42. Расчет режима работы компрессорной станции

Исходными данными для расчета режима работы КС являются:

• Давление и температура газа на входе в КС (равные уточненным значениям давления и температуры в конце линейного участка);

• Температура окружающего воздуха Т_ВОЗД ;

• Газовая постоянная R.

Для выбранного типа привода и центробежного нагнетателя по их паспортным данным необходимо знать:

• Q_НОМ– номинальную производительность при стандартных условиях;

• N_e^H– номинальную мощность ГТУ;

• n_Н– номинальную частоту вращения вала ЦН;

• n_min, n_max– диапазон возможных частот вращения ротора ЦН;

• приведенную характеристику ЦН.

Расчет режима работы КС выполняется в следующем порядке:

1. Определяются значения давления и температуры газа на входе в ЦН. По известному составу газа, температуре и давлению на входе в ЦН определяется коэффициент сжимаемости z_ВС;

2. Определяется плотность газа _ВСи производительность нагнетателя при условиях всасывания Q_ВС.

3. Определяется требуемая степень повышения давления .

4. По универсальной приведенной характеристике ЦН определяются значения Q_ПР,_ПОЛ и [N_i/_ВС]_ПР. Значение Q_ПР должно удовлетворять условию удаленности от зоны помпажа, то есть Q_ПР Q_{ПР min}.

5. Определяется внутренняя мощность N_i, потребляемая ЦН

6. Определяется мощность на муфте привода N_e.

7. Вычисляется располагаемая мощность ГТУ N_e^Р

, (2.118)

где N_e^Н– номинальная мощность ГТУ;

k_Н– коэффициент технического состояния по мощности;

k_ОБЛ– коэффициент, учитывающий влияние системы противообледенения (при отключенной системе k_ОБЛ=1);

k_У– коэффициент, учитывающий влияние системы утилизации тепла;

k _t– коэффициент, учитывающий влияние атмосферного возду­ха на мощность ГТУ;

T_ВОЗД, T_ВОЗД^Н– соответственно фактическая и номинальная температура воздуха, К

Значения N_e^Н, k_Н, k_ОБЛ, k_У, k _t, T_ВОЗД^Нпринимаются по справочным данным ГТУ.

3. Производится сравнение N_eи N_e^P.должно выполняться условие N_eN_e^P. При невыполнении этого условия следует увеличить число m_Ни повторить расчет режима работы КС начиная с пункта 2.

4. Определяется температура газа на выходе из ЦН

, (2.119)

где k – показатель адиабаты природного газа, k=1,31.

Далее последовательно рассчитываются остальные линейные участки и режимы работы КС.

43. Аккумулирующая способность участка газопровода

Одной из характерных особенностей работы магистральных газопроводов является неравномерность потребления газа на конечном пункте. Неравномерность газопотребления может быть сезоннойисуточной.

Сезоннаянеравномерность зависит от климатических условий, то есть различным потреблением газа летом и в зимний отопительный период. Сезонная неравномерность компенсируется изменением режима работы КС либо подключением СПХГ.

Суточнаянеравномерность обусловлена различными режимами потребления газа в дневное и ночное время. В дневные часы потребление газа больше среднесуточного, в ночные часы – меньше. Вследствие суточной неравномерности отбор газа из последнего участка не постоянен, следовательно, масса газа, заключенного в нем, изменяется во времени. В ночное время происходит накопление газа, начало этого процесса соответствует точке a. Точка b характеризуется завершением периода накопления газа и началом процесса отбора. В этот момент времени в последнем участке газопровода содержится наибольшее количество газа. Период отбора заканчивается в точке c, в этот момент времени количество газа в последнем участке будет наименьшим (рис. 2.16).

Рис. 2.16. График суточной неравномерности газопотребления

Начальное и конечное давления на последнем участке газопровода также будет изменяться. Их максимум (P_1max, P_2max) будет соответствовать моменту времени b, а минимум (P_1min, P_2min) – моменту времени c (рис. 2.17).

Рис. 2.17. Распределение давления на участке газопровода

Для оценки аккумулирующей способности последнего участка, компенсирующую суточную неравномерность газопотребления, воспользуемся методом последовательной смены стационарных состояний. При этом будем полагать, что дважды в сутки расход газа в начале и конце участка равен среднесуточному расходу Q, а режим течения и распределение давления газа близки к стационарному. Сделаем также допущение, что средний коэффициент сжимаемости z и средняя температура T на участке не изменяются.

Масса газа, аккумулируемого в последнем участке, может быть определена из выражения

, (2.120)

где _max– плотность газа при среднем давлении P_{СР max}, соответствующая концу периода накопления газа (точка b);

_min– плотность газа при среднем давлении P_{СР min}, соответствующая концу периода отбора газа (точка c);

l_П– длина последнего участка газопровода.

Выразив плотность из уравнения состояния

,

и приведя массу газа M_акк объему при стандартных условиях, получим

(2.121)

Найдем значения P_{СР max}и P_{СР min}

; (2.122)

, (2.123)

где P_{1 max}– максимальное давление в начале последнего участка, определяемое из условия прочности газопровода или из возможностей оборудования последней КС;

P_{2 min}– минимальное давление в конце последнего участка, определяемое исходя из требований потребителя (ГРС).

Неизвестные давления P_{2 max}и P_{1 min}найдем из соотношения

, (2.124)

где С – постоянный коэффициент, равный .

Тогда с учетом (2.124)

; (2.125)

. (2.126)

Определив значения P_{CP max} иP_{CP min}с помощью (2.125) и (2.126), и подставляя их в (2.121), окончательно получим

. (2.127)

Наибольшую аккумулирующая способность обеспечивает участок газопровода протяженностью

. (2.128)

Расчет аккумулирующей способности участка газопровода методом последовательной смены стационарных состояний приводит к погрешности, не превышающей 15…20% в сторону уменьшения фактической компенсации суточной неравномерности газопотребления (то есть расчет обеспечивает запас в 15…20%).