технологический расчет. 1 Определение исходных расчетных данных

• Название: 1 Определение исходных расчетных данных
• Дата: 27.09.2022
• Размер: 0.68 Mb.
• Имя файла: технологический расчет.doc
• Тип: Реферат; #698941
• страница: 2 из 3

;

;

;

1.4.20 ;

;

;

;

;

1.4.21 ;

;

1.4.22 .

1.4.23

Так как полученный результат меньше 1%, то расчет считается законченным.

Результаты расчетов приведены в таблице1.

Таблица 1 – Результаты уточненного теплового и гидравлического расчета линейного участка газопровода

Наименование расчетного параметра	Первое приближение	Второе приближение
Конечное давление Рк, МПа	5,277	5,173
Среднее давление Рср, МПа	6,337	6,291
Приведенная температура Тпр	1,525	1,554
Приведенное давление Рпр	1,338	1,329
Теплоемкость газа Ср, кДж/(кг·К)	2,666	2,635
Коэффициент Джоуля-Томсона Di, К/МПа	4,073	3,918
Параметр аt	2,1·10-3	2,1·10-3
Средняя температура Тср, К	295,93	295,95
Средний коэффициент сжимаемости Zср	0,888	0,889
Динамическая вязкость газа µ, Па·с	1,247·10-5	1,246·10-5
Число Рейнольдса Re	5,18·107	5,19·107
Коэффициент сопротивления тренияλтр	9,1·10-3	9,1·10-3
Коэффициент гидравлического сопротивления λ	1,008·10-2	1,008·10-2
Конечное давление Р’к	5,173	5,171
Относительная погрешность по давлению, %	1,973	0,04

1.4.24 Уточняется среднее давление по формуле (20)



1.4.25 Определяем конечную температуру газа по формуле (29)



На этом уточненный тепловой и гидравлический расчет участка газопровода можно считать завершенным.
2 Выбор типа ГПА и расчет режима работы КС

На компрессорных станция газопровода предполагается установка газотурбинных агрегатов ГТН-25, оборудованных центробежным нагнетателями 650-22-2.

Агрегат ГТН-25 является блочным автоматизированным агре­гатом промышленного типа для бесподвальной установки на КС. Газотурбинная установка выполнена по простому циклу, трехвальной, с прямоточным движением рабочего тела и осевым вхо­дом в компрессор. Выхлоп продуктов сгорания в зависимости от конкретных условий компоновки КС может осуществляться вверх или в сторону. Агрегат размещают в легкосборном индивидуаль­ном здании (укрытии) с разделительной стенкой между помеще­ниями ГТУ и нагнетателя.

Особенности конструкции (бесподвальность, блочность, за­водская готовность блоков, укрупнение мощностей сопутствую­щего станционного оборудования и др.) улучшают строительные технико-экономические показатели КС (увеличение плотности застройки на 35 — 40 %, сокращение объема строительно-монтаж­ных работ и трудоемкости строительства на 40 — 50 %).

Основные блоки ГПА; блок газогенератора (масса 70т), блок силовой турбины (23 т), патрубок выхлопной (7 т), блок маслоснабжения с сопутствующим вспомогательным оборудованием, блоки нагнетателя (44,5 т), установка воздушного охлаждения масла, комплексное воздухозаборное устройство.

Турбокомпрессорная группа включает в себя: осевой комп­рессор, выполненный по двухкаскадной схеме и состоящий из двух компрессоров (низкого и высокого давления), турбины высо­кого и низкого давления для привода этих компрессоров, силовую турбину для привода нагнетателя, кольцевую камеру сгорания.

Два ротора компрессора последовательно расположены в об­щем корпусе. Роторы дискового типа со стяжками. Оба ротора лежат на трех подшипниках скольжения, один из которых опорно-упорный. Вход воздуха в компрессор — осевой. Внутри обтекателя переднего подшипника расположено валоповоротное устройство. В корпусе среднего подшипника между компрессором низкого давления (КНД) и компрессором высокого давления (КВД) смонтировано расцепное устройство и передачи к пусковому турбодетандеру и валоповоротному устройству. На проставке между каскадами осевого компрессора установлены 10 сбросных клапанов. Противообледенительная система служит для обогрева горя­чим воздухом после компрессора лопаток входного направляюще­го аппарата, ребер и конфузора входного патрубка.

Корпус опорно-упорного подшипника ротора высокого давле­ния расположен внутри корпуса камеры сгорания, поэтому он снабжен развитой системой воздушного охлаждения с использо­ванием воздуха за 3-й ступенью КНД.

Все турбины — одноступенчатые. Охлаждаемые сопловые ло­патки ТВД выполнены литыми, полыми, объединенными пайкой в сегменты. Сопловые лопатки ТНД также полые, но без охлажде­ния. Силовая турбина снабжена развитым диффузором.

Камера сгорания — встроенная, прямоточная, кольцевого типа. Горелочное устройство состоит из стабилизаторов — горе­лок, выполненных в виде четырех концентричных колец. Наруж­ная и внутренняя жаровая трубы выполнены составными из от­дельных элементов по окружности.

Масляная система — общая для ГТУ и нагнетателя с использо­ванием масла типа ТП-22. Система охлаждения масла — прямая воздушная. Стальные маслопроводы высокого давления (напор­ные) в наиболее пожароопасных местах выполнены внутри слив­ных маслопроводов ("труба в трубе").

На входе компрессора предусмотрено устройство для периодической очистки (промыв­ки) компрессора при работе агрегата под нагрузкой. Система ре­гулирования агрегата — электропневматическая.

Нагнетатель типа 650 представляет собой полнонапорную двухступенчатую центробежную машину, предназначенную для параллельной схемы работы на КС. Вместе со вспомогательным оборудованием и первичными датчиками САУ нагнетатель смон­тирован на раме и представляет собой транспортно-монтажный блок. Стальной литой корпус нагнетателя имеет один вертикаль­ный монтажный и технологический разъемы. На крышке, соеди­няемой с корпусом шпильками, укреплен корпус одного из под­шипников с уплотнением.

Вся ходовая часть машины, включая ротор, неподвижные элементы проточной части, уплотнения и подшипники, образует еди­ный узел-пакет, который может быть легко заменен в условиях эксплуатации.

Двухступенчатый ротор размещают в двух подшипниках, один из которых опорно-упорный. Рабочие колеса — сварные, закрытого типа. Уплотнение — масляное, торцевого контактного типа.

Элементы вспомогательных систем и устройств нагнетателя в значительной степени унифицированы с другими конструкциями ПО "Невский завод" (например типов 520 и 235).

Автономность агрегата от внешнего электроснабжения обес­печивают приводом уплотнительного насоса от вала нагнетателя, приводом главного маслонасоса от расширительной турбины, пи­тающейся воздухом от осевого компрессора, наличием преобразо­вателя постоянного тока в переменный, возможностью прососа циклового воздуха через маслоохладители.

Ремонтопригодность агрегата можно обеспечить при:

• 
  модульности конструкции газогенератора, что позволяет про­изводить замену его элементов для последующего заводского ре­монта;
  
• 
  возможности осмотра горячих узлов без разборки с помощью оптических приборов;
  
• 
  установке системы параметрической и вибрационной диагно­стики ГТУ;
  
• 
  выполнении ходовой части нагнетателя в виде единого заме­няемого пакета-гильзы;
  
• 
  оснащении агрегата комплектом специального инструмента для разборки-сборки;
  
• 
  наличии достаточной площади и грузоподъемных средств в индивидуальном здании для того, чтобы можно было при необхо­димости провести полную разборку всех узлов в пределах этого здания.
  

В газотурбинных установках многоступенчатый компрессор сжимает атмосферный воздух, и подает его под высоким давлением в камеру сгорания. В камеру сгорания газотурбинных установок подается и определенное количество топлива. При столкновении на высокой скорости топливо и воздух воспламеняются. Топливо-воздушная смесь сгорает, выделяя большое количество энергии. Затем в газотурбинных установках энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу за счёт вращения струёй газа лопаток турбины.

Некоторая часть полученной энергии расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передаётся на электрический генератор. Отработавшие газы выбрасываются в атмосферу.

По результатам теплового и гидравлического расчета линейного участка определим давление Р_вси температуру Т_всгаза на входе в центробежный нагнетатель



2.1 Вычисляем по формулам (19) при Р=Р_вс и Т=Т_вс значения давления и температуры, приведенные к условиям всасывания

;



2.2 Рассчитываем коэффициент сжимаемости газа при условиях всасывания по формуле (18)

;

;



2.3 Определяем по формулам (39), (40) и (41) плотность газа, требуемое количество нагнетателей и производительность нагнетателя ρ_вс, требуемое количество нагнетателей m_ни производительность нагнетателя при условиях всасывания Q_ВС

;

, значение m_Н=2;

где Q_кс=Q-производительность КС, Q_н- номинальная производительность ЦН, при стандартных условиях,Q_н=47 млн.м³/сут.,[1, с. 56].



2.4 Задаваясь несколькими (не менее трех) значения оборотов ротора в диапазоне возможных частот вращения ГПА, определяем Q_при [n/n_н]_пр Результаты вносим в таблицу 2.

n_н=3700, Z_пр=0,9, R_пр=451, T_пр=288

Таблица 2 – Результаты расчета Q_пр и [n/n_н]_пр

Частота вращения n, мин-1	n/nн	nн /n
2800	0,757	1,321	739,586	0,710
3100	0,838	1,194	668,013	0,786
3400	0,919	1,088	609,071	0,862
3700	1	1	559,687	0,938
4000	1,081	0,925	517,710	1,014

n/n_н=2800/3700=0,757; n_н /n=3700/2800=1,321;

;


Полученные точки Q_пр - [n/n_н]_пр нанося на характеристику нагнетателя и соединяются линией режимов (рис.1)

2.5 Вычисляем требуемую степень повышения давления




По характеристике нагнетателя (рис.1) определяем расчетные значения приведенных параметров. Проведем горизонтальную линию из ε =1,48 до линии режимов и найдем точку пересечения. Восстанавливая перпендикуляр из этой точки до пересечения с горизонтальной осью, находим, Q_пр=548 м³/мин. Аналогично определяем η_пол=0,85 и [N_i/ρвс]_пр =612кВт/(кг/м³)

2.6 Определим расчетную частоту вращения вала нагнетателя по формуле (44)

.

2.7 Рассчитываем внутреннюю мощность, потребляемую ЦН по формуле (43)



2.8 С учетом что механические потери мощности составляют 1% oт номинальной мощности ГТУ, определяем по формуле (45) мощность на муфте привода



где N_мех- механические потери мощности в редукторе и подшипниках ЦН при номинальной загрузке ( 1% от номинальной мощности привода) [1, c. 35].

2.9 По формуле (46) вычисляем располагаемую мощность ГТУ



где N_e^H - номинальная мощность ГТУ, кВт [1, c.35];

k_n- коэффициент тех. состояния по мощности,k_n=0,95 [1, c.35];

k_обл - коэффициент, учитывающий влияние системы противообледенения (при отключенной системе k_обл=1);

k_y- коэффициент, учитывающий влияние системы утилизации тепла (при ее отсутствии k_y=1);

k_t-коэффициент, учитывающий влияние атмосферного воздуха на мощность ГТУk_t=3,2[1, c.35],

Т_возд,, Твозд^н — соответственно фактическая и номинальная температура воздуха Уренгойского месторождения [9], К;

Р_а - расчетное давление наружного (атмосферного) воздуха.

2.10 Проверяем условие . Условие 25006,72 < 25092,76 выполняется.

2.11 Рассчитываем по формуле (47) температуру газа на выходе ЦН



где k –показатель адиабаты природного газа, k=1,31.

На этом расчет можно считать завершенным.

3 Разработка технологической схемы КС
Компрессорная станция в зависимости от числа ниток маги­стральных газопроводов может состоять из одного, двух и более компрессорных цехов, оборудованных одним или несколькими типами ГПА. Типовая технологическая обвязка компрессорного цеха пред­назначена для обеспечения приема на станцию транспортируе­мого по газопроводу технологического газа, его очистки от ме­ханических примесей и капельной жидкости в специальных пылеуловителях, распределения потоков газа по газоперекачивающим агрегатам с обеспечением их оптимальной загрузки, возможности охлаждения газа после его компримирования перед подачей в газопровод, вывода цеха для работы на «станционное кольцо» при пуске и остановке, а так­же транзитного прохода транспортируемого газа по магистраль­ному газопроводу, минуя КС. Кроме того, технологическая об­вязка компрессорного цеха должна обеспечивать возможность сброса газа в атмосферу из всех его технологических газопрово­дов через специальные свечные краны. В зависимости от типа центробежных нагнетателей, исполь­зуемых на КС, различают две принципиальные схемы обвязок ГПА:

• 
  схему с параллельной, коллекторной обвязкой, характер­ную для полнонапорных нагнетателей;
  
• 
  схему с последовательной обвязкой, характерную для неполпонапорных нагнетателей.
  

Функционирование КС со схемой с параллельной обвязкой, изображенной на рисунке в приложении 1 осуще­ствляется следующим образом. Газ от узла подключения станции к газопроводу поступает на вход КС через кран №7 ипроходит на установку очистки газа, где очищается от механических примесей в пылеуловителях. Затем основная часть очи­щенного газа направляется в компрессорный цех КЦдля компримирования, а другая, меньшая, - отбирается на установку подготовки газа (УПГ). УПГ предназначена для подготовки: пускового (ГП)и топливного (ГТ) газа ГТУ, импульсного газа (ГИ),используемого для перестановки кранов КС, а также для редуцирования газа, предназначенного прочим местным потребителям. После сжатия в компрессорном цехе газ подаётся на установку охла­ждения, состоящую из параллельно соединённых аппаратов воздушного охлаждения АВО, затем через кран №8и узел подключения КС к газопроводу возвращается в магистраль.

Согласно нумерации все краны на площадке КС разбиты на две группы - общестан­ционные краны и краны обвязки нагнетателей. К общестанционным кранам относятся краны узла подключения станции к магистральному газопроводу (№7, №17, №8, №18, №19, №20, №21) и краныбольшого или пускового контура компрессорной станции(№36 и №36р). Краны №19 и №21 узла подключения КС к магистрали являются ох­ранными (входной охранный и выходной охранный соответственно), нор­мальное положение их открытое. Данные краны предназначены для отклю­чения от магистрали участка газопровода, непосредственно примыкающего к КС, в случае аварии на станции. В частности, при аварии на узле подклю­чения КС. Кран №20 называется секущим, нормальное положение его при работающей станции - закрытое. При отключении всей КС кран №20 от­крывается (№7 и №8 закрываются), и газ движется по магистрали, минуя станцию. Краны №17 и №18 свечные. Они служат для сброса в атмосферу газа из всех трубопроводов КС при остановках станции и при продувках коммуникаций КС при заполнении их газом.

Краны №7 и №8, служащие для отключения КС от магистрали, имеют обводные линии с дросселями. Обводные линии выполняются диа­метром, меньшим диаметра основного трубопровода с кранами №7 и №8, и служат для выравнивания давления по обе стороны основных кранов перед их открытием. Это облегчает открытие данных кранов и предотвращает гидравлический удар, который имел бы место при резком открытии запор­ной арматуры №7 и №8 с большим проходным сечением. Для сглаживания скачка давления и предотвращения гидроудара при открытии кранов на обводных линиях последние оснащаются дросселями, создающими потоку газа дополнительное гидросопротивление.

Следующие по ходу рассмотрения общестанционные краны №36 и №36р установлены на перемычке между входным и выходным газопрово­дами КС. Перемычка составляет элемент большого или пускового контура КС, который ещё называется «станционным кольцом»; с помощью пере­мычки можно часть газа перемещать с выхода станции на её вход.

Большой контур КС, включающий в себя краны №36 и №36р, предна­значен для трёх целей:

• 
  для осуществления плавной загрузки и разгрузки ГПА при их пусках и остановках;
  
• 
  для регулирования режима работы КС методом перепуска;
  
• 
  для предотвращения у центробежных нагнетателей помпажа и вывода нагнетателей из режима помпажа.
  

Для облегчения пусков и снижения износа агрегаты пускают в работу постепенно с минимальной загрузкой их по мощности. Минимум загрузки обеспечивается при малых производительностях нагнетателя, которые в условиях КС достигаются работой агрегатов на «станционное кольцо» через приоткрытый кран №36р. Кран №36р - регулирующий. Он в отличие от прочих кранов КС, имеющих всего два положения («открыт» или «закрыт»), может занимать промежуточные позиции и таким образом осуществить пропуск газа через «станционное кольцо» с дросселированием потока в данном кольце. После пуска ГПА, по мере набора его ротором частоты вращения и мощности, кран №36р постепенно все более открывается и загрузка агрегата по мощности также постепенно возрастает. При наборе ГПА необходимых оборотов и принятии агрегатов полной загрузки по мощности ГПА перево­дится с «кольца» на работу в магистраль через кран №8. Кран №36р используется также при остановках ГПА для предотвра­щения образования в конструктивных элементах агрегатов чрезмерных на­пряжений от резкой их разгрузки. Постепенность снятия нагрузки с ГПА осуществляется переводом аг­регатов, перед их отключением, из режима работы «на магистраль» в режим работы «на кольцо» в порядке, обратном последовательности действий, производимых при пуске ГПА. Кран №36р имеет дистанционное управление с главного щита ком­прессорной станции.

На компрессорных станциях магистральных газопроводов увеличение расхода через нагнетатель осуществляется открытием крана №36 и перево­дом нагнетателя из режима работы «на магистраль» в режим работы «маги­страль плюс станционное кольцо».

К кранам обвязки нагнетателей относится арматура №1, №2, №3, №4, №5 и №3 бис. Краны №1 и №2 - отсекающие, предназначены для отключения на­гнетателя от технологических трубопроводов КС. Кран №3 - проходной, обеспечивает обвод газа через неработающий нагнетатель. Остальные краны используются в основном при пусках и остановках агрегата.

Пуску ГПА предшествуют предпусковые операции. Они проводятся отдельно для привода и нагнетателя. Для нагнетателя они заключаются в продувке обвязки нагнетателя и в пуске машины в режиме холостого хода. Продувка обвязки требуется для удаления из трубопроводов и нагне­тателя воздуха и предотвращения тем самым попадания в газопровод взры­воопасной газовоздушной смеси. Удаление воздуха осуществляется с по­мощью кранов №4 и №5. Кран №5 – свечной. При неработающем агрегате он всегда открыт, открыт и кран №3, краны №1 и №2 закрыты - обвязка нагнетателя со­общается с атмосферой. Для вытеснения из неё воздуха открывается кран №4, расположенный на обводной линии крана №1, - газ из коммуникаций КС поступает в нагнетатель и примыкающие к нему трубы, затем через от­крытый кран №5 сбрасывается в атмосферу совместно с вытесняемым им воздухом. Продувка длится порядка 30 секунд. Затем краны №4 и №5 за­крываются, производится пуск привода ГПА.

Для облегчения пуска привода и ГПА в целом нагнетателю на момент пуска обеспечивается режим холостого хода с малым потреблением мощно­сти. Данный режим осуществляется после закрытия кранов №4 и №5. В это время обвязка нагнетателя и сама компрессорная машина заполнены газом, но отсечены от коммуникаций станции кранами №1 и №2. Единственно открытым краном остается кран №3 бис, составляющий совместно с охва­тывающими нагнетатель трубопроводами малый пусковой контур или «ма­лое кольцо». Кран №3 бис постоянно дублирует положение крана №3. Пуск привода ГПА при отмеченном положении кранов сопровождает­ся работой нагнетателя на «малое кольцо» с перепуском газа на вход ком­прессорной машины через кран №3 бис. В таком «холостом» режиме рабо­ты нагнетателя потребление мощности ГПА минимально. После пуска ГПА в работу и «раскручивания» валов агрегата краны №3 бис и №3 закрываются, а краны № 1 и №2 открываются - нагнетатель подключается к коммуникациям КС и переводится с малого контура на больший станционный, затем - на работу в магистраль. Таким образом, обеспечивается постепенная загрузка ГПА и вывод его на рабочий режим. При остановках агрегатов плавная разгрузка ГПА происходит за счёт повторения рассмотренных операций в обратном порядке - агрегат из маги­страли выводится на станционное кольцо. Затем на малый контур, после этого привод агрегата отключается, краны № 1 и №2 закрываются, а краны №3, №4 и №5 открываются, происходит сброс газа из контура нагнетате­ля в атмосферу.

Обводная линия у крана №1 предназначена не только для продувки обвязки нагнетателя и заполнения её газом, но и для выполнения функций, подобных функциям обводных линий у кранов №7 и №8. Сглаживание гидроудара при открытии крана №4 достигается установкой за этим краном дроссельной шайбы. Краны обвязки нагнетателей имеют автоматическое управление. Кро­ме того, они могут приводиться в действие и от команд, подаваемых с мест­ного щита или узла управления, установленного в непосредственной близо­сти от крана. Из технологической схемы КС и компрессорного цеха следует, что отдельный агрегат нельзя самостоятельно вывести на большой пусковой контур. Возможен только вывод ГПА совместно со всей содержащей его группой машин. Поэтому перед пуском агрегата вся группа переводится в режим работы «на станционное кольцо». Лишь после этого производится пуск рассматриваемой машины на малый контур и последующее подключе­ние её к группе на большом контуре. После этого вся группа вместе с пу­щенным агрегатом выводится на режим работы «в магистраль». В обвязке нагнетателей обязательно предусматриваются люки-лазы. Люки устанавливаются на вса­сывающем и нагнетательном трубопроводов каждой компрессорной маши­ны, на участке между нагнетателем и врезкой трубы малого контура с кра­ном №3 бис в основные трубопроводы нагнетателя. Люки предназначены для помещения в трубопроводы шаров-разделителей с целью достижения герметичного отсечения ГПА от комму­никаций КС при ремонтах агрегатов. Люки-лазы представляют собой трубы диаметром 0,5м и длиной 0,5-0,6м приваренные перпендикулярно к на­гнетательному и всасывающему трубопроводам агрегатов. На трубопроводе входа газа в компрессорную машину после люка-лаза ставится защитная решетка для улавливания случайно попавших в тру­бопровод предметов. Решетка используется главным образом в первый пе­риод эксплуатации КС по завершении её строительства. Кроме отмеченного, между кранами №1 и №2 и нагнетателем располагаются вентили с услов­ным диаметром 25 мм (Д_у25), которые служат для слива конденсата из на­гнетателя и его обвязки перед вскрытием компрессорной машины при её ремонтах.

Все полнонапорные нагнетатели подключаются к трём коллекторам компрессорного цеха: всасывающему, нагнетательному и коллектору, соединяющему компрессорные машины с пусковым контуром КС. Малый пусковой контур полнонапорного агрегата образуется: трубо­проводом с краном №6; коллектором, объединяющим трубопроводы с кра­нами №6 различных нагнетателей; линией, соединяющей упомянутый коллектор со станционной перемычкой с кранами №36 и №36р и самой этой перемычкой. Таким образом, малый пусковой контур нагнетателя и боль­шой пусковой контур станции практически совпадают. Су­ществует один большой перепускной контур, на который имеется два выхо­да: один через краны №6 - при пусках и остановках отдельных ГПА и выведении их из помпажа, второй через краны №36 и №36р при пусках и остановках всей КС. При работе нагнетателей с перепуском через краны №6 поток газа не проходит АВО и заметно нагревается. Чрезмерное повышение температуры газа предотвращается приоткрытием крана №36р и подачей части охлаж­дённого в АВО газа с выхода КС в поток, перепускаемый нагнетателем.