книги / Переработка нефтяных и природных газов

рукавов и размерами петель. Сетчатые насадки в нашей стране изучал ряд исследователей 116, 17]. В газопереработке наиболее распространены сепараторы конструкции ЦКБН, основные ре­ зультаты исследований которых описаны в работах 114, 18].

Обычно сетчатая насадка (мат) выполняется из вязаных ру­ кавных сеток, уложенных друг на друга или свернутых в круглый моток. Число слоев сеток в мате 50—70, диаметр проволоки сетки 0,1—0,5 мм, толщина матов (высота насадки) 70—300 мм, удель­ ная поверхность (отношение поверхности проволоки к занимае­ мому матом объему) 120— 1900 м2/м3, свободный межпроволочный объем 91—99%, масса насадки на единицу объема 50—530 кг/м3.

Площадь сетчатой насадки определяется выражением (V. 11), где скорость газа ограничивается верхним и нижним значениями скорости

где №Кр — критическая скорость сепарации в сетчатом отбойнике, м/с.

В соответствии с зарубежными источниками [13, 15, 19, 20, 21, 22], критическая скорость набегания определяется формулой Саудерса—Брауна

УРж

где С — 0,107—'коэффициент, применяемый для большинства сетчатых наса­ док горизонтального типа; С = 0,14 — коэффициент для сетчатых насадок вер­ тикального типа.

Для сетчатых насадок конструкции ЦКБН получена зависи­ мость [14] в известном в литературе [22] виде

характеризующий наступление кризисного режима сепарации для вертикальной насадки [18]; g = 9,81 м/с2 — ускорение свободного падения.

При тонкодисперсном газожидкостном потоке для обеспечения более тонкой сепарации целесообразно над первым матом на рас­ стоянии не менее 150—200 мм устанавливать второй мат [13]. Второй мат должен работать при более низкой скорости, т. е. его площадь должна быть больше, чем у первого мата.

Сетчатые маты обеспечивают сепарацию частиц жидкости диа­ метром более 5 мкм, а при двухслойном расположении — и от бо­ лее мелких частиц. Для смеси углеводородный газ — конденсат конечное объемное содержание дисперсной фазы (жидкости) в газе может быть снижено до 0,15 см3/м3, а доля уноса жидкости через

371

Расчет фильтр-элементов

Фильтрационный процесс зависит от удельного расхода газа (ско­ рости фильтрации). Обычно фильтрующие элементы используют при достаточно малых скоростях фильтрации (диффузионный ре­ жим), когда перепад давления на них не превышает АР = 40 кПа. В этом случае удельный расход газа в пористой среде определяется законом Дарси [23 ]

где q — удельный расход газа, м3/(м2-с); kn — коэффициент проницаемости фильтрующего материала, м; АР — перепад давления на фильтре, кПа; р — коэф­ фициент динамической вязкости, И*с/м2; h — толщина фильтрующего слоя, м.

Площадь фильтрующей поверхности определяют по формуле

(V.24)

По данным УкрНИИГаз [23], фильтры-сепараторы работают эффективно до удельного расхода q = 0,6 м3/(м2-с).

Известны волокнистые фильтры [24], принцип работы которых

Рис. V.11.

Цилиндрический элемент туманоуловителей Бринка.

Рис. V.12.

Зависимость эффективности очистки Т| и гидравлического сопротивления ДР от скорости

фильтрации для фильтрующих элементов Бринка трех типов*

372

2, 3 — с волокнами толщиной соответственно 5—15; 8—20; 15— 30 мкм и плотностью упаковки соответственно 93—320; 80—160 и 80— 160 кг/м3.

Диаметр волокон и плотность упаковки существенно влияют на характеристики фильтра, что следует отнести к его основ­ ным недостаткам. Кроме того, для получения высокого качества фильтрации при диффузионном режиме работы на малых скоро­ стях необходимо значительно увеличить поверхности фильтра­ ции, а следовательно, и габариты аппаратов.

При диффузионном режиме работы концентрации жидкости в потоке ограничена величиной до 1 г/м3. С повышением скорости фильтрации габариты волокнистых фильтров можно существенно уменьшить, а нагрузку по жидкости увеличить. При этом меха­ низм осаждения частиц становится в основном инерционным, а эффективность осаждения вновь возрастает с увеличением ско­ рости фильтрации.

Глава 2

КОМПРЕССОРЫ ДЛЯ НЕФТЯНОГО ГАЗА

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Внастоящее время на ГПЗ наиболее распространены поршневые

ицентробежные компрессоры. В последнее время и на зарубеж­ ных, и на отечественных заводах все чаще используют центробеж­ ные машины, однако и у поршневых, и у центробежных машин есть свои недостатки и достоинства. Основные достоинства поршне­ вых машин, и особенно газомоторных компрессоров, — низкие эксплуатационные расходы, больший К- П. Д ., меньшая зависи­ мость устойчивой работы от колебания производительности и плот­ ности компримируемого газа. Основные недостатки поршневых машин — наличие больших возвратно-поступательно движущихся масс, значительные габариты и вес, пульсация скомпримированного потока, ускоренный износ деталей и, как следствие, меньшая надежность и большие затраты на ремонт.

Центробежные машины полностью лишены указанных недо­ статков, но их нормальная работа в значительной степени зависит от колебания производительности и плотности перерабатываемого газа. Поэтому диапазон устойчивой работы центробежных машин определяется видом привода — при применении в качестве при­ вода электродвигателя колебание плотности сжимаемого газа должно быть незначительно.

Если в качестве привода турбокомпрессора применяют газо­

вую турбину, область использования центробежной машины по плотности газа расширяется. Однако К- П. Д. газовой турбины

373

ниже (0,26), чем у двигателя газомоторного компрессора (0,36). У поршневых компрессоров К. П. Д. достигает 0,9 и выше, в то время как у многоступенчатых центробежных компрессоров он составляет 0,72—0,75 [25, 26, 27, 28]. Поэтому при выборе раз­ личных типов машин необходимо провести соответствующие тех­ нико-экономические расчеты.

В настоящее время на отечественных ГПЗ чаще всего приме­

заводах применяют центробежные машины Невского машино­ строительного завода им. В. И. Ленина типа К-380 [29, 30].

Модифицированный газомотокомпрессор 10 ГК состоит из двухтактного газового двигателя с V-образным расположением цилиндров и поршневого компрессора двойного действия, ци­ линдры которого расположены горизонтально. Компрессор и дви­ гатель имеют общую фундаментную раму и коленчатый вал. Мощ­ ность газового двигателя 10 ГКМ равна 735 кВт (1000 л. с.), он полностью унифицирован с газомотокомпрессором 10 ГКН и от­ личается от него только отсутствием системы наддува. Наличие наддува позволяет увеличить мощность газового двигателя, ве­ личина которой достигает в этом случае 1100 кВт (1500 л. с.).

Газомотокомпрессоры 10 ГКМА и 10 ГКНА являются модифи­ кациями машин 10 ГКМ и 10 ГКН, оборудованными системой авто­ матики «Компрессор», позволяющей создать полностью автомати­ зированные компрессорные станции. Основные модификации газо­ моторных компрессоров, применяемых на ГПЗ, и их техническая характеристика приведены в табл. V.2.

Более мощные газомотокомпрессоры типа МК-8 мощностью 2058 кВт и ДР-12 мощностью 5512 кВт различных модификаций изготавливают как дожимные.

374

На основе газомотокомпрессоров ГМ-8 выпускают компрессор­ ные станции КС-550/1-17 и КС-550/4-64 мощностью 404 кВт.

В настоящее время на новых ГПЗ применяют две модифика­ ции турбокомпрессориого агрегата типа К-380 для компримирова­ ния нефтяного газа, основные технические характеристики кото­ рых даны в табл. V.3. Относительная влажность газа, поступаю­ щего на прием, 100%, начальная температура газа 15 °С.

Турбокомпрессорный агрегат состоит из электродвигателя, центробежного компрессора, повышающих редукторов. Центро­ бежный компрессор К-380 является двухцилиндровым, десятисту­ пенчатым, с одним внешним промежуточным газоохладителем между цилиндром низкого давления (ЦНД) и цилиндром высокого давления (ЦВД). Роторы цилиндров компрессора, редуктора и электродвигателя соединяются зубчатыми муфтами. Для ГПЗ мощ­ ностью 1 млрд, м3 в год необходимо пять компрессоров типа К-380 (с учетом резервного).

Технико-экономические расчеты показывают, что наименьшие капитальные и эксплуатационные затраты на компримирование газа достигаются, когда производительность компрессора равна производительности технологического блока (технологической ли­ нии). При этом надежность машины должна быть такой, чтобы ее можно было устанавливать без резерва. Поэтому возникает

тродвигатель

375

необходимость создания отечественного турбокомпрессора уве­ личенной агрегатной мощности, что позволит уменьшить число установленных машин, сократить размеры помещений для уста­ новки компрессорного оборудования, а следовательно, уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты на переработку газа.

Невский завод разработал турбокомпрессорный агрегат вдвое большей агрегатной мощности, чем компрессор К-380, К-890, основная техническая характеристика которого представлена в табл. V.3.

ПОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ И РАСЧЕТЫ

СЦЕЛЬЮ ВЫБОРА КОМПРЕССОРОВ

Впроцессе проектирования ГПЗ, а также при эксплуатации ком­ прессоров расчет машин обусловлен необходимостью получения данных для их выбора или проверки возможности использования установленных компрессоров при изменившихся условиях экс­ плуатации. Исходная информация для проектного расчета (под­ бора): производительность компрессора Q, которую определяют из технологического расчета установки, давление газа на приеме

ина нагнетании, состав исходного газа. В результате расчета опре­ деляют потребную мощность машины и в зависимости от условий ее работы по каталогу выбирают нужный компрессор.

Впроцессе эксплуатации чаще всего ведут поверочный расчет. При поверочном расчете имеются все исходные данные и необхо­ димо определить:

для поршневых машин — достаточна ли будет мощность ком­ прессора при изменившихся условиях работы и каково будет давление нагнетания при изменившемся давлении всасывания; для центробежных машин — изменение параметров работы ма­ шины при изменении частоты вращения или удельной массы ком­

примируемого газа.

Поршневые компрессоры

Допустим, что изменилась плотность газа. Необходимо опреде­ лить, достаточна ли мощность установленной машины для его компримирования при той же производительности.

Для этого необходимо следующее.

1. Определить адиабатическую работу сжатия 1 м3 газа

(V.25)

где k — показатель адиабаты, равный соотношению Cp/Cv при среднеарифмети­ ческой температуре сжатия.

Начальная температура сжатия известна по технологическому регламенту, а конечная — по паспорту компрессора.

376

2. Определить мощность, потребляемую двигателем

При многоступенчатом сжатии работа и мощность компрес­ сора равна сумме работ и мощности всех ступеней. Полученное значение мощности сравнивают с паспортным и делают заключе­ ние о пригодности или непригодности установленной машины.

В случае изменения давления всасывания величину давления нагнетания определяют по соотношению

Температуру Т2 берут из паспорта машины.

Если давление нагнетания выше проектных его значений, не­ обходимо провести прочностные расчеты компрессоров.

Центробежные компрессоры

Центробежные машины при изменении условий их работы пересчи­ тывают в изложенном ниже порядке [29, 30]. При этом предпо­ лагается, что К- П. Д. не меняется, если сохраняется подобие тре­ угольников скоростей. Диаграмму скоростей строят на основа­ нии проектных данных компрессора. Для охлаждаемых машин рассматривают изотермический К- П. Д., а для неохлаждаемых — адиабатический К- П. Д.

1. Производительность V и мощность N при изменении чисел оборотов т определяют из выражения

где V п Vi — соответственно паспортная и пересчитываемая производительности; тн тг — числа оборотов ротора по паспорту и пересчитываемые; N и Nx — мощ­ ности компрессора паспортная и пересчитываемая.

2. Степень повышения давления (степень сжатия) рассчиты­ вают следующим образом:

377

для машин с промежуточным охлаждением

где е й 8j — степень повышения давления паспортная и пересчитываемая; k — показатель адиабаты.

3. При изменении состава газа мощность пересчитывают по формулам

При изменении состава газа учитывают изменение его удель­ ного объема, а также показателя адиабаты.

Адиабатическую работу сжатия для неохлаждаемых машин определяют по уравнению

Изотермическую работу сжатия с промежуточным охлажде­ нием рассчитывают по формуле

где Рг — начальное давление.

Глава 3

ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

В настоящее время искусственный холод настолько широко рас­ пространен, что практически нельзя найти такой отрасли тех­ ники, где бы не применялись холодильные машины. В промышлен­ ных холодильных установках чаще всего применяют поршневые

ицентробежные холодильные агрегаты.

Вотечественной газопереработке в качестве холодильных ма­ шин в основном используют поршневые машины типа АО, АУ

378