2.6) |
вх |
|
|
где Pвх ,T - абсолютное давление (МПа) и температура (К) при всасывании.
Мощность на муфте привода, кВт: N = Ni + Nмех ,
где |
Nмех |
- механические потери, для газотурбинного привода |
Nмех = |
100 |
кВт, |
для |
электропривода Nмех = 150 кВт. |
|
|
|
|
||
Расчетный рабочий расход газа Qпр 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. 2.36 этому соответствует подача газа ~360 м 3 /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 (n / n0 )пр , так как электропривод не имеет регулируемую частоту вращения.
Наличие надежных приведенных характеристик с использованием соотношений (2.3-2.6) позволяет относительно легко определять мощность ГПА в эксплуатационных условиях.
Пример 2.1. Определить степень сжатия по нагнетателю, коэффициент полезного действия ( hпол ), производительность и мощность на муфте нагнетателя типа 370-18-1 при следующих
исходных данных: частота вращения n = 4500 об/мин, начальное абсолютное давление сжатия Pн
= 5,0 МПа, конечное абсолютное давление 6,1 МПа, температура газа на входе, T = 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
D = |
ρг |
= |
P |
× |
zRвT |
= |
Rв |
= |
287 |
= 0,56 , |
|
|
zR T |
P |
|
510 |
|||||||
|
r |
в |
|
|
|
R |
|
||||
|
|
|
г |
|
|
|
г |
|
|
где Rв и Rг - соответственно, газовая постоянная воздуха ( Rв ) и газа ( Rг ), 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, z = 0,9.
3. По уравнению состояния реального газа ( Pv = zRT ) определяется его плотность на входе в
нагнетатель
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
|
P ×106 |
|
5×106 |
|
3 . |
||
rв = |
н |
= |
|
|
=37,8 кг/м |
||
zRT |
0,9×510× |
288,2 |
|||||
|
|
|
|
4. Определяется степень сжатия по нагнетателю
e = Pк = 6,1 = 1,22 . Pн 5,0
5. Определяется приведенная относительная частота вращения вала нагнетателя
æ |
n |
ö |
|
n |
|
|
z |
R |
T |
|
|
4500 |
|
|
0,9 |
×490× 288 |
|
|
|
ç |
÷ |
= |
× |
|
|
пр пр |
пр |
= |
× |
|
= 0,96. |
||||||||
ç |
n |
0 |
÷ |
n |
|
|
zRT |
4800 |
|
0,9× |
510× 288,2 |
||||||||
è |
|
ø |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. С использованием приведенной характеристики нагнетателя (рис. 2.36) при найденных значениях ε = 1,22 и приведенной частоте вращения вала нагнетателя (n / n0 )пр. = 0,96
определяется приведенная объемная производительность: Qпр. = 480 м 3 мин.
7. Приведенная относительная внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем и его политропический КПД при Qпр. = 480 м 3 / мин по характеристике рис. 2.36 составят:
æ |
ö |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ç |
Ni |
÷ |
= 260·кВт/(кг/м |
3 ); |
h |
пол. |
= 0,82. |
|||
|
||||||||||
ç |
÷ |
|
|
|
|
|
|
|
||
è rн øпр |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
8. Фактическая производительность нагнетателя составит: |
|
|
||||||||
Q = Q |
|
× |
n |
= 480 × |
4500 |
= 450 м 3 /мин. |
||||
|
|
4800 |
||||||||
|
|
пр |
|
n0 |
|
|
|
Объемный, или "коммерческий" расход, приведенный к стандартным условиям, определяется
соотношением
Q = |
G |
= |
1440×Q ×rвх |
= 1440×450×37,8 = 36,3·млн.нм 3 /сут. |
|
|
|||
к |
r0 |
|
r0 ×106 |
0,675×106 |
|
|
r0 = rвоз. × D = 1,206·0,56 = 0,675 кг/м 3
9.Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем
|
æ |
ö |
æ |
n |
ö3 |
æ |
4500ö |
3 |
||
Ni |
ç |
Ni ÷ |
ç |
÷ |
|
|||||
= rвх.ç |
|
÷ |
×ç |
|
÷ |
= 37,8× 260ç |
|
÷ = 8098 кВт. |
||
|
|
4800 |
||||||||
|
è rн ø |
è n0 |
ø |
è |
ø |
|
10. Мощность на муфте привода нагнетателя
Nс = Ni + Nмех. = 8098 + 100 = 8198 кВт,
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
где Nмех. - механические потери мощности в системе ГПА, принимаемые в расчетах для этого типа агрегатов на уровне 100 кВт.
2.15. Электроснабжение КС
Электроснабжение газотурбинных КС и ГПА
По Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) и согласно РД 51-122-87 ("Категорийность электроприемников объектов газовой промышленности") электроснабжение КС должно осуществляться от 2 независимых источников электропитания, т.е. по I категории. I категория
электроснабжения допускает перерыв только на время действия автоматики включения резерва (АВР) 1-3 с. Кроме этого, КС должны быть обеспечены третьим аварийным источником электроснабжения - дизельной или газовой электростанцией.
Типовая схема электроснабжения газотурбинной КС (I вариант) представлена на рис. 2.37, где 1 - понижающая подстанция внешних электросетей 35-110/10 кВ; 2 - воздушно-кабельная линия 10 кВ; 3
-вводной выключатель ЭРУ-10 кВ КС; 4 - секция шин ЗРУ-10 кВ; 5 - секционный выключатель 10 кВ; 6
-выключатель 10 кВ трансформатора; 7 - трансформатор понижающий 10/0,4 кВ; 8 - вводной автомат
0,4 кВ; 9 - секционный автомат 0,4 кВ; 10 - контактор 0,4 кВ ввода отДЭС; 11 - автомат 0,4 кВ ДЭС; 12 - дизель-электростанция (ДЭС).
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Рис. 2.37. Схема электроснабжения газотурбинной КС (I вариант)
Электроснабжение КС осуществляется от внешних электросетей по воздушно-кабельным линиям
(2) от понижающей подстанции 35-110/10 кВ(1).
Для приема и распределения электроэнергии строится закрытое распределительное устройство (ЗРУ-10 кВ) с масляными или воздушными выключателем 10 кВ на 2 секции с секционным выключателем. Секционный выключатель (5) автоматически включается при отключении любой из 2 питающих линий с выдержкой времени 1-3 с.
От ЗРУ-10 кВ запитаны понижающие трансформаторы 10/0,4 кВ (7) мощностью 400-1000 кВ·А (в зависимости от количества установленных турбоагрегатов). От понижающих трансформаторов 10/0,4 кВ через вводные автоматы 0,4 кВ (8) запитан главный щит 0,4 кВ, состоящий из 2 секций. Секционный автомат 0,4 кВ (9) включается автоматически при потере напряжения на любой из секций с выдержкой времени 2-4 с.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Для восстановления напряжения на главном щите 0,4 кВ при полном исчезновении внешнего напряжения через 10-15 с включается дизель-электростанция AC-804 (KAC-500) (12) мощностью 500630 кВт.
Типовая схема электроснабжения газотурбинной КС (II вариант) представлена на рис. 2.38, где 1 - понижающая подстанция 35-110/10 кВ внешних электросетей; 2 - воздушно-кабельная линия 10 кВ; 3 - выключатель нагрузки типа ВНП-10/400; 4 - высоковольтный предохранитель типа ПК-10/40(80); 5 - понижающий трансформатор 10/0,4 кВ; 6 - вводной автомат 0,4 кВ; 7 - секционный автомат 0,4 кВ; 8 - вводной контактор 0,4 кВ от ДЭС; 9 - автомат ДЭС.
Рис. 2.38. Схема электроснабжения газотурбинной КС (II вариант)
Отличие этой схемы от предыдущей заключается в отсутствии ЗРУ-10 кВ при КС. Питающие линии 10 кВ от внешней питающей подстанции приходят через выключатель нагрузки и высоковольтный предохранитель непосредственно на понижающие трансформаторы 10/0,4 кВ. Данная схема проще и дешевле, но менее надежна.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Электроснабжение ГПА
К потребителям электроэнергии ГПА относятся смазочные маслонасосы, пусковые насосы, вентиляторы отсоса и наддува, валоповоротное устройство, АВО масла и газа, аварийная вентиляция, нагрузки КИПиА, освещение и др.
Потребители ГПА по степени надежности электроснабжения разделяются на потребителей 1-й категории, 2-й категории и потребителей 3-й категории.
Кпотребителям 1-й категории, допускающим перерыв в электроснабжении только на время действия автоматики, относятся смазочные маслонасосы и насосы уплотнения, АВО масла, АВО воды, цепи КИПиА, аварийная вентиляция и аварийное освещение.
Кпотребителям 2-й категории, допускающим перерыв на время действия оперативного персонала, относятся АВО газа, освещение цеха.
Кпотребителям 3-й категории, допускающим перерыв до суток, можно отнести приточно-вытяжную вентиляцию, электрообогрев, освещение вспомогательных помещений, станочный парк и т.п.
Потребители 1-й категории запитываются по радиальным, кольцевым или смешанным схемам от обеих секций шин 0,4 кВ главного щита.
Потребители 2-й категории запитываются по радиальным схемам одной или двумя линиями от АЩСУ или главного щита 0,4 кВ.
Потребители 3-й категории запитываются одиночными линиями от АЩСУ или от главного щита 0,4 кВ.
Самая простая и надежная схема электроснабжения ГПА - радиальная (рис. 2.39 ), где 1 - главный щит 0,4 кВ; 2 - автомат ввода от 2-й секции 0,4 кВ; 3 - кабельная линия 0,4 кВ; 4 - автомат ввода на АЩСУ от 2-й секции; 5 - секционный выключатель 0,4 кВ; 6 - автомат электродвигателя маслонасоса уплотнения; 7 - магнитный пускатель маслонасоса уплотнения.
По этой схеме на каждый ГПА приходит 2 линии от обеих секций 0,4 кВ.
Менее ответственные потребители - освещение, вентиляция - запитаны от одной из секций 0,4 кВ.
Широко применяется и кольцевая схема электроснабжения ГПА. По этой схеме кабели 0,4 кВ прокладываются к крайним ГПА, а между ними выполняются перемычки. Недостатки данной схемы - меньшая надежность, чем радиальной схемы.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Рис. 2.39. Радиальная схема электроснабжения ГПА
Электроснабжение электроприводной КС
Типовая схема электроснабжения КС с синхронными электродвигателями СТД-12500-2 представлена на (рис. 2.40), где 1 - понижающая подстанция внешних электросетей 220 кВ; 2 - выключатель 220 кВ; 3 - выключатель 220 кВ трансформатора 220/10/10 кВ; 4 - трансформатор 220/10/10 кВ; 5 - вводы 10 кВ от трансформатора 220/10/10 кВ; 6 - шиносоединительный выключатель; 7 - ввод 10 кВ на подсекцию 10 кВ собственных нужд; 8 - секционные выключатели 10 кВ; 9 - реактор токоограничивающий на подсекции собственных нужд; 10 - выключатель 10 кВ электродвигателя ГПА; 11 - реактор токоограничивающий эл. двигателя ГПА; 12 - синхронный электродвигатель СТД-12500-2; 13 - подсекция собственных нужд 10 кВ; 14 - выключатель 10 кВ трансформаторара 10/0,4 кВ КТП цеха; 15 - тр-р понижающий 10/0,4 кВ КТП цеха; 16 - вводной автомат КТП цеха; 17 - секционный автомат КТП цеха; 18 - выключатель 10 кВ трансформатора 10/0,4 кВ КТП АВО газа;
Электроснабжение электроприводной КС с электродвигателями СТД-12500-2 осуществляется от ПС 220-500 кВ (1) внешних электросетей.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
Рис. 2.40. Схема электроснабжения электроприводной КС
При КС строится подстанция 220/10/10 кВ и от нее запитывается ЗРУ-10 кВ КС. Для уменьшения токов короткого замыкания трансформаторы 220/10/10 кВ выполняются с расщепленной обмоткой. ЗРУ-10 кВ состоит из 4 секций и 2 подсекций. От основных 4 секций запитываются синхронные электродвигатели СТД-12500-2 для привода ГПА. От подсекций запитываются трансформаторы 10/0,4 кВ цеха и АВО газа, другие потребители. Для уменьшения снижения напряжения 10 кВ при пуске ГПА предусматриваются шиносоединительные выключатели. Они включаются только на время пуска и затем отключаются. Для этой же цели - уменьшения снижения напряжения при пуске - служат реакторы в цепи синхронного электродвигателя и на подсекции.
Резервные аварийные электростанции
В качестве аварийных резервных источников для газотурбинных КС применяются дизельные электростанции типа AC-804 (KAC-500) мощностью 500-630 кВт или газотурбинные электростанции типа "Растон" производства Англии мощностью 2700 кВт. Электростанции автоматизированы по III степени, что позволяет им автоматически включаться при полном исчезновении напряжения и отключаться при его появлении на любой из секций 0,4 кВ. Электростанции устанавливаются в помещениях КС рядом с главным щитом 0,4 кВ или в блок-боксе. На ГЩУ от электростанций выводятся 3 сигнала: Резерв, Работа, Авария. Сменный персонал обязан контролировать состояние резервных аварийных электростанций: наличие необходимого давления воздуха, подзаряда аккумуляторных батарей, масла, охлаждающей жидкости и топлива, а также наличие подогрева в
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
зимних условиях и т.д. Необходимо иметь всегда аварийный запас топлива на 4-5 ч работы.
Система питания постоянным током автоматики и аварийных насосов смазки ГПА,
автоматики ЗРУ-10 кВ, аварийного освещения
Для питания постоянным током автоматики и аварийных насосов смазки ГПА, автоматики ЗРУ-10 кВ и аварийного освещения на КС устанавливают аккумуляторные батареи кислотного типа С, СК, СН и щелочного типа НК, "Варта". Как правило, устанавливают кислотные аккумуляторы как более долговечные и требующие меньше места для размещения. Для питания автоматики ГПА используется напряжение = 24 В. Для питания системы управления кранов "Вега", аварийных насосов смазки и аварийного освещения используется постоянное напряжение равное 220 В. Аккумуляторные батареи устанавливаются в специально отведенных помещениях, оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией. Для подзаряда аккумуляторов устанавливают 2 полупроводниковых выпрямителя: рабочий и резервный. Аккумуляторная батарея напряжением 220 В оснащается выпрямителями типа ВАЗП-260/380-80/40, аккумуляторная батарея напряжением 24 В оснащается выпрямителями типа ВУТ-31/60-260. В цехах импортной поставки газопровода Уренгой - Ужгород установлены щелочные аккумуляторные батареи типа "Варта" (Германия) напряжением 110 В.
Типовая однолинейная схема системы постоянного тока напряжением 220 В представлена на рис. 2.41, где 1 - автомат ввода от аккумуляторной батареи; 2 - рубильник ввода на секцию; 3 - секционный рубильник.
Рис. 2.41. Схема постоянного тока = 220 В
Постоянное напряжение от аккумуляторной батареи через автомат и рубильник подводится к щиту постоянного тока (ЩПТ). Щит постоянного тока разделен рубильниками на 2 секции.
Напряжение на нагрузку подается от обеих секций. Схемы питания постоянным током, как правило, радиально-кольцевые или кольцевые. Подключение нагрузок осуществляется через ключи (автоматы) и предохранители. Щит постоянного тока оборудован приборами контроля напряжения на
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com