5.2. Расчет режима работы кс с центробежными нагнетателями

Расчет режима работы КС с использованием приведенных характеристик нагнетателей основан на методике, изложенной в ОНТП-51-1-85. Сам метод расчета является академическим и используется как для расчетов при проектировании газопроводов, так и в существующих программах по расчету фактически работающих газотранспортных систем. К сожалению, из-за разброса по техническому состоянию ГПА в пределах цеха невозможно определить подачу каждой группы нагнетателей. Таким образом метод может быть использован для расчета КС только при одинаковом техническом состоянии как приводов, так и нагнетателей. Он сводится к определению режима работы центробежных нагнетателей: приведенной объемной подачи , приведенной частоты вращения ротора, мощности на валу привода, степени сжатия, политропического к. п. д.. На рис. 5.3-5.16 изображены приведенные характеристики основных центробежных нагнетателей.

Рис. 5.3. Приведенные характеристики нагнетателя 235-21-1 при ;;Дж/(кг·К)

Рис. 5.4. Приведенные характеристики нагнетателя 280 с рабочим колесом диаметром 564 мм

(гиперболический покрывающий диск, число лопаток 10) при ;;Дж/(кг·K)

Рис. 5.5. Приведенные характеристики нагнетателя 280 с рабочим колесом диаметром 590 мм (гиперболический покрывающий диск, число лопаток 14) при ;;Дж/(кг·К)

Рис. 5.6. Приведенные характеристики нагнетателя 280 с рабочим колесом диаметром 600 мм (гиперболический покрывающий диск, число лопаток 14) при ;;Дж/(кг·К)

Рис. 5.7. Приведенные характеристики нагнетателя Н-300-1,23 при ;;Дж/(кг·К)

Рис. 5.8. Приведенные характеристики нагнетателя 370-14-1/370-15-1 при ;;Дж/(кг·К)

Рис. 5.9. Приведенные характеристики нагнетателя 520-12-1 при ;;Дж/(кг·К)

Рис. 5.10. Приведенные характеристики нагнетателя 370-18-1 при ;;Дж/(кг·К)

Рис. 5.11. Приведенные характеристики нагнетателя 370-18-1 с зауженным колесом при ;;Дж/(кг·К)

Рис. 5.12. Приведенные характеристики нагнетателя ГПА-Ц-6,3 при ;;Дж/(кг·К)

Рис. 5.13. Приведенные характеристики нагнетателя Н-16-76/1,25 при ;;Дж/(кг·К)

Рис. 5.14. Приведенные характеристики нагнетателя PCL-802/24 при ;;Дж/(кг·К)

Рис. 5.15. Приведенные характеристики нагнетателя PCL-1002 при ;;Дж/(кг·К)

Рис. 5.16. Приведенные характеристики нагнетателя ГПА-Ц-16/76 при ;;Дж/(кг·К)

При расчете КС определяются необходимые величины в следующей последовательности.

1. Газовая постоянная, , Дж/(кг·К), где= 286,8 Дж/(кг·К) - газовая постоянная воздуха;- относительная плотность по воздуху.

2. Коэффициент сжимаемости природного газа от приведенных давления и температуры (рис. 5.17).

Рис. 5.17. Номограмма для определения коэффициента сжимаемости газа по давлению, температуреи относительной плотности

Последовательность определения:

3. Плотность газа при 20 °С и 0,1013 МПа, кг/м:

,

где 1,205 кг/м- плотность воздуха при 20 °С и 0,1013 МПа.

4. Плотность газа при всасывании, кг/м:, где,- абсолютные давление и (в МПа) температура (в К) при всасывании.

5. Коммерческая подача группы нагнетателей, млн. м/сут:, где- коммерческая подача КС, оборудованной однотипными агрегатами, млн. м/сут;- число параллельно работающих групп.

6. Объемная подача нагнетателя первой ступени, м/мин:

.

Для экспресс-расчетов, когда известны подача центробежного нагнетателя, температура и давление на входе в нагнетатель, при определении объемной подачи целесообразно пользоваться номограммой, изображенной на рис. 5.18.

Рис. 5.18. Номограмма для расчета объемной подачи нагнетателей при;.

Последовательность определения:

7. Приведенная объемная подача, м/мин:, где- номинальная частота вращения ротора нагнетателя, об/мин;- фактическая частота вращения ротора, об/мин.

8. Приведенная частота вращения:

,

где ,,- параметры газа, для которых составлена характеристика нагнетателя.

9. Степень сжатия и приведенная относительная мощностьцентробежного нагнетателя по найденным значениям приведенной объемной подачи и приведенной частоты вращения по характеристикам нагнетателя.

10. Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем, кВт:

.

11. Мощность на муфте привода, кВт: , где- механические потери, для газотурбинного привода= 100 кВт, для электропривода= 150 кВт.

12. Давление на выходе нагнетателя, МПа: .

13. Температура на выходе нагнетателя

,

где = 1,31;- политропический к. п. д. нагнетателя.

Расчет второй ступени выполняется аналогично. Температура на входе второй ступени принимается равной температуре нагнетания первой ступени. Давление на входе второй ступени: - (0,0150,025), где- давление нагнетания первой ступени, МПа; (0,0150,025) МПа - потери в обвязке между первой и второй ступенью.

Пример 5.1. Рассчитать режим работы КС, перекачивающей газ в объеме 65 млн. м/сут. Абсолютное давление на входе нагнетателей составляет= 3,72 МПа, температура 290 К. Компрессорная станция работает двумя параллельными группами с нагнетателями типа 520 с приводом от газовой турбины ГТК-10. Относительная плотность перекачиваемого газа. Фактическая частота вращения ротора нагнетателя 4600 об/мин.

Решение

Газовая постоянная: Дж/(кг·К).

По номограмме (см. рис. 5.17) =0,919.

Плотность газа при 20 °С и 0,1013 МПа = 0,6·1,205 = 0,723 кг/м.

Плотность газа при всасывании

кг/м.

Подача одной группы последовательно включенных нагнетателей

= 65 000 000/2 = 32 500 000 м/сут.

Объемная подача нагнетателя первой ступени

= 32 500 000·0,724/(1440·29,2) = 561,5 м/мин.

Приведенная объемная подача нагнетателя первой ступени

= (4800/4600)·561,5= 586 м/мин.

Приведенная частота вращения

= 0,968,

где 0,91, 490 и 293 - значения приведенных величин по графику на рис. 5.9.

По графику на рис. 5.9 степень сжатия = 1,21, приведенная относительная внутренняя мощность= 337 кВт/(кг·м),= 0,82.

Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем: кВт.

Мощность на валу привода кВт.

Давление на выходе нагнетателя первой ступени МПа.

Температура газа на выходе первой ступени

К.

Расчет режима работы второй ступени нагнетания выполняется аналогично расчету режима работы первой ступени.