24.2. Компресорні станції

Компресорні станції (КС) служать для збільшення енергії газу і перекачування його по лінійній частині. Збільшення тиску газу відбувається в компресорному цеху (КІД), який ста­новить основу КС. Крім цього на КС також наявні блок очистки газу (БО), що встанов­люється на вході в КС, та блок охолодження газу (ОХ), що розміщується після КЦ. КС слу­жить керуючим елементом в системі дального транспорту газу. Практично власне парамет­рами роботи КС визначається режим газотранспортної системи.

542

Технологічні схеми та основне обладнання.. Основним обладнанням КС прийнято вважати газоперекачувальні агрегати (ГПА). Як такі на магістральних газопроводах вико­ристовуються відцентрові нагнітачі (ВН) з електроприводом та від газотурбінних установок (ГГУ), а також поршневі газомотокомпресори.

Основними параметрами роботи компресора є продуктивність, ступінь стиснення, тем­пература газу на виході, а також потужність, яку споживає компресор.

Під продуктивністю розуміють об'ємну кількість газу, що перекачується компресором за одиницю часу.

Ступінь стиснення визначається відношенням тисків виходу і входу ГПА. Залежно від ступеня стиску ВН діляться на повнонапірні (ПВН) і неповнонапірні (НВН). Для НВН ступінь стиску перебуває у межах 1,23-1,25. У зв'язку з цим на КС вони працюють за послідовно-паралельною схемою. Залежно від тисків на вході і виході КС вибирається чис­ло ступенів стиснення в групі. Звичайно на КС буває дво- триступінчасте стиснення. За­лежно від продуктивності КС вибирається число паралельних груп. Технологічна схема КС з НВН показана на рис.24.2. Повнонапірні ВН вміщують в одному корпусі два послідовно з'єднаних робочих колеса, внаслідок чого ступінь стиснення ПВН становить 1,50-1,58. На КС вони працюють виключно паралельно. Кількість робочих ПВН на КС визначається про­дуктивністю КС і номінальною продуктивністю одного ГПА вибраного типу. Технологічна схема КС, що обладнана ПВН, зображена на рис. 24.3.

Привод нагнітачів на КС вибирають задежло від потужності, яку споживає нагнітач з врахуванням швидкості обертання ротора ГПА.

Газотурбінний привод порівняно з електроприводом має ряд переваг, які полягають в можливості регулювання режиму роботи нагнітача шляхом зміни швидкості обертання ро­тора, незалежно від джерела енергії. Недоліком слід вважати громіздкість обладнання , значні витрати газу на пуск агрегата , вплив на екологію.

Технічні характеристики ГПА з приводом від ГТУ наведені в табл.24.1.

Рис.24.2. Технологічна схема КС з універсальною обв'язкою

543

Електродвигуни як привод ВН на КС використовуються порівняно рідко (табл.24.2). Однак останнім часом почали застосовувати блоки, що змінюють частоту струму і цим да­ють змогу змінювати обертання валу. В комплексі з перевагами електричного привода це зумовило використання електрод­вигунів

Рис.24.3. Технологічна схема КС з колекторною обв'язкою

при проектуванні КС. Технічні характеристики ГПА з електропри-водом наведені в табл. 24.2.

Характеристики ВН. Для роз­рахунку режимів роботи нагнітачів використовують зведені характе­ристики, які побудовані для кож­ного типу нагнітачів індивідуально при певних (зведених) умовах. До зведених умов відносять зведену температуру газу на вході в нагнітач, зведену газову сталу та зведене значення коефіцієнта над-стисливості газу на вході в нагнітач. Крім цього при побудові зведених характеристик нагнітача

використовують поняття: зведена продуктивність

(24.26)

де - об'ємна продуктивність нагнітача, зведена до умов на вході; п, ~ фактична і номінальна швидкість обертання вала; зведені оберти

(24.27)

де - істинна газова стала; - температура і коефіцієнт надстисливості на вході в нагнітач;

зведена потужність

(24.28)

де - індикаторна потужність нагнітача; - густина газу при умовах входу в нагнітач.

Під зведеними характеристиками нагнітача розуміють залежності зведеної потужності, політропічного ККД та ступеня стиснення від зведеної продуктивності нагнітача. Графіки зведених характеристик найбільш поширених нагнітачів показано на рис. 24.4.

З метою автоматизації процесів розрахунку режимів роботи нагнітачів їх зведені харак­теристики апроксимують різними математичними моделями. Найбільш простою і водночас досить точною є модель, яка при сталих обертах нагнітача має вигляд

(24.29)

544

Таблиця 24.1

Тип ГПА	Завод виготовлювач	Номінальна потужність	ККД ГДУ, %	Питома витрата палива, м3/(*Вггод)	Швидкість обертання валів		Тиск пал. газу, Мпа	Число ступеней OK	Спупінь стиску ОК	Продуктивність ОК, т/год	Тиск газу, МПа	Температура газів перед ТВТ, °С
					ТВТ	ТНТ
ГТ7004	НЗЛ	4000	16,0	0,650	3100	-	0,9	12	5,0	160	2,0	700
ГТ7005	НЗЛ	4250	25,0	0,416	5000	5500	0,8	11	3,9	163	1,0	700
ГТК5	НЗЛ	4400	25,0	0,400	5000	5500	0,8	11	3,9	163	1,0	700
ГТ7506	НЗЛ	6000	27,0	0,386	5200	5300	0,9	12	4,6	200	0,9	750
ГТ6750	УТМЗ	6000	24,0	0,454	6200	6150	1,0	12	6,0	164	3,0	760
ГТН6	УТМЗ	6000	24,0	0,454	6200	6150	1,0	12	6,0	164	3,0	760
ГПАЦб.з	СЄТК	6300	21,0	0,497	9300	8200	2,3	14	7,8	202	0,6	810
ГТН9750	ЛМЗ	9000	20,0	0,520	4100	5000	1,2	11	4,6	280	1,2	750
ГТК102	НЗЛ	10000	28,0	0,372	5200	4800	1,5	10	4,4	310	1,5	780
ГТК103	НЗЛ	10000	28,0	0,372	5200	4800	1,5	10	4,4	310	1,5	780
ГТК104	НЗЛ	10000	29,0	0,360	5200	4800	1,5	10	4,4	310	1,5	780
ГТК16	УТМЗ	16000	25,0	0,416	4900	4600	2,0	13	7,6	360	1,2	810
ГТК25	НЗЛ	26000	29,0	0,347	5500 4300	3700	2,0	12	12,5	иЗО	1,5	900
	Дженерал
ГТК 101	електрік	9690	26,2	0,416	7100	6500	1,4	15	7,2	280	1,4	925
	(США)
	Нуово-
ГТК251	Шньоне	25000	27,0	0,386	5100	4670	1,4- 1,7	16	7,2	420	2,5	950
	(Італія)
Центавр	Солар (США)	2620	27,0	0,439	15700	15700	1,4	11	8,0	116,5	1,4	840
	Купер-
Кобера	Бессемер	12900	28,1	0,379	7500	5000	3,5	17	-	-	1,2	837
	(США)

545

Таблиця 24.2

ТнпВН	Номінальна продуктивність, млн.м3/добу	Номінальні оберти вала, об/хв	Параметри режиму при працюючих ВН						Тиск на виході, МПа	Ступінь стиснення
			одному		двох послідовно		трьох послідовно
			об'ємна продуктивність, м3/хв	тиск на вході, МПа	об'ємна продуктивність, м3/хв.	тиск на вході, МПа	об'ємна продуктивність, м3/хв	тиск на вході, МПа
280-1 1-2	13	7700	178	4,65	210	3,95	227	3,6	5,6	1,20
280-12-4	13	7950	179	4,50	211	3,80	236	3,35	5,6	1,25
260-13-2	14	5550	204	4,50	245	3,75	286	3,20	5,6	1,25
370-15-2	13	5550	303	3,06	363	2,55	421	2,20	3,8	1,25
370-17-1 370-14-1	19,8 19,5	5300	289	4,50	346	3,75	398	3,25	5,6	1,25
Н-300-1,23	19,0	6150	260	4,40	330	3,60	370	3,10	5,6	1,27
Н-196-1.45	13,0	8200	196	3,86	-	-	-	-	5,6	1,45
НГ-280-9	34,0	5000	486	4,63	582	3,90	660	3,45	5,6	1,20
520-12-1	29,3	4800	425	4,40	530	3,54	620	3,00	5,6	1,27
370-16-1	32,6	4800	350	5,70	380	5,70	-	-	7,35	1,14
260-13-1	23,0	4800	350	5,70	290	5,30			7,35	1,17
370-18-1	37,0	4800	370	, 6,20	455	5,07	540	4,40	7,6	1,23
Н-16-56	51,0	4600	800	4,50	950	3,60	-	-	5,6	1,25
Н-16-75	51,0	4600	600	6,00	710	4,80			7,5	1,25
650-21-1	53,0	3700	640	5,20	-	-	-	-	7,6	1,45
820-21-1	53,0	3700	820	3,80					5,6	1,45
RF288-30	16,5	6200	290	3,70	-	-	-	-	5,6	1,51
CDP-224	17,2	6200	219	4,97	-	-	-	-	7,52	1,51
PCL802/24	17,2	6200	219	4,97					7,52	1.51
PCL1002/40	45,0	4600	572	4,97	-	-	-	-	7,52	1,51
С 1688-564	1,2	20400	22,0	4,00	-	-		-	12,5	3,10
С3044-30	2,9	15700	70,0	2,50					5,6	2,20
RF288-30	21,8	5000	274	5,10	-	-	-	-	7,6	1,50

546

Таблиця 24.3.

Тип ГПА	Потуж­ність, кВт	На­пру­га, кВ	Струм сі ато— ра, А	Швид-кість обер­тання вала, об/хв	Кое­фіцієнт потуж­ності	ккд двигу­на, %	ТипВН	Про-ДУК-тив-ність, ч мпнм3 Добу	Тиск на виході, МПа	Швид­кість обер­тання вала, об/хв
АЗ-4500-1500	4500	6	520	1490	0,87	95,6	280-11-1	13	5,6	7980
СДС34500-1500 ,	4500	6	500	1500	0,90	96,5	280-11-1	13	5,6	7980
СТМ-4000-2	4000	6	445	3000	0,90	97,5	280-11-6	13	5,6	7980
СТД-4000-2	4000	6/10	438/ 265	3000	0,90	97,5	280-1 1-6 280-11-7	13	5,6	7980
СТМП-4000-2	4000	6	445	3000	0,90	96,7	280-11-7	13	5,6	7980
СТД-1 2500-2	12500	6/10	1368 820	3000	0,90	97,9	370-18-2	37	7,6	4800

Коефіцієнти і звичайно знаходять на основі графічних зведених характери­стик, вибравши на лінії зі сталими обертами дві точки, що відповідають інтервалу зміни зведеної продуктивності та склавши на основі (24.29) систему лінійних алгебраїчних рівнянь.

Щоб перейти в (24.29) від зведених значень до істинних, використовують формули

(24.30)

(24.31)

(24.32)

(24.33)

де m - показник політропи стиснення, що перебуває в межах 1,3-1,31.

При спільній роботі двох різнотипних нагнітачів значення коефіцієнтів а і в моделі характеристики змінюються, а вигляд характеристики при цьому залишається таким же. При послідовному з'єднанні двох нагнітачів з коефіцієнтами в характеристиках першого ступеня другого ступеня значення коефіцієнтів в характеристиці

спільної роботи матимуть вигляд

(24.34)

(24.35)

547

Якщо вказані агрегати працюють паралельно, то коефіцієнти і в рівнянні їх спільної характеристики матимуть вигляд

(24.36)

(24.37)

Для зведеної потужності та політропічного ККД загальноприйнято використовувати тричленні моделі

(24.38)

(24.39)

Слід зазначити, що з огляду на рекурентність залежностей (24.29) — (24.36) є змога побудовати характеристику довільного числа різним чином з'єднаних нагнітачів.

При використанні зведених характеристик для розрахунку режиму ВН необхідно сте­жити, щоб параметри режиму були достатньо віддалені (не менш як 10%) від зони помпа-жа. Під помпажем розуміють явище нестійкої роботи ВН при високих тисках на виході та малих значеннях продуктивності. Перекачуючи газ, ВН може створити на виході значний тиск, який з часом буде зростати. При тому робоча точка ВН буде пересуватися по харак­теристиці у бік зменшення продуктивності. При певному перепаді тисків на виході та вході ВН газ може рухатись в зворотному напрямку, що приведе до зростання вібрацій облад­нання. Мінімально допустимій продуктивності ВН з точки зору попередження помпажу відповідає обрив ліній на зведених характеристиках.

Розрахунок режимів роботи КС. При проектуванні КС число працюючих на ній ВН може бути визначено за формулою

(24.40)

Число послідовно з'єднаних ВН в групі визначається із залежності

(24.41)

Число паралельних груп

(24.42)

де — ступінь стиснення і проектна продуктивність КС; - паспортні значення ступеня стиснення і продуктивності одного вибраного ГПА (табл. 24.1).

Оскільки при проектуванні КС вибір типу агрегатів може бути різним, то це приведе до розгляду декількох варіантів, що будуть відрізнятися типом, кількістю і схемою з'єднання ГПА. Оптимальний варіант визначають на основі економічного порівняння варіантів.

Для забезпечення надійності та ремонтопридатності ГПА на КС встановлюють резервні машини. Загальна кількість встановлених агрегатів

(24.43)

548

………………………………………………………………………………………

Рис.24.4. Графічні зображення зведених характеристик найбільш поширених

нагнітачів:

PCL-802/24 (a); PCL-1002 (б); НГ-280-9 (в); 520-12-1 (г); 260-13-2 (д); 280-12-1 (е)

549

де — календарний період роботи ГПЛ, який можна приймати рівним міжремонтному періоду; - тривалість планово-попереджувального ремонту; - час простою ГПА через аварі .

Розрахунок режимів роботи нагнітача на КС ведуть на основі його зведених характери­стик. При цьому виникають три практично важливі задачі. В кожній з них вважаються відомими фізичні властивості газу, тип ВІІ і схема роботи ГПА на КС.

Задача 1. При відомій продуктивності КС тиску і температурі газу на вході і ІІІвидкості обертання ротора визначити тиск і температуру газу на виході, політропічний ККД, індикаторну та ефективну потужність нагнітача.

Алгоритм розв'язання:

1. Визначають коефіцієнти надстисливості газу при умовах входу

2. Знаходять зведені оберти нагнітача:

3. Продуктивність КС приводять до умов входу у ВИ:

4. Знаходять зведену продуктивність нагнітача:

550

де - номінальні оберти ротора ВИ.

5. За характеристикою нагнітача шукають ступінь стиснення політропічний ККД і зведеігу потужність

6. Обчислюють тиск і температуру на виході КС:

7. Визначають густину газу па вході у ВН:

8. Шукають індикаторну і ефективну потужності:

де - механічні втрати потужності.

Задача 2. При відомих тиску і температурі на вході ВН, тиску на виході та обертах ротора п визначити продуктивність КС, політропічний ККД та потужність ВН.

Алгоритм розв'язання: за аналогією з розв'язанням задачі І викоігуютьпункти І і 2.

3. Знаходять ступінь стиснення ВН:

4. За характеристикою ВН знаходять зведену продуктивність політропічний ККД та зведену потужність

5. Шукають продуктивність КС при стандартних умовах:

Потужність нагнітача визначають так, як в її.7 і 8 задачі 1.

Заі)ача 3. При заданій продуктивності КС тисках на вході і виході темпера­турі на вході знайти швидкість обертання ротора ВН. Алгоритм розв'язання:

1. Коефіцієнт надстисливості газу при умовах входу у ВИ визначають за аналогією з п.4 задачі 1.

2. Знаходять ступінь стиснення:

551

3. Визначають продуктивність нагнітача при умовах входу:

4. Задаються в першому наближенні підносними обертами ротора нагнітач а

5. Шукають зведену продуктивність нагнітача:

6. За характеристикою нагнітача в першому наближенні знаходять зведені оберти

7. Обчислюють відносні оберти ротору нагнітача:

8. Порівнюють значення відносних обертів, заданих в п.4 і знайдених в п.7. Якщо потрібної точності досяшуто, то визначають полі тропічний ККД і потужність за аналогією зі задачею 1. В іншому випадку задають нове значення відносних обертів і повертаються до п.5.

Методика розв'язання трьох приведених задач дає змогу розраховувати параметри ре­жиму КС при довільній схемі роботи ГПЛ.

Список літератури.

1. Трубопроводный транспорт газа /С.А.Бобровский, А.С.Гарляускас, М.А.Гусейнза-де и др. - М.: Наука, 1978 - 486 с.

2. Деточенко А.В., Михеев Л.А., Волков М.М. Спутник газовика. - М.: Недра, 1978 -286с.

3. Грудз В.Я., Тымкив Д.Ф., Яковлев Е.И, Обслуживание систем газоснабжения. - К., УМКВО, 1991 -160с.

4. Режими газотранспортних систем /Є.І.Яковлев, О.С.Казак, В.Б.Михалків та ін. -Львів.: Світ, 1992-170с.

552