Меню

Тепловая мощность цеховой системы охлаждения газа

Все о транспорте газа

Для реализации процесса регулирования системы охлаждения с целью минимизации энергетических и эксплуатационных затрат на транспорт природного газа необходимы действительные теплотехнические характеристики АВО при различных режимах их работы. Заводы-изготовители представляют теплотехнические характеристики АВО, как правило, только для одного из возможных режимов работы (при работе аппаратов со всеми включенными вентиляторами). Кроме того, эти характеристики не учитывают действительного технического состояния АВО, так как они получены в результате стендовых испытаний. Наличие только таких теплотехнических характеристик не обеспечивает процесса регулирования систем охлаждения.

Анализ эксплуатационных характеристик систем охлаждения КС МГ показывает, что существует возможность определения действительных теплотехнических характеристик АВО. Весьма распространенными типами АВО в системах охлаждения КС МГ являются аппараты отечественного производства типа 2АВГ-75 и аппараты, производимые итальянской фирмой Nuovo Pignone. Для этих типов АВО были определены их действительные теплотехнические характеристики в условиях эксплуатации (рис. 1, 2).


Рис. 1. Действительные теплотехнические характеристики АВО типа 2АВГ-75:

а-при отключенных вентиляторах; б — при одном включенном вентиляторе; в — при двух включенных вентиляторах

Рис. 2. Действительные теплотехнические характеристики АВО фирмы Nuovo Pignone (Италия):
а — при отключенных вентиляторах; б — при одном включенном вентиляторе; в — при двух включенных вентиляторах

Поскольку основным параметром,определяющим значение тепловой мощности АВО Q1 является максимальная разность температур между природным газом и атмосферным воздухом Δtmax = t ` 1— to.c, действительные теплотехнические характеристики аппаратов воздушного охлаждения указанных типов при различных режимах их работы представлены в следующей форме:

Как показывает анализ результатов обработки эксплуатационных характеристик систем охлаждения ряда КС, перевод АВО указанных типов с режима работы при свободной конвекции (при отключенных вентиляторах) на работу с одним включенным вентилятором повышает их тепловую мощность практически в 3 раза, а перевод с режима работы с одним включенным вентилятором на работу с двумя включенными вентиляторами — не более чем на 30 %. Это и определяет алгоритм рационального регулирования систем охлаждения, оснащенных АВО.
Имея действительные теплотехнические характеристики АВО при отключенных, а также при одном и двух включенных вентиляторах, можно предложить следующий алгоритм рационального регулирования режима работы системы охлаждения природного газа на КС, состоящей из i АВО:

1. При известном значении температуры природного газа после сжатия в центробежных нагнетателях t ` 1 = t2 и заданном значении температуры природного газа на входе в последующий линейный участок МГ t » 1, требуемая тепловая мощность системы охлаждения Qохл (кВт) определяется по соотношению

5. Если все АВО в системе охлаждения, работающие с одним включенным вентилятором, не обеспечивают требуемую тепловую мощность (Qохл > iQ11в), то необходимо перейти (на некоторых или всех АВО) на режим работы с двумя включенными вентиляторами. При этом число АВО, в которых должны работать два вентилятора, может быть найдено по соотношению

Таким образом, анализ полученных теплотехнических характеристик АВО при различных режимах их работы показывает, что при возрастании температуры окружающей среды (воздуха) toc и требуемой тепловой мощности системы охлаждения Qохл регулирование режима работы системы охлаждения следует проводить в следующей последовательности:

• сначала все АВО в системе охлаждения работают при свободной конвекции;

• при увеличении требуемой тепловой мощности или повышении температуры окружающего воздуха АВО следует переводить на режим работы с одним включенным вентилятором;

• после того, как во всех АВО включено по одному вентилятору, при необходимости, следует последовательно переводить аппараты на режим работы с двумя включенными вентиляторами.

При снижении требуемой тепловой мощности системы охлаждения Qохл или температуры окружающей среды toc регулирование режима работы системы охлаждения энергетически и экономически целесообразно проводить в обратной последовательности.

Режим эксплуатации системы охлаждения, при котором часть АВО работает при свободной конвекции, а часть — при двух работающих вентиляторах в каждом аппарате, следует признать энергетически и экономически невыгодным

Изменение режимов работы технологических участков МГ и тепловой мощности АВО в процессе эксплуатации, а также существенные затраты электрической энергии на привод вентиляторов в АВО вызывают необходимость решения задачи оптимизации режимов работы систем охлаждения природного газа на КС МГ, заключающейся в определении энергетически и экономически обоснованной глубины охлаждения природного газа на КС. Определение оптимальных значений температуры природного газа на входе в линейный участок МГ следует вести в диапазоне допустимых значений температуры природного газа с точки зрения минимизации энергетических затрат и эксплуатационных расходов на транспорт газа.
Включение n дополнительных вентиляторов в системе охлаждения рассматриваемой КС для снижения температуры природного газа на входе линейного участка можно признать энергетически целесообразным, если суммарная электрическая мощность вновь включенных вентиляторов меньше снижения мощности, идущей на компримирование природного газа, на следующей за рассматриваемой КС:

Читайте также:  Таблица подключения кабеля по мощности

где t » 11 и t » 12 — температура природного газа на выходе из системы охлаждения до и после включения дополнительных вентиляторов; m — число АВО, в которых включили по одному вентилятору; (n — m)-число АВО, в которых включили по второму вентилятору.

Исходя из соотношения (6), температура на выходе из системы охлаждения может быть найдена из соотношения

При условии, что температура потока природного газа на выходе из системы охлаждения после включения дополнительных вентиляторов приблизительно равна температуре природного газа на входе в следующий за КС линейный участок (t » 12t1лу), температура и давление природного газа на выходе из линейного участка, а также величина энергетических затрат на сжатие природного газа на следующей за линейным участком КС может быть рассчитана по известным соотношениям [2, 3].
Определение оптимальной, энергетически обоснованной температуры на входе в линейный участок следует вести последовательно, рассчитывая характеристики транспорта газа для каждого шага, характеризующегося включением одного или нескольких вентиляторов. Оптимальной можно считать такую температуру на выходе из системы охлаждения рассматриваемой КС t » 1опт , при которой, с включением дополнительных вентиляторов, снижение мощности сжатия на следующей КС участка меньше мощности энергопривода включенных вентиляторов.
Окончательный вывод о значении оптимальной температуры природного газа на выходе из системы охлаждения t » 1опт можно сделать только на основании технико-экономического расчета. В этом расчете необходимо провести сопоставление величины дополнительных энергетических затрат в денежном выражении, связанных с включением новых дополнительных вентиляторов в системе охлаждения ΔСохл, и снижения энергетических затрат в денежном выражении на сжатие природного газа на следующей после линейного участка станции ΔСсж.
Снижение температуры природного газа на выходе из системы охлаждения рассматриваемой КС может считаться экономически целесообразным в случае, если при включении n дополнительных вентиляторов выполняется следующее условие:

ΔСохл 3 ; цТГ— цена топливного газа, руб/1000 м 3 ; цээ2 — цена электрической энергии на следующей за рассматриваемой КС, руб/(кВт ч); ηегту1i ηегтуг2i — эффективный КПД i-й работающей ГТУ при сопоставляемых режимах работы; ηмех — механический КПД ГГПА, учитывающий механические потери при передаче энергии от ГТУ к нагнетателю; ηэл1j, ηэл2j — КПД электродвигателя j-го работающего ЭГПА при сопоставляемых режимах работы; ηред— КПД редуктора

Экономически обоснованной оптимальной температурой природного газа на выходе из системы охлаждения рассматриваемой КС следует считать такую температуру, при которой включение дополнительных вентиляторов не ведет к снижению суммарных энергетических затрат в денежном выражении на рассматриваемой и следующей за ней КС.

При решении задачи определения оптимальной глубины охлаждения природного газа находится также и оптимальный режим работы системы охлаждения рассматриваемой КС с энергетическим и экономическим обоснованием числа работающих вентиляторов. Определение оптимальной температуры охлаждения природного газа на компрессорных станциях газопроводов следует проводить постоянно с целью оптимизации режима работы системы охлаждения при изменяющихся режимах работы газопровода и погодных условиях с использованием действительных теплотехнических характеристик АВО.

Анализ режимов работы КС ряда технологических участков МГ показывает, что из-за недозагрузки газопровода группы цеховых АВО при некоторых режимах не участвуют в процессе охлаждения природного газа на КС. Создание и использование перемычек между группами цеховых АВО даст возможность включить в работу все группы АВО при всех режимах эксплуатации, что может привести к снижению энергетических и эксплуатационных затрат при транспорте природного газа.

Читайте также:  Мощность штатной магнитолы чери

Использование перемычек и включение в работу всех цеховых групп АВО на КС при всех режимах эксплуатации дает возможность повысить энергетическую эффективность работы системы охлаждения природного газа, значение которой определяется по следующему соотношению [4]:

где V- средний удельный объем природного газа в системе охлаждения КС.

Рост энергетической эффективности системы охлаждения при использовании перемычек между цеховыми группами АВО достигается за счет снижения падения давления природного газа Δp и повышения тепловой мощности системы охлаждения ΔQохл при неизменном числе включенных вентиляторов j или постоянной тепловой мощности системы охлаждения природного газа Qохл = idem за счет уменьшения гидравлического сопротивления системы Δp и числа включенных вентиляторов.
Приведенные в работе алгоритм рационального регулирования и программа оптимизации режимов работы систем охлаждения природного газа, а также технико-экономическое обоснование использования перемычек между группами цеховых АВО прошли апробацию на ряде КС. Использование представленных разработок может привести к существенному экономическому эффекту.

А.Ф. Калинин (РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина)

Источник



Результаты расчетов АВО для охлаждения газа

date image2015-04-17
views image2298

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Эффективность работы установок охлаждения газа во многом определяется правильностью выбора типа АВО. Выбор конкретного типа АВО является технико-экономической задачей и выполняется на основе расчётов, учитывающих особенности КС.

Суть расчётов состоит в предварительном выборе нескольких типов АВО, наиболее подходящих для рассматриваемой станции, в первую очередь по рабочему давлению и производительности, и в компоновке на их основе нескольких вариантов установки охлаждения газа. В последующем варианты сравниваются, и из них выбирается тот, который отличается наилучшими технико-экономическими показателями.

Основу всех отмеченных расчётов составляет определение потребного количества аппаратов в установке для каждого из предварительно выбранных типов АВО. Количество АВО находится по результатам гидравлического и теплового расчётов газопровода, обслуживаемого компрессорной станцией, исходя из расчётной среднегодовой температуры воздуха, среднегодовой температуры грунта на глубине заложения трубопровода и оптимальной среднегодовой температуры охлаждения газа. Полученное таким образом количество АВО уточняется гидравлическим и тепловым расчётами газопровода для абсолютной максимальной температуры наружного воздуха и июльской температуры грунта. Максимальная температура газа на выходе АВО, определённая в ходе проверочного расчёта, не должна приводить к потере устойчивости и прочности труб, их изоляционного покрытия.

На кафедре ПЭНХ в ТюмГНГУ были проведены тепловые расчеты АВО «Ничимен», «Крезо-Луар», «Хадсон» и 2АВГ – 75С. Расчеты проводились в диапазоне давлений от 7,5 до 18 МПа при расходах газа через один аппарат от 20 до 100 кг/с и значениях разности температур газа и воздуха на входе в АВО (t1t1) от 0 до 90 0 С. Использовались характеристики аппаратов из табл. 8.1, теплофизические характеристики газа и воздуха из табл. 8.2 и 8.3, причем удельная теплоемкость газа (средняя) была принята постоянной во всех интервалах температур и равной 2,9 кДж/(кг×К).

Теплофизические характеристики метана (СН4) при атмосферном давлении

t, о С r, кг/м 3 сr , кДж/кг× о С n, 10 -4 м 2 /с Pr
0,171 0,679 0,640 0,602 0,563 0,525 2,165 2,2183 2,2747 2,3316 2,3380 2,4445 14,5 16,62 18,74 20,86 22,98 25,1 0,734 0,727 0,720 0,712 0,705 0,698

Теплофизические характеристики сухого воздуха

t, о С r, кг/м 3 сr , кДж/кг* о С n, 10 -4 м 2 /с Pr
-40 -20 -10 1,515 1,395 1,324 1,293 1,205 1,128 1,060 1,000 1,013 1,009 1,009 1,005 1,005 1,005 1,005 1,009 10,04 12,79 12,43 13,28 15,06 16,98 18,97 21,09 0,728 0,716 0,712 0,707 0,703 0,699 0,696 0,692

В результате расчетов были получены: температура газа на выходе – t2 из АВО, теплопроизводительность – Q, температура воздуха на выходе – t2 из АВО, потери давления газа внутри АВО – , коэффициент теплопередачи – К, среднелогарифмический температурный напор – qm.

Анализ результатов расчетов показал, что коэффициент теплопередачи незначительно зависит от температур газа и воздуха на входе в аппарат. Так, для АВО типа 2АВГ – 75С при расходе газа 50 кг/с, температурах газа и воздуха на входе в АВО соответственно 40 и – 20 0 С при давлении газа 12 МПа коэффициент теплопередачи составляет 17 Вт/(м 2 ×К), а при том же расходе и давлении при t1 = 40 и t1 = 20 0 С К = 16,4 Вт/(м 2 ×К), при t1 = 40 и t1 = 0 0 С К = 16,6 Вт/(м 2 ×К). Также мало зависит коэффициент теплопередачи от давления газа. Поэтому с определенной погрешностью можно считать, что коэффициент теплопередачи зависит только от расхода газа через АВО.

Читайте также:  Определить производственная мощность цеха составляла

На основании этих же расчетов построены номограммы, при помощи которых при заданном расходе газа и разности температур газа и воздуха на входе в АВО можно определить глубину охлаждения газа (t1 t2), а тем самым и температуру газа на выходе из АВО и количество тепла Q, отнятого воздухом от газа.

По приведенным на рис. 8.1¸8.4 номограммам легко осуществляется графический расчет АВО.

Для примера используем номограмму для АВО «Хадсон». Предположим, что для АВО «Хадсон» задан расход газа 50 кг/с, разность температур газа и воздуха t1t1 на входе в АВО составляет 75 0 С. Необходимо определить глубину охлаждения газа Dt = t1t2, теплосъем Q, температуру газа на выходе t2.

По номограмме на рис. 8.1 находим точку А пересечения линии расхода G = 50 кг/с и линии t1t1 = 75 0 С. Пересечение вертикальной линии АВ с осью t1t2 дает значение Dt = 41,4 0 С, а пересечение горизонтальной линии АС с осью Q дает значение 6×10 3 кВт. Если температура газа на выходе в АВО t1 = 60 0 С, то температура газа на выходе будет t2 = t1Dt = 60 – 41,4 = 18,6 0 С. Как уже отмечалось, при проведении расчетов значение средней теплоемкости было принято равным 2,9 кДж/(кг×К). Учитывая, что при изменении состава транспортируемого газа она может изменяться, необходимо делать перерасчет теплосъема и глубины охлаждения.

Например, при давлении 7,5 МПа и средней температуре газа tср = (60+18,6)/2 = 39,3 0 С, срm = 2,724 кДж/(кг×К). Тогда действительная глубина охлаждения Dtд = Dt(2,9/2,724) 0,66 = 43,1 0 С, а температура газа на выходе t2 = 60 – 43,1 = 16,9 0 С. Теплосъем Q = cpG(t1 – t2) = 2,724×50×43,1 = 5870 кВт.

Номограммы могут быть использованы обслуживающим персоналом КС при эксплуатации АВО в условиях изменяющейся температуры наружного воздуха. Это позволит оперативно управлять температурным режимом транспорта газа, поддерживать заданную температуру газа на выходе КС, что может быть осуществлено изменением расхода газа через АВО за счет отключения части аппаратов. Это также позволит снизить энергетические затраты на охлаждения газа. При построении графиков сделаны следующие допущения: коэффициент гидравлического трения в области турбулентного режима движения принимается постоянным, теплоемкость газа в интервале температур t1t2 – средней и неизменной. Отклонения результатов расчетов с указанными допущениями от точного не превышает ±5%, однако использование графиков значительно сокращает тепловой расчет АВО, особенно в условиях эксплуатации на КС.

Источник

Установка охлаждения газа (УОГ)

Установка охлаждения газа (УОГ) предназначена для охлаждения газа.

Охлаждение газа — часть технологического процесса при его транспортировке по магистральным газопроводам (МГП).

В процессе компримирования газ нагревается, вызывая температурный перепад на участке газопровода между компрессорными станциями (КС).

Для избежания возникновения продольных температурных напряжений и деформаций МГП газ охлаждают в специальных установках воздушного охлаждения (УОГ).

Установка охлаждения газа (УОГ) состоит из определенного количества аппаратов воздушного охлаждения (АВО) с электроприводными вентиляторами.

АВО являются исполнительными элементами в системе поддержания заданной температуры газа на выходе КС.

Задача поддержания рекомендуемой температуры газа решается включением необходимого количества вентиляторов.

Наибольшее распространение получили УОГ с нагнетательной тягой типа 2АВГ-75, в которых вентиляторы находятся под теплопередающей поверхностью теплообменника.

Приводом вентиляторов являются многополюсные асинхронные двигатели (АД), которые имеют низкий коэффициент мощности даже в номинальном режиме.

Каждый из аппаратов оснащен 2 мя вентиляторами с диаметром рабочего колеса 5 м, которые приводятся в движение электродвигателями типа ВАСО мощностью 37 кВт.

Общее количество электродвигателей УОГ составляет от 20 до 48 единиц.

УОГ эксплуатируются в составе технологического комплекса компрессорной станции (КС) и линейной части магистральных газопроводов (МГП).

На предприятиях транспорта газа эксплуатируются более 6000 АВО газа различных типов и производителей.

Источник