Гидромашины

Разработка установки охлаждения газа в объеме курсовой работы включает в себя; определение типа и количества аппаратов воздушного охлаждения газа, разработку технологической схемы установки.

Тип АВО определяется экономичностью его использования для условий  рассматриваемой КС, количество АВО - гидравлическим и тепловым расчетом газопровода, исходя из расчетной среднегодовой температуры наружного воздуха, среднегодовой температуры грунта на глубине заложения трубопровода и оптимальной среднегодовой температуры охлаждения газа. Полученное количество АВО уточняется гидравлическим и тепловым расчетом газопровода для абсолютной максимальной температуры наружного воздуха и июльской температуры грунта.

Максимальная температура транспортируемого  газа, определенная в ходе проверочного расчета не должна приводить к потере устойчивости и прочности труб и изоляционного покрытия их. При невыполнении этого условия количество АВО должно быть увеличено.

 

3.6.1. Исходные данные для расчета  потребного количества АВО

Среднегодовая температура наружного  воздуха t_1в и среднегодовая температура грунта на глубине заложения газопровода    определяются по таблицам /19/ или /2/.

Оптимальная среднегодовая температура охлаждения газа t₂

 

принимается на 10-15°С выше расчетной  среднегодовой температуры наружного воздуха t_1в

где t_а - средняя температура наружного воздуха в рассматриваемый период, определяемая по /19/ /2/, °С; δt₂ - поправка на изменчивость климатических данных, применяемая равной 2°С.

 

3.6.2. Определения потребного количества  АВО проводится на основе /20/. Для  выполнения курсовой работы можно  воспользоваться упрощенным вариантом методики /20/, который позволяет определять количество АВО ориентировочно³. По упрощенной методике количество АВО определяется следующим образом.

1. Определение общего количества тепла, подлежащего отводу от газа на установке – Q₀ , Дж/с

где М - общее количество газа, охлаждаемого на КС, кг/с;

С_р - теплоемкость газа при давлении на входе в АВО и средней температуре газа в АВО , Дж/(кг К);

t₁  - температура газа на входе в АВО, равная температуре газа на выходе компрессорных машин, °С;

t₂ -оптимальная температура охлаждения газа, °С.

2. Предварительное определение количества АВО

К рассмотрению принимается несколько  различных типов АВО (приложение 11). По номинальной производительности аппаратов и известной производительности КС определяется потребное количество АВО m каждого типа и рассчитываются требуемые производительности одного аппарата каждого типа по теплоотводу Q₁ и по газу M₁: ; .

Принимаемые к рассмотрению АВО  должны иметь рабочее давление, соответствующее давлению на выходе КС.

3. Проверка принятого количества АВО по температуре охлаждающего воздуха t_2в

где V_в - общий объемный расход воздуха, подаваемого всеми вентиляторами одного АВО, м³/с;

С_рв – теплоемкость воздуха при барометрическом давлении Р_а и t_1в, Дж/(кг К);

ρ_в- плотность воздуха на входе в АВО, кг/м³;

 

Предварительно принятое количество АВО остается в силе при t_2в >t₁. Если для некоторого типа АВО данное условие не соблюдается, количество аппаратов в этом случае увеличивается на один и расчет повторяется до получения необходимого соотношения между t_2в и t₁.

4. Проверка принятого количества АВО по поверхности теплопередачи одного АВО. Требуемая поверхность теплопередачи F_р:

 

где К_р - коэффициент теплопередачи, принимаемый по приложению 11, Вт/(м² К );

;

m’ - скорректированное в п.3 количество АВО;

   ;     

i - число ходов газа в аппарате.

 - поправка, определяемая по приложению 15, в зависимости от параметров R и Р;

 

  ;   

 

Проверка выполняется при выполнении условия:

где F  - фактическая поверхность теплопередачи (для данного типа АВО), увеличенная согласно /1/ на 10% с учетом возможного выхода из строя отдельных вентиляторов и загрязнения поверхностей теплообмена, м;

- допустимое расхождение между F_Р и F   (может быть принято равным 5% от F), м.

Если данное условие не соблюдается, то расчет повторяется с измененным значением t₂: при F_Р > F  t₂   следует увеличить, при         F_Р < F  - уменьшить.

5. Расчет гидравлического сопротивления АВО по ходу газа _ΔР в МПа (движение газа - в зоне квадратичного закона сопротивления).

где ω - средняя скорость газа в трубах АВО, м/с;

ρ -плотность газа при давлении на входе в АВО и средней температуре газа в АВО, кг/м³;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений (приложение 11); 

l - длина труб АВО, м;

 d - внутренний диаметр труб, м;

Δ - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб (в расчетах принимать Δ  =2 10^-4 м), м;

S - площадь сечения одного хода труб АВО со стороны газа, м².

Полученное значение _ΔР должно удовлетворять условию:

где - нормативные /1/ потери давления в нагнетательных коммуникациях КС (приложение 8), МПа;

- расчетные потери давления в нагнетательных коммуникациях КС (см. раздел 3.8), МПа;

= 0,015 - 0,02 МПа.

При невыполнении данного условия  необходимо либо принять другой тип  и количество АВО, либо пересмотреть технологическую схему КС.

6. Определение энергетического коэффициента Е. Энергетический коэффициент используется для сравнения эффективности работы теплообменной аппаратуры и представляет собой отложение количества переданного тепла к затратам энергии на преодоление гидравлических сопротивлений теплообменника.

где N  - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений со стороны поверхности теплопередачи, Вт;

H - полный напор, развиваемый вентиляторами АВО, Па.

7. Выбор оптимального типа и количества АВО. Основным критерием оптимальности в данном случае является минимум приведенных затрат по установке охлаждения газа. При отсутствии экономических данных по АВО за критерии оптимальности для ориентировочной оценки могут быть приняты энергетический коэффициент  Е  и металловложения в установку АВО G .

Тип и, соответственно количество АВО, которым отвечают Е_мах и G_min являются оптимальными.

 

3.6.3. Уточнение количества АВО  по экстремальным условиям эксплуатации аппаратов. Таковыми условиями являются: абсолютная максимальная температура наружного воздуха в районе расположения КС и июльская температура грунта на глубине заложения газопровода.

Уточнение количества АВО проводится по вышеуказанной методике, приведенной  в разделах 3.6.1 и 3.6.2.

При выполнении курсового проекта  по курсу "Трубопроводный транспорт" или дипломного проекта, полученная в разделе 3.6.3. температура газа после АВО  t₂  должна быть проверена на обеспечение трубопроводу и изоляции устойчивости и прочности /23//6//12/. При невыполнении этого условия количество АВО должно быть увеличено.

 

3.6.4. Разработка технологической  схемы установки охлаждения газа

Установка охлаждения газа должна быть общей для всех газоперекачивающих агрегатов компрессорного цеха, иметь  коллекторную схему обвязки.

На реконструируемых КС допускается  проектировать установки охлаждения газа на нагнетательной линии каждой группы ГПА.

По завершению разработки технологической  схемы установки производится расчет общих потерь давления газа в установке на основе раздела 3.8. Общие потери не должны превышать нормативных 0,0588 МПа /1/.

3.6.5. На КС следует предусматривать  предупредительный сигнал и автоматическое  включение вентиляторов АВО, находящихся в резерве при повышении температуры газа на выходе АВО до +45°С и аварийную остановку КС при повышении температуры газа на выходе АВО выше 70°С.

Следует также предусматривать  предупредительный сигнал при повышении  температуры газа на выходе нагнетателя  выше 80°С.

 

3.7. Разработка установки подготовки  газа топливного, пускового, импульсного и собственных нужд

 

Данная  установка предназначена  для подготовки газа до требуемых  кондиций и подачи его в необходимом  количестве и с требуемым давлением  на следующие объекты:

- в камеры сгорания газовых  турбин или цилиндры двигателей ГМК - топливный газ;

- в турбодетандеры ГТУ при  их пуске - пусковой газ;

- к кранам технологических коммуникаций  и систем топливного и пускового газа, имеющим пневмопривод, для их перестановки (переключения), к приборам и аппаратам для передачи командных импульсов в систему автоматики - импульсный газ;

- на вспомогательные энергетические  системы КС и жилой поселок станции - газ собственных нужд.

Установка подготовки газа представляет собой газораспределительную станцию (ГРС) при компрессорной станции.

В целях повышения надежности работы установки отбор газа на нее следует  предусматривать из трех различных  участков технологических коммуникаций станции: основной отбор - после установки  очистки газа, резервный - от узла подключения  КС к газопроводу (до и после обводного крана станции  №20).

От общего подвода газа в установке  питается четыре системы: система топливного газа, система пускового газа, система импульсного газа и система газа собственных нужд.

 

3.7.1. В системе топливного газа  следует предусматривать узлы очистки и подогрева газа и узел редуцирования газа. Узел очистки газа должен обеспечивать топливному газу отсутствие жидкой фракции, невозможность образования кристаллогидратов, нормативное содержание серы, хлора и щелочных металлов.

Данные показатели обеспечиваются очисткой газа в специальных сепараторах или фильтрах /6/, количество которых принимается по требуемому расходу топливного газа с учетом резерва сепарационных или фильтрующих аппаратов.

Подогрев топливного газа производится до +25°С в подогревателях, установленных до узла редуцирования. Узел подогрева должен включать не менее двух подогревателей; при отключении одного из подогревателей оставшиеся в работе должны обеспечивать не менее 70% номинальной тепловой производительности узла подогрева.

В узле редуцирования давление топливного газа доводится до величины, соответствующей  техническим условием завода-изготовителя газовой турбины или ГМК /2/ /6/. На узле редуцирования предусматривается 100% резерв регуляторов давления и обвод регуляторов.

На выходе из системы топливного газа необходимо предусмотреть замер общего расхода топливного газа (после смешения его с газом от уплотнений нагнетателей), а также расхода его по каждому ГПА в отдельности.

Характеристика оборудования, применяемая в системе топливного газа, и методика подбора его изложены в /2/ /6/ /17/ /18/. Схема установки регуляторов давления приведена в /18/. Основным источником среди указанной литературы является /6/.

 

3.7.2. В систему пускового газа  входят узлы очистки и редуцирования газа. Очистку пускового газа следует предусматривать совместно с топливным газом (количество сепараторов или фильтров соответственно увеличивается), а редуцирование - отдельно, на самостоятельных регуляторах давления с 100 %  резервом и обводом.

Марка регуляторов давления подбирается по давлению и расходу пускового газа, требуемым техническими условиями завода-изготовителя турбины /2/ /6/. Узлы редуцирования систем топливного и пускового газа следует выполнять совмещенными.

 

3.7.3. В систему импульсного газа  входят узлы очистки и осушки  газа, а также узел регенерации  адсорбента.

Узел очистки импульсного газа выполняется совмещенным с узлом  очистки топливного и пускового  газа.

Осушка импульсного газа проводится до точки росы - 55°С (при рабочем давлении) в двух адсорберах, один из которых находится в работе, другой - в режиме регенерации.

Регенерация адсорбента в адсорберах производится осушенным природным газом, подогретым в печи газа регенерации.

Помимо отмеченного в систему импульсного газа входит два ресивера, один из которых предназначается для узла подключения КС. Вместимость ресиверов рассчитывается из условия перестановки всех кранов КС при двух последовательных аварийных остановках станции.