2.14. Нагнетатели природного газа. Их характеристики
Нагнетателями природных газов принято называть лопаточные компрессорные машины с соотношением давления сжатия свыше 1,1 и не имеющие специальных устройств для охлаждения газа в процессе его сжатия.
Все нагнетатели условно можно разделить на два класса: неполнонапорные (одноступенчатые) (см. рис. 2.34) и полнонапорные (см. рис. 2.35). Первые, имеющие степень сжатия в одном нагнетателе 1,25-1,27, используются при последовательной схеме компремирования газа на КС, вторые - полнонапорные, имеющие степень сжатия 1,45-1,51, используются при коллекторной схеме обвязки компрессорной станции.
2.34. Неполнонапорный одноступенчатый нагнетатель 370-18 агрегата гтк-10-4 производства нзл:
1 - корпус; 2 - крышка; 3 - лопаточный диффузор; 4 - рабочее колесо; 5 - гильза; 6 - зубчатая муфта; 7 - клиновые прокладки; 8 - анкерные болты
Рис. 2.35. Полнонапорный двухступенчатый нагнетатель НЦ-16/76 агрегата ГПА У16 производства АО "СМПО им. Фрунзе":
1 - опорный подшипник; 2 - крышка; 3 - корпус; 4 - внутренний корпус; 5 - ротор; 6 - крышка; 7 - уплотнение; 8 - упорно-упорный подшипник; 9 - блок масляных насосов; 10 - думмис; 11 - улитка; 12 - обратный направляющий аппарат
Важной характеристикой нагнетателя
является его производительность.
Применительно к газопроводу различают
объемную
,
м
/мин,
массовую
,
кг/ч и коммерческую подачу газа
,
млн·нм
/сут.
Перевод одних величин в другие
осуществляется с использованием
уравнения Клапейрона с поправкой на
сжимаемость газа
.
При использовании
кг газа применяется уравнение
Клапейрона-Менделеева также с
использованием поправки на сжимаемость
газа
,
где
- объемная подача газа,
- массовая подача, характеризующая
количество газа, протекающее в единицу
времени через сечение всасывающего
патрубка. Коммерческая подача
определяется по параметрам состояния
во всасывающем патрубке, приведенным
к нормальным физическим условиям (
=
20 °С;
=
0,101 МПа). Для определения коммерческой
подачи используется уравнение Клапейрона
для "стандартных" условий:
;
,
.
Характеристики ряда типов центробежных нагнетателей, используемых на газопроводах, приведены в табл. 2.5.
Каждый тип нагнетателя характеризуется
своей характеристикой, которая строится
при его натурных испытаниях. Под
характеристикой нагнетателей принято
понимать зависимость степени сжатия
,
политропического КПД (
)
и удельной приведенной мощности
от приведенного объемного расхода газа
.
Строятся такие характеристики для
заданного значения газовой постоянной
,
коэффициента сжимаемости
,
показателя адиабаты, принятой расчетной
температуры газа на входе в нагнетатель
в принятом диапазоне изменения приведенной
относительной частоты вращения
.
Типовая характеристика нагнетателя
типа 370-18-1 приведена на рис. 2.36.
Характеристики других типов имеют такой
же вид, как для неполнонапорных, так и
для полнонапорных нагнетателей.
Рис. 2.36. Приведенные характеристики
нагнетателя 370-18-1 при
=
288К;
=
0,9;
=
490 Дж/(кг·К)
Таблица 2.5
Характеристики центробежных нагнетателей для транспорта природных газов
|
#G0Тип нагнетателя
|
Номинал. производ. при 20 °С и 1 МПа |
Номинал. частота вращения, об/мин |
Объемная
производ., м |
Степень сжатия |
Конечное давление на выходе, МПа |
|
370-14-1
|
19,1 |
5300 |
289 |
1,25 |
5,66 |
|
Н-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:
|
|
|
|
|
|
|
PCL- 802/24
|
17,2 |
6500 |
219 |
1,49 |
7,52 |
|
PC-L1001-40
|
45,0 |
4600 |
520 |
1,51 |
7,52 |
/мин
Пользуются характеристиками следующим
образом. Зная фактические значения
величин
для данных условий, по соотношению 2.3,
определяют приведенную относительную
частоту вращения нагнетателя
.
По известной степени сжатия находят
приведенный объемный расход газа
,
соотношение 2.4, а затем по соответствующим
кривым (рис. 2.36) определяют политропический
КПД
и приведенную внутреннюю мощность
нагнетателя
,
(2.3)
.
(2.4)
Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем, определяется соотношением
.
(2.5)
В соотношениях 2.3-2.5 индексом "О"
отмечен номинальный режим работы
нагнетателя; индексом "в" - отмечены
параметры на входе в нагнетатель.
Плотность газа при всасывании, кг/м
,
определяется по соотношению:
,
(2.6)
где
-
абсолютное давление (МПа) и температура
(К) при всасывании.
Мощность на муфте привода, кВт:
,
где
- механические потери, для газотурбинного
привода
=
100 кВт, для электропривода
=
150 кВт.
Расчетный рабочий расход газа
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
/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
,
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 (
),
производительность и мощность на муфте
нагнетателя типа 370-18-1 при следующих
исходных данных: частота вращения
= 4500 об/мин, начальное абсолютное давление
сжатия
= 5,0 МПа, конечное абсолютное давление
6,1 МПа, температура газа на входе,
=
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
,
где
и
- соответственно, газовая постоянная
воздуха (
)
и газа (
),
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,
= 0,9.
3. По уравнению состояния реального газа
(
)
определяется его плотность на входе в
нагнетатель
=37,8
кг/м
.
4. Определяется степень сжатия по нагнетателю
.
5. Определяется приведенная относительная частота вращения вала нагнетателя
6. С использованием приведенной
характеристики нагнетателя (рис. 2.36)
при найденных значениях
=
1,22 и приведенной частоте вращения вала
нагнетателя
=
0,96 определяется приведенная объемная
производительность:
=
480 м
мин.
7. Приведенная относительная внутренняя
мощность, потребляемая нагнетателем и
его политропический КПД при
= 480 м
/
мин по характеристике рис. 2.36 составят:
=
260·кВт/(кг/м
);
=
0,82.
8. Фактическая производительность нагнетателя составит:
м
/мин.
Объемный, или "коммерческий" расход, приведенный к стандартным условиям, определяется соотношением
·млн.нм
/сут.
=
1,206·0,56 = 0,675 кг/м
9. Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем
=
8098 кВт.
10. Мощность на муфте привода нагнетателя
=
8098 + 100 = 8198 кВт,
где
- механические потери мощности в системе
ГПА, принимаемые в расчетах для этого
типа агрегатов на уровне 100 кВт.