База книг в электронке для ЭНН УТЭК / примеры расчета оборудования КС и НПС
.pdfИногда принимают P"уд, считая, что усилие пружины уравновешивается силой
трения. Тогда окончательно удельное давление в паре трения |
Р уд |
, Па: |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|
Р |
' |
|
( k |
|
0 , 5 ) P , |
|
|
||
|
|
у д |
p |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
kр |
– коэффициент разгрузки: |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
k p |
|
|
f |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
Коэффициент разгрузки оказывает влияние на конструкцию торцового уплотнения. При kp 1 торцовое уплотнение считают неразгруженным, а при kp< 1 – разгруженным.
При монтаже уплотнения с вращающимся аксиально-подвижным кольцом па валу постоянного диаметра из-за необходимости обеспечивать зазоры между валом и превращающейся втулкой всегда имеемся условие, когда f>F, то есть kp>1.
Разгруженное уплотнение с вращающимся аксиально-подвижным кольцом монтируют на ступенчатом валу или на гильзе, с помощью которой обеспечивается необходимая разность диаметров.
Для установки неразгруженного уплотнения (kp=1) с вращающимся аксиальноподвижным кольцом также нужен ступенчатый вал. Но, поскольку в разгруженном уплотнении с таким же ступенчатым валом удельное давление на контактные поверхности рабочих колец меньше, это уплотнение применяют чаще, чем уплотнение, у которого kp=1. При монтаже уплотнения с внешним нагружением и невращающимся аксиально-подвижным кольцом на валу постоянного диаметра любой коэффициент разгрузки может быть получен при изменении размера d2.
Уплотнения, имеющие kp 1, используют при легких рабочих условиях - при низких давлениях уплотняемой жидкости. При повышенных давлениях жидкости применяют разгруженные уплотнения, имеющие kp<1.
В практике наиболее распространены значения коэффициента kp от 0,56 (для разгруженных уплотнений) до 1,2 (для неразгруженных).
Уплотнения с коэффициентом kp =0,5 называется полностью разгруженным, так как для них Pуд = 0.
При дальнейшем снижении коэффициента разгрузки (kp<0,5) расклинивающая сила оказывается преобладающей и стремится отжать аксиально-подвижное кольцо, что приводит к нарушению герметичности в паре трения. В разгруженных торцовых уплотнениях нефтяных центробежных насосов рекомендуется удельное давление в паре трения принимать в пределах 5…7 кгс/см2 при давлениях уплотняемой жидкости 25…30 кгс/см2.
При конструировании уплотнении и их расчете существенное значение имеет выбор поверхности трения, то есть ширины b уплотнительных поясков рабочих колец. С уменьшением значения b снижается выделение тепла. В то же время утеч-
41
ка через уплотнение практически не зависит от радиальной ширины уплотнительной поверхности колец. Применяемые на практике значения ширины кольца b находятся в пределах 2…10 мм, а для нефтяных насосов с диаметром валов от 40 мм до 100 мм – 3,5…6 мм.
3.4.1 Пример расчета торцового уплотнения
Частота вращения вала п=2950об/мин, диаметр вала – 115 мм, диаметр гильзы с расточкой под торцовое уплотнение – 125 мм. Конструктивные размеры рабочих колец: d1=151 мм; d2=142 мм; d0 = 146мм.
Поверхность трения F, см2:
|
|
|
F |
|
|
|
( d |
2 |
d |
2 |
) . |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
3,1 4 |
|
(1 5 1 |
2 |
1 4 2 |
2 |
) |
2 0 , 7 с м |
2 |
. |
||||
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Неуравновешенная площадь аксиально-подвижного кольца, по которому осуществляется гидравлический прижим f, см2:
|
|
|
f |
|
|
|
( d |
2 |
|
d |
2 |
) ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
f |
|
3,1 4 |
|
(1 5 1 |
2 |
1 4 6 |
2 |
) |
1 1, 6 6 с м |
2 |
. |
||||
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент разгрузки kр=0,56.
Для равномерного распределения давление трущихся поверхностей рекомендуется устанавливать по периметру не менее шести пружин. Принимаем шесть пружин, равномерно распределенных по окружности.
При максимальном сжатии каждая пружина создает усилие 10 кгс. Удельное давление от усилий всех пружин при максимальном их сжатии без учета сил трения
|
/ / |
2 |
Р |
у д |
, кгс/см : |
Р // |
|
т S T |
, |
|
|||
у д |
|
F |
|
|
|
|
где |
m |
– |
количество пружин, m = 6; |
|
S |
– |
сила сжатия одной пружины, |
Т– сила трения, кгс, Т = 0 кгс;
Р |
/ / |
|
6 |
1 0 |
0 |
|
|
|
|
||||
у д |
|
|
|
|||
|
|
|
2 0 , 7 |
|
||
|
|
|
|
|
||
кгс, S = 10 кгс,
2 , 9 |
кгс/см2. |
Удельное давление Р у/ д , кгс/ см2:
Р у' д ( k p 0 , 5 ) P ,
42
где |
Р |
– давлении среды в камере уплотнения, кгс/см2, Р = 40 кгс/см2; |
||
|
|
|
/ |
2 |
|
|
Р |
= (0,56 – 0,5)·40 = 2,4 кгс/ см . |
|
|
|
уд |
||
Результирующее удельное давление в паре трения по формуле максимальном сжатии пружин Руд, кгс/см2:
Руд = Р |
/ |
+ Р |
// |
, |
уд |
уд |
Руд = 2,4 + 2,9 = 5,3 кгс/см2.
Такое значение удельного давления соответствует рекомендуемому 3,5…7 кгс/см2.
3.5 Расчет основных параметров оборудования ГРС
3.5.1 Температурный режим газораспределительных станций
Всвязи с тем, что на ГРС производится снижение давления газа, это приводит
ксоответствующему его охлаждению. В результате могут образоваться гидраты и сильно охладиться регулирующие клапаны, запорная аппаратура, контрольноизмерительные приборы и трубопроводы, что нарушает работу станций. Для борьбы с гидратообразованиями на ГРС применяют автоматическую подачу в газопровод метанола и подогрев газа. На некоторых ГРС внедрены пневматические автоматы для подачи метанола (ввод метанола в поток газа).
Подогрев газа применяют главным образом на ГРС, где ожидается поступление неосушенного газа при резких перепадах давления, когда наблюдается значительное охлаждение газа. Для подогрева используются специальные теплообменники. Конструкция теплообменников, а также схема блока подогрева зависит от давления, температуры и количества поступающего на ГРС газа.
Количество тепла, необходимое для подогрева газа Q, ккал/ч (кДж/ч):
|
Q = VoρoCp.Δt, |
где Vo |
– расход газа, м3/ч, при 0°С и 760 мм рт. ст.; |
ρo |
– плотность газа, кг/м , при 0°С и 760 мм рт. ст.; |
Ср |
– удельная теплоемкость газа при постоянном давлении, для при- |
|
родных газов, равная 0,5 ккал/(кг·°С)(2,ЗкДж/(кг·°С)); |
Δt |
– температура подогрева газа, °С, равная примерно 4…5°С и более в |
|
зависимости от температуры и давления газа до и после ГРС. |
Поскольку температура газа зависит от перепада давления, коэффициента Джоуля-Томсона и изменения скорости движения газа, температуру газа после регулирующего клапана t2, °С, определяют по формуле:
43
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
t |
|
t |
|
D |
|
( p |
|
|
p |
|
) |
|
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
i |
|
1 |
|
|
2 |
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
||
|
||
2 |
|
.
,
где |
t1 |
– температура газа до регулятора давления, °С; |
|
Di |
– коэффициент Джоуля-Томсона, С/ Па; |
|
р1 |
– давление газа до регулятора, МПа; |
|
р2 |
– давление газа после регулятора, МПа; |
|
ω2 |
– линейная скорость газа после регулятора, м/с; |
|
ω1 |
– линейная скорость газа до регулятора, м/с. |
Зададимся необходимыми данными и определим температуру газа (метана) на выходе из ГРС и количество тепла, необходимого для подогрева газа до регулятора давления.
Исходные данные:
–температура газа до регулятора давления t1 = 29,8 С;
–абсолютное давление до редуцирующего клапана р1 = 2,3·106 Па;
–абсолютное давление после редуцирующего клапана р2 = 1,2·106 Па;
–линейная скорость газа до клапана ω1 = 25м/с;
–теплоемкость метана Ср = 2300 Дж/(кг·°С);
–коэффициент Джоуля-Томсона Di =4·106 С/Па;
–расход газа Vо =42250 м3/ч;
–плотность газа ρ0 =0,71 кг/м3.
Диаметры трубопроводов до и после регуляторов равны.
Линейная скорость газа после регулятора из условия равенства диаметров до и после клапана ω2, м/с:
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
2 ,3 |
10 |
6 |
||
|
|
25 |
|
|
||||
2 |
|
|
10 |
6 |
||||
|
|
|
1, 2 |
|||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
р1
р2
,
47
м/с.
Температура газа после регулирующего клапана t2, °С:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
2 |
|
t |
|
t |
|
D |
|
( p |
|
|
p |
|
) |
|
2 |
1 |
. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2 |
|
1 |
|
i |
|
1 |
|
|
2 |
|
C |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
2 9 , 8 4 1 0 6 |
( 2 , 3 1, 2 ) 1 0 6 |
|
4 7 2 2 5 2 |
2 5 C . |
|
2 |
2 2 3 0 0 |
||||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Количество тепла, необходимого для подогрева газа до регулятора давления Q, кДж/ч:
Q = VoρoCp.Δt,
Q =42250·0,71·2,3·(29,8–25)=331172 кДж/ч.
44
3.5.2 Выбор предохранительных и регулирующих клапанов для ГРС
При выборе типоразмеров предохранительных и регулирующих клапанов для ГРС пользуются следующей методикой расчета.
Предохранительные клапаны рассчитывают на полную пропускную способность ГРС с тем, чтобы после сброса давления (превышающего нормальное рабочее) за клапанами не могло создаваться давление, выше рабочего более чем на 15%. Клапаны должны открываться при повышении давления газа на 25% сверх рабочего. Для быстрого сброса газа низкого давления (0,5…2,8 кгс/см2) применяют специальные предохранительные клапаны типа СППК, для сброса газа среднего давления (16
кгс/см2) – |
клапаны типа ППК, величина |
открытия которых составляет |
||||||
(0,25…0,36)·dc (где dc – диаметр сопла или седла). |
|
|
|
|
||||
|
Предохранительные клапаны выбирают по их пропускной способности G, |
|||||||
кг/ч: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G 1, 5 9 F B |
p |
` p |
2 |
` |
1 |
; |
|
|
|
1 |
|
|
|
||
где |
а |
– коэффициент расхода газа клапаном (для стандартных конструк- |
||||||
ций типов СППК4 и ППК4 а = 0,5…0,8);
F– площадь сечения клапана, равная наименьшей площади в проточной части, мм2;
p1` |
– максимальное избыточное давление перед предохранительным |
|
|
|
клапаном, кгс/см2; |
p2` |
– избыточное давление за предохранительным клапаном, кгс/см2; |
|
ρ1 |
– |
плотность среды для параметров p1' и t1`, кг/м3; |
t1` |
– |
температура газа перед клапаном, °С; |
В– коэффициент, зависящий от показателя адиабаты К и перепада давления р2`/p1`, при сбросе в атмосферу В принимается по таблице
5.
Таблица 5
Значение коэффициента В
К |
1,0 |
1,14 |
1,34 |
1,3 |
1,4 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
6,0 |
10,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
0,43 |
0,45 |
0,46 |
0,47 |
0,48 |
0,54 |
0,61 |
0,66 |
0,72 |
0,79 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из вышеприведенной формулы определяют величину F, а затем по каталогу подбирают предохранительный клапан, у которого ближайшая величина F больше расчетной величины.
Регулирующие клапаны выбирают также по их пропускной способности. Поскольку пропускная способность регулирующего клапана зависит от режима исте-
45
чения газового потока через регулирующий клапан, необходимую максимальную пропускную способность КV, м3/ч, определяют по двум уравнениям:
|
– при |
р<р1/2: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
Q |
|
|
o |
T |
; |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
V |
|
|
|
p |
|
|
|||||
|
|
|
|
5 1 4 |
p |
|
|||||||
|
|
|
|
|
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– при |
р>р1/2: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K V |
|
|
|
o T . |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
5 1 4 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
р |
– перепад давления на регулирующем клапане, кгс/см2: |
|||||||||||
|
|
|
|
|
р = р1 |
– р2 |
|
|
|||||
где |
p1 |
– абсолютное давление до регулирующего клапана, кгс/см2; |
|||||||||||
|
р2 |
– абсолютное давление после регулирующего клапана, кгс/см2; |
|||||||||||
|
Q |
– максимальный расход среды, мЗ/ч; |
|
||||||||||
|
ρo |
– плотность среды (при 760 мм вод. ст. и 0° С), кг/м3; |
|||||||||||
Т– абсолютная температура среды, К.
Условная пропускная способность регулирующего клапана Kvy, м3/ч:
Kvy =1,2 Kv.
По найденной условной пропускной способности по каталогу подбирают ближайший больший по отношению к Кvy условный проход регулирующего клапана.
Подберем предохранительный клапан. Исходные данные:
–среда – природный газ (98% метана);
–расход газа Vo =42250 мЗ/ч;
–абсолютное давление защищаемой системы 12 кгс/см2 (1,2 МПа);
–температура газа t2 =25 °С.
Сброс происходит из предохранительного клапана в атмосферу:
–коэффициент адиабаты газа К = 1,31;
–коэффициент сжимаемости газа z = 0,9.
Необходимое проходное сечение предохранительного клапана F, мм2:
|
|
F |
|
G |
||
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
||||
|
|
1, 5 9 B |
p1 ` p 2 ` 1 |
|||
где |
G |
– необходимая пропускная способность, кг/ч: |
||||
|
|
|
G=Vo · ρo, |
|||
где |
ρo |
– плотность метана при нормальных условиях, кг/м3, ρo = 0,71 кг/м3; |
||||
G=42250-0,71=30000 кг/ч
В– коэффициент, зависящий от показателя адиабаты К, для метана при К = 1,31 В ~ 0,47;
46
p1` |
– максимальное избыточное давление перед предохранительным |
||||||||||||||||
|
клапаном, кгс/см2, p1`=10,9 кгс/см2; |
|
|
|
|
||||||||||||
p2` |
– избыточное давление за предохранительным клапаном, кгс/см2, |
||||||||||||||||
|
р2`= 0 кгс/см2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ρ1 |
– плотность газа при рабочих условиях, кг/м3; |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
1 |
" T |
í |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
1 |
|
o |
Ò |
|
ð |
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
í |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где p1” |
– абсолютное давление перед предохранительным клапаном, кгс/м2, |
||||||||||||||||
|
p1” = 120000 кгс/м2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Тн |
– нормальная температура, К, Тн = 273 К; |
|
|
|
|
||||||||||||
Т1 |
– температура газа перед предохранительным клапаном, К, |
||||||||||||||||
|
Т1= 303 К; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рн |
– нормальное абсолютное давление, кгс/м2, рн = 10000 кгс/м2; |
||||||||||||||||
z |
– коэффициент сжимаемости газа, z = 0,9; |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
1 2 0 0 0 0 |
|
2 7 3 |
|
|
|
3 |
|
|
|
||||
|
|
|
0 , 7 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 , 6 7 к г / м |
. |
|
|
||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
2 9 8 1 0 0 0 0 |
8 , 6 7 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
F |
|
|
3 0 0 0 0 |
|
|
|
|
|
|
6 6 9 8 м м |
2 |
. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
1, 5 9 |
0 , 6 0 , 4 7 1 0 , 9 6 6 8 |
9 ,1 |
|
|
|
|
|||||||||
По каталогу трубопроводной арматуры подбираем два предохранительных клапана типа СППК4 с условным проходом Dy = 150 мм на условное давлению ру=16 кгс/см2, у которых площадь двух сопел равна 8138 мм3.
По выше рассчитанным и принятым данным подберем регулирующий клапан:
–среда – природный газ;
–плотность ρo = 0,71 кг/м3;
–расход газа (максимальный) G=30 000 м3;
–температура газа после регулирующего клапана t2 =25 С;
–абсолютное давление до регулирующего клапана p1= 23 кгс/см2;
–давление после регулирующего клапана p2 = 12 кгс/см2.
Необходимая пропускная способность регулирующего клапана Kv, м3/ч:
K |
|
|
Q |
|
o |
T |
|
3 0 0 0 0 |
0 , 7 1 2 9 8 |
7 3 , 9 м |
3 |
/ ч . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
v |
|
p |
|
|
|
1 1 1 2 |
|
||||||
|
|
5 1 4 |
p |
|
5 1 4 |
|
|
|
|||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Условная пропускная способность Kvy, м3/ч: Kvy=1,2 Kv
Kvy =1,2·73,9=88,68 м3/ч.
По каталогу выбираем регулирующий клапан типа 25с40нж с условной пропускной способностью Kvv = 100 м3/ч и условным проходом Dy=65 мм
47
Библиографический список
1. Сальников, А.В. Дипломная работа. Правила оформления [Текст] : метод. указания / А.В. Сальников, Р.В. Агиней, М.М. Свирида. – Ухта : УГТУ, 2008. – 53 с.
2.Казаченко, А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов [Текст] / А.Н. Казаченко. – М. : Нефть и газ, 1999. – 463 с.
3.РД 108.022.105-06. Газоперекачивающие агрегаты. Временный порядок проведения ремонтов [Текст] : Взамен РТМ 108.022.105-77: Срок введ. в действие установлен с 14.06.06. – М., 2006. – 222 с.
4.Дятлов, В.А. Сооружение, эксплуатация и ремонт магистральных газопроводов [Текст] / В.А. Дятлов, В.М. Михайлов, Е.И. Яковцев. – М. : Недра, 1990. –
221 с.
5.Справочник работника газовой промышленности [Текст] / Под ред. М.М. Волков. – М. : Недра, 1989. – 358 с.
6.Федорченко, М.Ю. Управление перерабатывающим агрегатом ГТК-10-4. [Текст] : учеб. пособие / М.Ю. Федорченко. – Екатеринбург : УГТУ, 1998. – 72 с.
7.Правила технической эксплуатации магистральных газопроводов [Текст] –
М. : ВНИИгаз, 2000. – 220 с.
8.Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций [Текст] : учебник для вузов / А.М. Шамазов, В.Н. Александров, А.Н. Гольянов [и др.] – М. : ООО Недра-Бизнесцентр, 2003. – 404 с.
9.Могильницкий, Н.П. Газотурбинные установки в нефтяной и газовой промышленности [Текст] / Н.П. Могильницкий, В.Н. Стешенко. – М. : Недра, 1971. – 386 с.
48