Файл: Гидравлический расчет мг исходные данные для расчета.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 187
Скачиваний: 7
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, с наименьшим количеством ГПА.
4.5. Определяем еденичную мощность привода параллельно-последовательного и параллельного соединения нагнетателей:
и .
С учетом рекомендаций табл. П5.2 заносим полученные значения в табл. 4.3.
Таблица 4.3
Варианты ГПА для экономического расчета
4.6. Капиталовложения в КС, тыс. руб.:
,
где ак,bк – коэффициенты, отражающие затраты, связанные с ГПА, заданы в табл. П5.3, n, nр – число работающих и резервных ГПА.
4.7. Эксплуатационные расходы на КЦ, тыс. руб/год:
,
где аэ,bэ, сэ – коэффициенты, отражающие затраты, связанные с ГПА и другими системами КЦ, независимыми от числа ГПА на станции.
4.8. Совокупные затраты на КЦ, тыс. руб.:
,
где Е – отраслевой коэффициент, в соответствии с [6] равный Е = 0,15; kК – коэффициент учета местности на капитальные вложения табл. П5.4; kЭ – коэффициент учета местности на эксплуатационные вложения табл. П5.4.
4.9. Удельные приведенные расходы по КЦ:
.
Сравнив значения комплексов χ, выбирается минимальное значение как наиболее экономически целесообразный вариант. Необходимо привести описание выбранной технологической схемы КЦ.
Глава 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ОБОРУДОВАНИЯ КЦ
К основному оборудованию компрессорного цеха относятся система технологических трубопроводов (схема КЦ выбрана в главе 4), газоперекачиваюшие агрегаты, пылеуловители и аппараты воздушного охлаждения газа.
Газоперекачивающий агрегат – сложный технический объект, предназначенный для компримирования природного газа. Общие устройства, входящие в состав любого типа ГПА, – это центробежный нагнетатель природного газа (ЦН ПГ), газотурбинный привод центробежного нагнетателя, система автоматики, маслосистема, топливовоздушные и масляные коммуникации и различное вспомогательное оборудование. На рис. 5.1 приведен разрез укрытия ГПА с конвертируемым авиационным газотурбинным приводом.
Рис. 5.1. Компоновка ГПА:
1 – воздухозаборное устройство; 2 – шумоглушители; 3 – воздухоочистительное устройство;
4 – блок вентиляции; 5 – промежуточный блок; 6 – патрубок; 7 – отсек двигателя;
8 – двигатель НК‑16СТ; 9 – выхлопная улитка; 10 – шумоглушители выхлопа;
11 – диффузор; 12 – герметичная перегородка; 13 – промежуточный вал;
14 – гидроаккумулятор; 15 – нагнетатель НЦ‑16; 16 – отсек нагнетателя;
17 – маслобак нагнетателя
5.1. Расчет режима работы центробежных нагнетателей
Каждый тип центробежного нагнетателя имеет свою характеристику, которая представляет собой графическую зависимость степени повышения давления πЦН,политропического КПДηполи потребляемой мощности нагнетателем Ni от объемного или коммерческого расхода газа через ЦН и частоты вращения ротора nЦН. Характеристики ЦН позволяют судить о возможной области рабочих режимов, о положении рабочих точек по отношению к зоне максимальных КПД и отдаленности от границы устойчивой работы нагнетателя. Характеристики ЦН строят по результатам его натурных испытаний при определенном составе природного газа. Термодинамические параметры ПГ (zпр, Rпр, Tпр) указываются на характеристике ЦН.
Цель расчета режима работы ЦН – рассчитать положение рабочей точки
Р на характеристике выбранного ЦН при заданных условиях, которые определены производительностью МГ, степенью повышения давления в КЦ и составом транспортируемого газа. Расчет проводим с использованием приведенных характеристик центробежных нагнетателей (прил. 6). Принимаем, что проектное давление на входе в нагнетатель равно входному давлению при котором проводилось испытания РВхЦНпр = РВхЦН0 = РВхЦН.
5.1.1. Расчет режима работы ЦН
для параллельной схемы КЦ
На первом этапе рассчитываем координаты точки 0пр для состава газа, термодинамические параметры (zпр, Rпр, Tпр) которого приведены на характеристике ЦН. Положение точки 0пр соответствует паспортным данным выбранного ЦН со степенью повышения давления πЦН0 и коммерческой производительностью нагнетателя QЦН0, указанной в главе 4, см. табл. 4.1.
5.1. Приведенная плотность ПГ на входе в ЦН, кг/м3:
.
5.2. Приведенная плотность при стандартных условиях, кг/м3:
,
где ρв = 1,204 кг/м3 – плотность воздуха при стандартных условиях; RВ = 286,8 Дж/кгК – газовая постоянная воздуха при стандартных условиях (Т = 293 К и Р = 0,1013 МПа).
5.3. Приведенная паспортная объемная производительность ЦН, м3/мин:
,
где QЦН0 – коммерческая производительность ЦН по паспорту, млн м3/сут.
По полученному значению QvЦН0пр для πЦН0на характеристику выбранного ЦН наносим точку 0пр (рис. 5.2). Эта точка соответствует номинальному режиму работы нагнетателя по паспортным данным с составом газа, с которым проводилось построение характеристики ЦН.
На втором этапе рассчитываем координаты точка Р, положение которой соответствует заданной степени повышения давления и коммерческой производительности через нагнетатель QЦН (данные в главе 4, см. табл. 4.2) и заданному составу ПГ.
5.4. Плотность газа на входе в ЦН, кг/м3:
.
5.5. Объемная производительность нагнетателя, м3/мин:
,
где ρст– плотность ПГ при стандартных условиях (п. 1.1);
QЦН – коммерческая производительность через нагнетатель, млн м3/сут.
5.6. Приведенная объемная производительность ЦН, м3/мин:
.
По полученному значению приведенной объемной производительности для πЦН =1,44 на характеристику ЦН ПГ наносим точку Р (см. рис. 5.2). Эта точка соответствует заданному проектному режиму работы нагнетателя. С характеристики для точки Р снимаем значение относительной приведенной мощности ЦН , относительной приведенной частоты вращения ротора ЦН и политропического КПД нагнетателя ηпол.
Рис. 5.2. Приведенная характеристика 650-22-2
5.7. Приведенные обороты нагнетателя для состава ПГ, указанного на характеристике, об/мин:
,
где n0 – номинальная частота вращения ротора ЦН (см. табл. П5.1), об/мин.
5.8. Физическая частота вращения ротора ЦН, об/мин:
.
Частота вращения ротора нагнетателя не должна превышать номинальную частоту вращения более чем на 10 %, должно выполняться условие . Если оно не выполняется, то необходимо выбрать другой ЦН.
5.9. Мощность потребляемой ЦН, кВт:
.
Проверяем на соответствие условию:
,
где N0 – номинальная мощность ЦН (см. табл. П5.1), кВт. Если условие не выполняется, то необходимо подобрать другой ЦН.
5.10. Оценка запаса устойчивой работы ЦН относительно паспортных характеристик
.
Изменение запаса устойчивой работы Δку относительно паспортных данных должно составлять не более 15 %. Если это условие не выполняется, то необходимо подобрать другой нагнетатель.
5.1.2. Расчет режима работы ЦН для параллельно-последовательной схемы КЦ
При параллельно-последовательной схеме КЦ центробежные нагнетатели работают в группе по два, последовательно увеличивая давление до заданного рабочего давления МГ. Следовательно, необходимо для этой схемы построить на характеристике ЦН две рабочие точки, соответствующие режимам работы последовательно включенных нагнетателей. При этом учитываем πЦН1 = πЦН2 = 1,2, а общая степень повышения давления πКЦ = πЦН1·πЦН2 = 1,44, тогда очевидно, что второй, работающий в группе ЦН будет находиться в более тяжелых условиях. После увеличения давления в первом нагнетателе уменьшается объемная производительность QvЦН на входе во второй ЦН, следовательно, рабочая точка на характеристике второго ЦН смещается левее к границе помпажа. С увеличением давления в первом ЦН увеличивается и температура газа, следовательно, для того чтобы реализовать степень повышения давления π1ЦН =π2ЦН= 1,2, ко второму ЦН нужно подвести больше мощности от газотурбинного привода.
Вначале рассчитаем координаты для первого в группе ЦН. Эти расчеты соответствуют п. 5.1–5.10, но с учетом, что степени повышения давления π1ЦН0 = π2ЦН0,коммерческая производительностьЦН Q1ЦН0 = Q2ЦН0и Q1ЦН = Q2ЦН. Наносим полученные координаты на характеристику ЦН и обозначаем 01 и Р1 (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Приведенная характеристика 280-11-1(2)
Рассчитаем координаты точек 02 и Р2 для второго в группе ЦН. Для этого необходимо определить параметры на входе во второй ЦН.
5.11. Давление на входе во второй ЦН в соответствии с паспортными данными и составом ПГ, приведенном на характеристике:
.
5.12. Температура на входе во второй ЦН в соответствии с паспортными данными и составом ПГ, приведенными на характеристике:
.
5.13. Давление на входе во второй ЦН в соответствии с заданными режимом работы и составом ПГ
.
5.14. Температура на входе во второй ЦН в соответствии с заданными режимом работы и составом ПГ
.
5.15. Приведенная плотность ПГ на входе во второй ЦН, кг/м
4.5. Определяем еденичную мощность привода параллельно-последовательного и параллельного соединения нагнетателей:
и .
С учетом рекомендаций табл. П5.2 заносим полученные значения в табл. 4.3.
Таблица 4.3
Варианты ГПА для экономического расчета
Тип ЦН | Кол-во работающих ЦН на КЦ | Кол-во резервных ЦН на КЦ | Еденичная мощность привода, МВт | ||||
1 | 370-14-1 | 8 | 2 | | |||
2 | Н-196-1,45 | 5 | 2 | |
4.6. Капиталовложения в КС, тыс. руб.:
,
где ак,bк – коэффициенты, отражающие затраты, связанные с ГПА, заданы в табл. П5.3, n, nр – число работающих и резервных ГПА.
4.7. Эксплуатационные расходы на КЦ, тыс. руб/год:
,
где аэ,bэ, сэ – коэффициенты, отражающие затраты, связанные с ГПА и другими системами КЦ, независимыми от числа ГПА на станции.
4.8. Совокупные затраты на КЦ, тыс. руб.:
,
где Е – отраслевой коэффициент, в соответствии с [6] равный Е = 0,15; kК – коэффициент учета местности на капитальные вложения табл. П5.4; kЭ – коэффициент учета местности на эксплуатационные вложения табл. П5.4.
4.9. Удельные приведенные расходы по КЦ:
.
Сравнив значения комплексов χ, выбирается минимальное значение как наиболее экономически целесообразный вариант. Необходимо привести описание выбранной технологической схемы КЦ.
Глава 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ОБОРУДОВАНИЯ КЦ
К основному оборудованию компрессорного цеха относятся система технологических трубопроводов (схема КЦ выбрана в главе 4), газоперекачиваюшие агрегаты, пылеуловители и аппараты воздушного охлаждения газа.
Газоперекачивающий агрегат – сложный технический объект, предназначенный для компримирования природного газа. Общие устройства, входящие в состав любого типа ГПА, – это центробежный нагнетатель природного газа (ЦН ПГ), газотурбинный привод центробежного нагнетателя, система автоматики, маслосистема, топливовоздушные и масляные коммуникации и различное вспомогательное оборудование. На рис. 5.1 приведен разрез укрытия ГПА с конвертируемым авиационным газотурбинным приводом.
Рис. 5.1. Компоновка ГПА:
1 – воздухозаборное устройство; 2 – шумоглушители; 3 – воздухоочистительное устройство;
4 – блок вентиляции; 5 – промежуточный блок; 6 – патрубок; 7 – отсек двигателя;
8 – двигатель НК‑16СТ; 9 – выхлопная улитка; 10 – шумоглушители выхлопа;
11 – диффузор; 12 – герметичная перегородка; 13 – промежуточный вал;
14 – гидроаккумулятор; 15 – нагнетатель НЦ‑16; 16 – отсек нагнетателя;
17 – маслобак нагнетателя
5.1. Расчет режима работы центробежных нагнетателей
Каждый тип центробежного нагнетателя имеет свою характеристику, которая представляет собой графическую зависимость степени повышения давления πЦН,политропического КПДηполи потребляемой мощности нагнетателем Ni от объемного или коммерческого расхода газа через ЦН и частоты вращения ротора nЦН. Характеристики ЦН позволяют судить о возможной области рабочих режимов, о положении рабочих точек по отношению к зоне максимальных КПД и отдаленности от границы устойчивой работы нагнетателя. Характеристики ЦН строят по результатам его натурных испытаний при определенном составе природного газа. Термодинамические параметры ПГ (zпр, Rпр, Tпр) указываются на характеристике ЦН.
Цель расчета режима работы ЦН – рассчитать положение рабочей точки
Р на характеристике выбранного ЦН при заданных условиях, которые определены производительностью МГ, степенью повышения давления в КЦ и составом транспортируемого газа. Расчет проводим с использованием приведенных характеристик центробежных нагнетателей (прил. 6). Принимаем, что проектное давление на входе в нагнетатель равно входному давлению при котором проводилось испытания РВхЦНпр = РВхЦН0 = РВхЦН.
5.1.1. Расчет режима работы ЦН
для параллельной схемы КЦ
На первом этапе рассчитываем координаты точки 0пр для состава газа, термодинамические параметры (zпр, Rпр, Tпр) которого приведены на характеристике ЦН. Положение точки 0пр соответствует паспортным данным выбранного ЦН со степенью повышения давления πЦН0 и коммерческой производительностью нагнетателя QЦН0, указанной в главе 4, см. табл. 4.1.
5.1. Приведенная плотность ПГ на входе в ЦН, кг/м3:
.
5.2. Приведенная плотность при стандартных условиях, кг/м3:
,
где ρв = 1,204 кг/м3 – плотность воздуха при стандартных условиях; RВ = 286,8 Дж/кгК – газовая постоянная воздуха при стандартных условиях (Т = 293 К и Р = 0,1013 МПа).
5.3. Приведенная паспортная объемная производительность ЦН, м3/мин:
,
где QЦН0 – коммерческая производительность ЦН по паспорту, млн м3/сут.
По полученному значению QvЦН0пр для πЦН0на характеристику выбранного ЦН наносим точку 0пр (рис. 5.2). Эта точка соответствует номинальному режиму работы нагнетателя по паспортным данным с составом газа, с которым проводилось построение характеристики ЦН.
На втором этапе рассчитываем координаты точка Р, положение которой соответствует заданной степени повышения давления и коммерческой производительности через нагнетатель QЦН (данные в главе 4, см. табл. 4.2) и заданному составу ПГ.
5.4. Плотность газа на входе в ЦН, кг/м3:
.
5.5. Объемная производительность нагнетателя, м3/мин:
,
где ρст– плотность ПГ при стандартных условиях (п. 1.1);
QЦН – коммерческая производительность через нагнетатель, млн м3/сут.
5.6. Приведенная объемная производительность ЦН, м3/мин:
.
По полученному значению приведенной объемной производительности для πЦН =1,44 на характеристику ЦН ПГ наносим точку Р (см. рис. 5.2). Эта точка соответствует заданному проектному режиму работы нагнетателя. С характеристики для точки Р снимаем значение относительной приведенной мощности ЦН , относительной приведенной частоты вращения ротора ЦН и политропического КПД нагнетателя ηпол.
Рис. 5.2. Приведенная характеристика 650-22-2
5.7. Приведенные обороты нагнетателя для состава ПГ, указанного на характеристике, об/мин:
,
где n0 – номинальная частота вращения ротора ЦН (см. табл. П5.1), об/мин.
5.8. Физическая частота вращения ротора ЦН, об/мин:
.
Частота вращения ротора нагнетателя не должна превышать номинальную частоту вращения более чем на 10 %, должно выполняться условие . Если оно не выполняется, то необходимо выбрать другой ЦН.
5.9. Мощность потребляемой ЦН, кВт:
.
Проверяем на соответствие условию:
,
где N0 – номинальная мощность ЦН (см. табл. П5.1), кВт. Если условие не выполняется, то необходимо подобрать другой ЦН.
5.10. Оценка запаса устойчивой работы ЦН относительно паспортных характеристик
.
Изменение запаса устойчивой работы Δку относительно паспортных данных должно составлять не более 15 %. Если это условие не выполняется, то необходимо подобрать другой нагнетатель.
5.1.2. Расчет режима работы ЦН для параллельно-последовательной схемы КЦ
При параллельно-последовательной схеме КЦ центробежные нагнетатели работают в группе по два, последовательно увеличивая давление до заданного рабочего давления МГ. Следовательно, необходимо для этой схемы построить на характеристике ЦН две рабочие точки, соответствующие режимам работы последовательно включенных нагнетателей. При этом учитываем πЦН1 = πЦН2 = 1,2, а общая степень повышения давления πКЦ = πЦН1·πЦН2 = 1,44, тогда очевидно, что второй, работающий в группе ЦН будет находиться в более тяжелых условиях. После увеличения давления в первом нагнетателе уменьшается объемная производительность QvЦН на входе во второй ЦН, следовательно, рабочая точка на характеристике второго ЦН смещается левее к границе помпажа. С увеличением давления в первом ЦН увеличивается и температура газа, следовательно, для того чтобы реализовать степень повышения давления π1ЦН =π2ЦН= 1,2, ко второму ЦН нужно подвести больше мощности от газотурбинного привода.
Вначале рассчитаем координаты для первого в группе ЦН. Эти расчеты соответствуют п. 5.1–5.10, но с учетом, что степени повышения давления π1ЦН0 = π2ЦН0,коммерческая производительностьЦН Q1ЦН0 = Q2ЦН0и Q1ЦН = Q2ЦН. Наносим полученные координаты на характеристику ЦН и обозначаем 01 и Р1 (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Приведенная характеристика 280-11-1(2)
Рассчитаем координаты точек 02 и Р2 для второго в группе ЦН. Для этого необходимо определить параметры на входе во второй ЦН.
5.11. Давление на входе во второй ЦН в соответствии с паспортными данными и составом ПГ, приведенном на характеристике:
.
5.12. Температура на входе во второй ЦН в соответствии с паспортными данными и составом ПГ, приведенными на характеристике:
.
5.13. Давление на входе во второй ЦН в соответствии с заданными режимом работы и составом ПГ
.
5.14. Температура на входе во второй ЦН в соответствии с заданными режимом работы и составом ПГ
.
5.15. Приведенная плотность ПГ на входе во второй ЦН, кг/м