вариант 1. Задача для самостоятельного решения нпс короткого нефтепровода оснащена одним подпорным насосом и 3мя основными насосами, работающими в режиме последовательного соединения
 Скачать 0.52 Mb.
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. РАСЧЕТ РЕЖИМА РАБОТЫ КС С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ НАГНЕТАТЕЛЕМЗадача для самостоятельного решения: Произвести расчет режима работы КС с одноступенчатым сжатием. Станция оснащена ГПА, тип и рабочее количество которых приведены в исходных данных. Производительность КС составляет Q. Характеристика газа на входе КС: относительная плотность по воздуху – Δ, температура – Т1, давление P1. Характеристика атмосферного воздуха: давление – Pа, температура – Та. Исходные данные к задаче (вариант 1):
Плотность воздуха при 20 °С и 760 мм. рт. ст. в расчетах принимать равной 1,205 кг/м3. Допустимую температуру газа на выходе КС принимать, исходя из условия предотвращения разрушения изоляции трубопровода, в размере 60 °С. Передаточное число редуктора ГПА равно отношению частоты оборотов ротора нагнетателя к номинальной частоте вращения ротора турбины nн. Решение: Параметры центробежного нагнетателя
Основные параметры ГТУ
  Рисунок 4 – Приведенные газодинамические характеристики нагнетателя PCL-1002/40 Выполним расчет располагаемой мощности привода ГТУ. Располагаемая мощность – это максимальная рабочая мощность на муфте нагнетателя (компрессора), которую может развивать привод в конкретных расчетных станционных условиях. Располагаемую мощность Nер, кВт, газотурбинной установки (ГТУ) для привода центробежного нагнетателя в зависимости от условий работы необходимо вычислять по формуле:  , где Nен – номинальная мощность ГТУ, кВт; КN– коэффициент, учитывающий допуски и техническое состояние ГТУ; Кt – коэффициент, учитывающий влияние температуры наружного воздуха; Тз, Тзн – расчетная и номинальная температуры воздуха на входе ГТУ, К; Коб – коэффициент, учитывающий влияние противообледенительной системы; Ку – коэффициент, учитывающий влияние системы утилизации тепла выхлопных газов; Рат – фактическое давление наружного воздуха, МПа. Принимаем следующие значения показателей: Nен = 9,69 кВт; КN = 0,95; Кt = 2,0; Тзн = 288 К. Расчетная температура воздуха на входе ГТУ Тз, К:  , где Та – средняя температура наружного воздуха в рассматриваемый период, К; δТа – поправка на изменчивость климатических параметров и местный подогрев наружного воздуха на входе ГТУ, δТа = 5 К. Принимаем Та = 270 К.  .Фактическое давление наружного воздуха принимаем по данным табл. 17 Рат = 0,1 МПа. Значения коэффициента Коб должны приниматься по данным технической документации ГТУ в зависимости от расчетной температуры атмосферного воздуха, наличия и типа противообледенительной системы. Коэффициент Коб принимают равным Коб = 1,0: при отсутствии притивообледенительной системы; при отсутствии ее влияния на мощность ГТУ; при расчетной температуре воздуха на входе ГТУ выше Тз = 278 К (+5°С). Таким образом, принимаем Коб = 1,00. При отсутствии технических данных системы утилизации коэффициент Ку допускается принимать равным 0,985.  .Значение располагаемой мощности Nер не должно превышать величины 1,15Nен. Если в результате расчета получена большая величина, то следует принимать: Nер = 1,15Nен. Значение, полученное в результате расчета, удовлетворяет условию:  .В настоящей работе производим расчет режима работы КС с одноступенчатым сжатием. Схема обвязки агрегатов – параллельная. Определим параметры газа на входе нагнетателей первой ступени сжатия (в рассматриваемом случае на входе компрессорного цеха). Давление Рвс и температуру Tвс газа на входе компрессорного цеха следует вычислять по следующим зависимостям:  ;  , где Твс и Т1 – температура газа на входе нагнетателей первой ступени и на входе КС, К; Рвс и Р1 – давление газа на входе нагнетателей и КС, МПа; δРвх – потери давления во входных технологических коммуникациях компрессорной станции, МПа.  .Принимая, что потери давления газа на входе КС (на всасывании) при одноступенчатой очистке газа равны δРвх = 0,12 МПа, получим:  .Точкой (сечением), определяемым как вход компрессорного цеха, считается точка (сечение) измерения давления в районе (не более 3 м) входного патрубка нагнетателя (или первого в группе последовательно соединенных нагнетателей). Расчет характеристик газа при условиях на входе в нагнетатели. Рассчитаем коэффициент сжимаемости газа при условиях входа в нагнетатель zвс. Коэффициент сжимаемости природных газов zвс следует определять по осредненным значениям давления и температуры в соответствии с формулой:  ; где  ;  ;  , где Рпр, Тпр – приведенные давление (МПа) и температура (К) соответственно; Рпк, Тпк – псевдокритические давление (МПа) и температура (К) соответственно. Псевдокритические давление Рпки температуру Тпк возможно определить по заданной плотности газовой смеси:  ;  , где ρст – плотность газа при стандартных условиях (Р = 0,1013 МПа и Т = 293,15 К). Базовым параметром является относительная плотность газа Δ, или плотность газа при стандартных условиях ρст, между которыми существует следующая связь:  . где ρвоз – плотность воздуха при стандартных условиях (Р = 0,1013 МПа и Т = 293,15 К), ρвоз = 1,205 кг/м3. Выполним расчеты по представленным выше зависимостям. Принимаем Δ = 0,56  ; ; ; ; ; ; .Используя уравнение состояния реального газа Менделеева-Клапейрона, находим плотность газа при условиях входа в нагнетатель определяется по следующей формуле, кг/м3:  , где zвс – коэффициент сжимаемости газа при условиях входа в нагнетатель; Рст – давление (абсолютное) газа при стандартных условиях, МПа; Тст – температура газа при стандартных условиях, К; R – газовая постоянная компримируемого газа, Дж/кг·К, определяемая по формуле:  ;  .Таким образом, определим плотность газа при условиях входа в нагнетатель, кг/м3:  .Определение объемной производительности нагнетателя. Объемная производительность при параметрах на входе в нагнетатель Q (м3/мин) вычисляется по следующей формуле:  , где Qк –коммерческая производительность центробежного нагнетателя, млн.м3/сут (при 293,15 К и 0,1013 МПа) Коммерческая подача группы нагнетателей Qк, млн. м3/сут.  , где QкКС – коммерческая подача КС, оборудованной однотипными агрегатами, млн.м3/сут; m – число параллельно работающих групп. Значение коммерческой подачи КС принимаем QкКС = 93 млн. м3/сут.  ; .Определение допустимого интервала изменения числа оборотов ротора нагнетателя. а) из условия экономичности работы нагнетателя:  . б) из условия соблюдения правил технической эксплуатации газотурбинного привода нагнетателя:  , где nн – номинальная частота вращения ротора нагнетателя, об/мин; Qпр.min и Qпр.max – минимальное и максимальное значения Qпр, соответствующе зоне приведенной характеристики с ηпол ≥ 0,8; nTmin и nTmax – минимально и максимально допустимые значения частоты вращения вала силовой турбины, nTmin = 2800 об/мин, nTmax = 4900 об/мин; i – передаточное число редуктора, соединяющего вал силовой турбины (ТНД) с валом нагнетателя. В рассматриваемом случае i = 4600/4670 = 0,985. Определим допустимый интервала изменения числа оборотов ротора нагнетателя из условия экономичности:  .Определим допустимый интервала изменения числа оборотов ротора нагнетателя из условия соблюдения правил технической эксплуатации газотурбинного привода нагнетателя:  .Определение потребной частоты вращения ротора нагнетателя. Приведенная объемная производительность, м3/мин  , где n, nн – фактическая и номинальная частота вращения ротора нагнетателя, об/мин; Для определения приведенной объемной подачи центробежного нагнетателя принимаем, что частота вращения ротора ЦБН равна n = 4500 об/мин, что удовлетворяет условиям.  .Приведенная частота вращения (приведенные относительные обороты)  , где zвс, Rпр, (Твс)пр – параметры газа, для которых составлена характеристика нагнетателя: коэффициент сжимаемости, газовая постоянная компримируемого газа и температура газа на входе в нагнетатель.  .Проверяем технологическое ограничение по приведенному расходу ЦБН:  , где 1,1 – коэффициент запаса по минимальному приведенному расходу ЦБН для избегания явления помпажа;  ,  – соответственно минимальное и максимальное значение приведенного расхода ЦБН.Из характеристики нагнетателя PCL-1002/40 находим минимальное и максимальное значение приведенного расхода соответственно = 410 м3/мин; = 680 м3/мин.Проверяем условие по приведенному расходу:  .Условие по технологическому ограничению производительности нагнетателя выполняется. Проверяем, выполняется ли технологическое ограничение по приведенным оборотам нагнетателя:  , где  ,  – соответственно минимальное и максимальное значение приведенных относительных оборотов ЦБН.Из характеристики нагнетателя ЦБН марки PCL-1002/40 находим минимальное и максимальное значение приведенных относительных оборотов =0,75; =1,10.Проверяем условие по приведенным оборотам:  .Таким образом, условие по технологическому ограничению приведенных оборотов нагнетателя выполняется. Определим степень сжатия ε и приведенную относительную мощность  центробежного нагнетателя по найденным значениям приведенной объемной подачи и приведенной частоты вращения по характеристикам нагнетателя. По графику на рис. 4 степень сжатия ε = 1,48, приведенная относительная внутренняя мощность  .Расчет мощности, потребляемой нагнетателем и потребной мощности для привода нагнетателя. Мощность N, потребляемая нагнетателем, кВт  , где Ni – внутренняя мощность нагнетателя, определяемая по приведенным характеристикам нагнетателей; 0,95 – коэффициент, учитывающий допуски и техническое состояние нагнетателя; ηм – механический коэффициент полезного действия нагнетателя и редуктора (если имеется). Внутренняя мощность нагнетателя, то есть мощность, которая израсходуется на изменение полной энергии потока газа в нагнетателе за единицу времени, кВт:  . Расчет рабочих параметров центробежных нагнетателей будем выполнять по их приведенным характеристикам, позволяющим учитывать: отклонение параметров газа на входе нагнетателя, а именно zвс, R, Твс от их приведенных значений zпр, Rпр и (Твс)пр, указанных на характеристиках. Определим приближенное расчетное значение внутренней мощности нагнетателя, кВт:  .Принимая ηм = 0,995, рассчитаем мощность N, потребляемую нагнетателем, кВт:  .Проверяем технологическое ограничение по мощности нагнетателя:  ;  .Условие выполняется. Расчет параметров газа на выходе компрессорного цеха. Рассчитываем абсолютное давление газа на выходе (на нагнетании) с ЦБН по следующей зависимости:  ;  .Проверяем технологическое ограничение по давлению нагнетания ЦБН:  ;  .Условие выполняется. Далее с характеристики нагнетателя PCL-1002/40 по значению приведенного расхода  находим политропный коэффициент полезного действия (КПД) нагнетателя ηпол = 0,82.Рассчитываем абсолютную температуру газа на выходе с ЦБН, К:  , где k – среднее значение показателя адиабаты природного газа, k = 1,31.  .Согласно исходных данных, принимаем номинальную (максимально допустимую) температуру газа на выходе КС равной Тном = 313,15 К (60 оС), исходя из условия предотвращения разрушения изоляции выходной линии КС и в начале линейного участка газопровода. Проверяем технологическое ограничение по температуре на выходе с ЦБН:  ;  .Условие по технологическому ограничению температуры нагнетателя выполняется. Расчет процесса сжатия газа в ЦБН выполнен. Все технологические ограничения выполняются. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫТиповые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов/ П.И. Тугунов, В. Ф. Новоселов, А. А. Коршак, А. М. Шаммазов: учебное пособие для вузов / П.И. Тугунов, В.Ф. Новоселов, А. А. Коршак, А.М. Шаммазов. – Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2002. – 658 с. Энерготехнологические комплексы при проектировании и эксплуатации объектов транспорта и хранения углеводородного сырья: учебное пособие / Земенков Ю. Д., Шпилевой В. А., Подорожников С. Ю., Закирзаков А. Г. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. – 206 с. Общесоюзные нормы технологического проектирования: ОНТП 51-1-85. Магистральные трубопроводы. Часть I. Газопроводы. [Текст]: нормативно-технический материал. - М.: Мингазпром, 1985 год. – 94 с. Методические указания по выполнению практических и лабораторных работ по дисциплине «Насосные и компрессорные станции» по основной образовательной программе подготовки бакалавров по направлению 21.03.01 – Нефтегазовое дело, Владивосток, 2018 Волков М. М., Михеев A. Л., Конев К. А.: Справочник работника газовой промышленности. - 2-е изд. перераб. и доп./ Волков М. М., Михеев A. Л., Конев К. А. - М.: Недра, 1989 год. – 280 с. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||