- •Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов введение
- •Глава 1 характеристики природных газов
- •1.1. Исходные понятия и определения
- •Теплоемкость газов
- •Массовая теплоемкость некоторых газов при постоянном (атмосферном) давлении в кДж/ (кг · °с)
- •Смеси газов
- •Физические характеристики компонентов природного газа
- •Теплота сгорания газов
- •Низшая теплота сгорания некоторых компонентов природного газа
- •Пределы взрываемости газовоздушных смесей
- •Пределы и интервал взрываемости газов в смеси с воздухом при температуре 20 °с и давлении 0,1 мПа
- •1.2. Законы идеальных газов. Области их применения
- •Критические параметры некоторых веществ
- •1.3. Технологические характеристики природных газов и их компонентов
- •1.4. Термодинамическое обеспечение решения энерготехнологических задач трубопроводного транспорта природных газов
- •Значение коэффициента Джоуля-Томсона () для метана в зависимости от температуры и давления
- •Значения параметров природного газа с содержанием метана 97% в зависимости от температуры при среднем давлении 5 мПа
- •Глава 2 назначение и устройство компрессорных станций
- •2.1. Особенности дальнего транспорта природных газов
- •2.2. Назначение и описание компрессорной станции
- •2.3. Системы очистки технологического газа на кс
- •2.4. Технологические схемы компрессорных станций
- •2.5. Назначение запорной арматуры в технологических обвязках кс
- •2.6. Схемы технологической обвязки центробежного нагнетателя кс
- •2.7. Конструкции и назначения опор, люк-лазов и защитных решеток в обвязке гпа
- •2.8. Системы охлаждения транспортируемого газа на компрессорных станциях
- •2.9. Компоновка газоперекачивающих агрегатов на станции
- •2.10. Система импульсного газа
- •2.11. Система топливного и пускового газа на станции
- •2.12. Система маслоснабжения кс и гпа, маслоочистительные машины и аппараты воздушного охлаждения масла
- •2.13. Типы газоперекачивающих агрегатов, применяемых на кс
- •Уральский турбомоторный завод (узтм), г. Екатеринбург
- •Невский завод им. Ленина (нзл), г.Санкт-Петербург
- •Первый Бриенский завод (Чехия), г.Брно
- •Показатели злектроприводных агрегатов
- •Показатели газомотокомпрессоров
- •Структура парка гпа в системе оао "Газпром"
- •Показатели перспективных газотурбинных установок нового поколения
- •2.14. Нагнетатели природного газа. Их характеристики
- •2.34. Неполнонапорный одноступенчатый нагнетатель 370-18 агрегата гтк-10-4 производства нзл:
- •Характеристики центробежных нагнетателей для транспорта природных газов
- •2.15. Электроснабжение кс Электроснабжение газотурбинных кс и гпа
- •Электроснабжение гпа
- •Электроснабжение электроприводной кс
- •Резервные аварийные электростанции
- •Система питания постоянным током автоматики и аварийных насосов смазки гпа, автоматики зру-10 кВ, аварийного освещения
- •2.16. Водоснабжение и канализация кс
- •Теплоснабжение кс
- •2.17. Организация связи на компрессорных станциях
- •2.18. Электрохимзащита компрессорной станции
- •2.19. Грозозащита компрессорной станции
- •Глава 3 эксплуатация газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом
- •3.1. Организация эксплуатации цехов с газотурбинным приводом
- •3.2. Схемы и принцип работы газотурбинных установок
- •3.3. Подготовка гпа к пуску
- •3.4. Проверка защиты и сигнализации гпа
- •Защита по давлению масла смазки
- •Защита по погасанию факела
- •Защита по осевому сдвигу роторов
- •Защита по перепаду между маслом уплотнения и газом в полости нагнетателя (защита "масло-газ")
- •Защита от превышения температуры газа
- •Защита по превышению частоты вращения роторов твд, тнд и турбодетандера
- •Защита по температуре подшипников
- •Система защиты от вибрации
- •3.5. Пуск гпа и его загрузка
- •3.6. Обслуживание агрегата и систем кс в процессе работы
- •3.7. Подготовка циклового воздуха для гту
- •3.8. Очистка осевого компрессора в процессе эксплуатации
- •3.9. Устройство для подогрева всасывающего циклового воздуха. Антиобледенительная система
- •3.10. Противопомпажная защита цбн
- •1’’’ - Режим работы нагнетателя с малыми возмущениями. I - линия контроля помпажа;
- •3.11. Работа компрессорной станции при приеме и запуске очистных устройств
- •3.12. Особенности эксплуатации гпа при отрицательных температурах
- •3.13. Система пожаротушения гпа и ее эксплуатация
- •3.14. Вибрация, виброзащита и вибромониторинг гпа
- •3.15. Нормальная и аварийная остановка агрегатов
- •3.16. Остановка компрессорной станции ключом аварийной остановки станции (каос)
- •Глава 4 эксплуатация газоперекачивающих агрегатов с электроприводом
- •4.1. Характеристика приводов, основные типы эгпа и их устройство
- •Техническая характеристика гпа с электроприводом
- •4.2. Системы избыточного давления и охлаждения статора и ротора электродвигателя
- •4.3. Системы масло-смазки и масло-уплотнения эгпа, их отличие от систем гту
- •4.4. Редукторы - мультипликаторы, применяемые на электроприводных гпа
- •4.5. Особенности подготовки к пуску и пуск гпа
- •4.6. Обслуживание эгпа во время работы
- •4.7. Регулирование режима работы гпа с электроприводом
- •4.8. Применение на кс электроприводных гпа с регулируемой частотой вращения
- •4.9. Эксплуатация вспомогательного оборудования и систем компрессорного цеха
- •4.10. Совместная работа электроприводного и газотурбинного компрессорных цехов
- •Глава 1. Характеристики природных газов
- •Глава 2. Назначение и устройство компрессорных станций
- •Глава 3. Эксплуатация газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом
- •Глава 4. Эксплуатация газоперекачивающих агрегатов с электроприводом
Глава 1 характеристики природных газов
1.1. Исходные понятия и определения
Современный уровень решения целого ряда технологических задач по эксплуатации и обслуживанию энергопривода компрессорных станций магистральных газопроводов связан с использованием законов как идеальных, так и реальных газов. В связи с этим специалистам газотранспортных предприятий, использующих те или иные методы тепловых расчетов, связанных с определением характеристик оборудования компрессорных станций (КС), прежде всего необходимо четко усвоить основные понятия и определения природных газов, знать границы применяемости законов идеальных газов, уметь определять теплофизические свойства природных газов.
В зависимости от способа получения и физико-химических свойств все газы условно можно разделить на природные и искусственные. Природный газ в настоящее время является основным видом топлива в системе городов и поселков, ценным сырьем для химической промышленности. Различают три основных группы природных газов:
газы, получаемые из чисто газовых месторождений (сухие газы); состоят в основном из метана СНдо 98%;
газы, получаемые из газоконденсатных месторождений; состоят из сухого газа и примеси конденсата (бензина, лигроина, керосина);
попутные газы, получаемые из скважин нефтяных месторождений вместе с нефтью, состоят из смеси газов с газовым бензином и пропан-бутановой фракции.
Искусственный газ получают в результате термической обработки твердых и жидких топлив, а также подземной газификации углей. Основной состав этих газов - окись углерода, водород и азот.
Состояние любого газа принято характеризовать величинами, которые называются параметрами состояния. Наиболее распространенными параметрами состояния являются: плотность, давление, температура. Кроме того, широко используются такие понятия, как масса, теплоемкость, работа, теплота, энтальпия, энтропия и т.д.
Масса газа () характеризует свойство его инертности, т.е. свойство сохранять приобретенное движение или состояние покоя. Масса газа измеряется в килограммах.
Плотность газа принято определять как отношение массы газа к его объему или массу газа, содержащуюся в единице его объема:
. (1.1)
Плотность газа измеряется в кг/мили в г/см. При решении целого ряда задач трубопроводного транспорта природных газов пользуются понятием относительной плотности газа, т.е. отношением плотности газа к плотности сухого воздуха при одних и тех же условиях:
. (1.2)
Плотность газа при 0°С и атмосферном давлении может быть определена по его мольной массе :
, (1.3)
где 22,41 - объем одного киломоля любого газа при 0°С и атмосферном давлении, м.
Киломоль это количество вещества в килограммах, численно равное его мольной массе. Так, например, киломоль кислорода Оравен 32 кг, киломоль углекислого газа СО- 44 кг и т.д. (1 киломоль = 1000 моль).
При решении задач трубопроводного транспорта газов часто приходится иметь дело с изменением плотности газа в результате его сжатия, нагревания, охлаждения и т.д. При этом масса газа , естественно, остается постоянной, а плотность изменяется только в связи с изменением объема газа . В этом случае удобнее бывает оперировать с понятием удельного объема газа - величины, обратной плотности газа:
. (1.4)
Давление принято определять как отношение силы, действующей перпендикулярно к поверхности тела, на единицу этой поверхности:
, (1.5)
где - сила, действующая по нормали к поверхности тела; - площадь поверхности тела, перпендикулярная к действующей силе.
Если силу , приложенную к поверхности тела, измерять в ньютонах (Н), а площадь поверхности - в квадратных метрах (м), то единицей давления будет ньютон на квадратный метр (Н/м). Эта единица давления называется паскалем (Па). Наряду
с паскалем, в практике проведения расчетов употребляются и более крупные единицы - килопаскаль (кПа), равный 1000 Па, и мегапаскаль (МПа), равный 10Па.
Давление жидкостей и газов измеряют приборами барометрического типа для определения абсолютного давления или приборами манометрического типа для определения избыточного давления. Абсолютное давление, например, в резервуарах, трубопроводах и т.п. будет определяться как сумма манометрического давления и абсолютного давления окружающей среды , измеренного, например, барометром:
. (1.6)
Если приборы манометрического типа используются для измерения разрежения в сосудах, то их называют вакуумметрами. Абсолютное давление газа в этом случае определяется соотношением:
, (1.7)
где - разность давления окружающей среды и давления в сосуде, называемая разрежением и измеряемая вакуумметром.
Следует хорошо помнить, что во все расчетные соотношения входят только значения абсолютных давлений газа и жидкости .
Температура является важнейшим термодинамическим параметром, определяющим состояние газа, степень его нагретости. В инженерной практике при измерении температуры газа используются две температурные шкалы: шкала Цельсия и шкала Кельвина. Показания температуры в градусах Кельвина больше температуры, измеренной в градусах Цельсия, на 273,16 градуса. Так, например, если газ имеет температуру = 20 °С, то его абсолютная температура будет = 273,16 + 20 = 293,16 К и т.д.
Работа в обычном определении механики - это произведение силы , действующей в направлении движения, на путь перемещения тела (газа). В условиях перемещения газа в газопроводах, работа газоперекачивающих агрегатов (ГПА) идет на изменение его кинетической энергии, изменение положения центра тяжести потока и преодоление сил трения газа о стенки трубопровода:
**, (1.8)
где и - линейные скорости газа в соответствующих сечениях 1 и 2; - ускорение свободного падения; - расположение рассматриваемой точки газопровода по высоте; ** - удельная работа трения.
В технических расчетах транспорта газа и определении показателей газоперекачивающих агрегатов важное значение имеет понятие термодинамического процесса. Под термодинамическим процессом принято понимать любое изменение состояния тела. При этом процесс может определяться условием о постоянном значении какого-либо параметра газа (например, = const, = const и т.п.) или условием о равенстве нулю какого-либо эффекта в процессе (например, равенство нулю теплообмена в процессе работы и т.п.). Часто пользуются обобщенным понятием процесса, называя его в этом случае политропным процессом. Политропный процесс - где одновременно могут изменяться все параметры тела (давление, объем, температура), осуществляться подвод или отвод теплоты и т.п.
Массовым расходом газа называется масса газа, проходящая через поперечное сечение трубы в единицу времени (кг/с):
, (1.9)
где - масса газа (за время ); - время, в течение которого через данное сечение проходит газ. Отсюда возникает понятие массовой скорости потока, определяемой как количество газа, проходящего через единицу поперечного сечения газопровода в единицу времени (кг/мс):
, (1.10)
где - массовый расход газа; - площадь поперечного сечения газопровода.
Объемным расходом газа называется количество газа в единицах объема, проходящего через сечение газопровода в единицу времени (м/с):
, (1.11)
где - объем газа, м; - время, в течение которого через рассматриваемое сечение проходит объем газа.
Объем и объемный расход обычно относят к определенной температуре и определенному давлению. В расчетах систем газоснабжения объемный расход определяют при температуре 0 °С и давлении 760 мм рт.ст. (1,03 ата или 0,101 МПа) или при температуре 20 °С и давлении 0,101 МПа.
Соответственно линейная скорость определяется как объемный расход газа в условиях потока через единицу поперечного сечения газопровода (м/с):
, (1.12)
где - линейная скорость газа в газопроводе; - объемный расход газа в условиях потока при данном давлении и температуре.
Между массовой и линейной скоростью существует простая взаимосвязь: . Использование в расчетах понятия массовой скорости удобно тем, что в отличие от линейной скорости она для газопровода постоянного сечения остается неизменной.
Влажность газов характеризует количество водяных паров, содержащихся в единице количества газа. Транспортируемый по газопроводам газ, к сожалению, всегда содержит какое-то количество влаги, что приводит к образованию конденсата, снижает количество перекачиваемого газа, вызывает коррозию трубопровода. Различают понятия абсолютной и относительной влажности газа. Абсолютную влажность можно рассматривать как массовую абсолютную влажность и как объемную абсолютную влажность. В первом случае влажность определяется как отношение количества водяного пара к количеству газа: ; во втором - как отношение количества водяного пара к объему газа: . Относительную влажность газов определяют как отношение фактически содержащегося количества водяных паров к максимально возможному при определенных условиях:
. (1.13)
Относительную влажность определяют по соотношению плотностей пара и насыщенного пара, а также по соотношению парциального давления водяного пара и давления насыщенного пара при той же температуре. Влажный пар называется насыщенным, когда он содержит максимально возможное количество пара при данной температуре и давлении:
, (1.14)
где - плотность пара; - плотность насыщенного пара; - парциальное давление водяного пара; - давление насыщенного пара.