Нагнетатель давления природного газ

Нагнетатели природного газа. Их характеристики.

Нагнетателями природных газов принято называть лопаточные ком­прессорные машины с соотношением давления сжатия свыше 1,1 и не имеющие специальных устройств для охлаждения газа в процессе его сжатия.

Все нагнетатели условно можно разделить на два класса: неполнонапорные (одноступенчатые) (см. рис. 23.) и полнонапорные (см. рис.24). Первые, имеющие степень сжатия в одном нагнетате­ле 1,25-1,27, используются при последовательной схеме компремирования газа на КС, вторые — полнонапорные, имеющие степень сжатия 1,45-1,51, используются при коллекторной схеме обвязки ком­прессорной станции.

Важной характеристикой нагнетателя является его производи­тельность. Применительно к газопроводу различают объемную Q, м 3 /мин, массовую G, кг/ч, и коммерческую подачу газа Q_к, млн*нм 3 /сут. Перевод одних величин в другие осуществляется и использованием уравнения Клапейрона с поправкой на сжимаемость газа z, Рv = zRT. При использовании G кг газа применяется урав­нение Клапейрона — Менделеева также с использованием поправки на сжимаемость газа z, РQ =GzRТ, где Q — объемная подача газа, G — массовая подача, характеризующая количество газа, протекаю­щее в единицу времени через сечение всасывающего патрубка. Ком­мерческая подача Q_к определяется по параметрам состояния во всасывающем патрубке, приведенным к нормальным физическим ус­ловиям (t = 20°С; Р = 0,101 МПа). Для определения коммерческой подачи используется уравнение Клапейрона для «стандартных» условий: Р₀v₀ = RТ₀, Q_к=G/ρ₀, ρ ₀=Р₀/RТ₀.

Характеристики ряда типов центробежных нагнетателей, исполь­зуемых на газопроводах, приведены в табл. 15. Каждый тип нагнетателя характеризуется своей характеристи­кой, которая строится при его натурных испытаниях. Под характе­ристикой нагнетателей принято понимать зависимость степени сжа­тия ε, политропического КПД (η _пол) и удельной приведенной мощно­сти (N. I р)_п от приведенного объемного расхода газа Qпр,. Строятся такие характеристики для заданного значения газовой постоянной R_пр, коэффициента сжимаемости z_пр, показателя адиабаты, приня­той расчетной температуры газа на входе в нагнетатель Т_в в приня­том диапазоне изменения приведенной относительной частоты вра­щения (п/п₀)_пр. Типовая характеристика нагнетателя типа 370-18-1 приведена на рис. 25 Характеристики других типов имеют такой же вид, как для неполнонапорных, так и для полнонапорных нагне­тателей.

Рис. 23. Неполнонапорный одноступенчатый нагнетатель 370-18 агрегатаГТК-10-4 производства НЗЛ: 1 — корпус; 2 — крышка; 3 — лопаточный диффузор;4 — рабочее колесо; 5 — гильза; 6 — зубчатая муфта; 7 — клиновые прокладки;

Рис. 24 Полнонапорный двухступенчатый нагнетатель НЦ-16/76 агрегата ГПА У16 производства АО «СМПО им. Фрунзе»: 1-опорный подшипник;2 — крышка; 3 — корпус; 4 — внутренний корпус; 5 — ротор; 6 — крышка;7 — уплотнение; 8 — опорно-упорный подшипник; 9 — блок масляных насосов;10 — думмис; 11 — улитка; 12 — обратный направляющий аппарат.

Рис. 25. Приведённые характеристики нагнетателя 370-18-1 при [Т_и]_пр=288К; z_пр=0,9; R_мр=490 Дж / (кг -К)

Характеристики центробежных нагнетателей для транспорта природных газов

Тип нагнетателя	Номинал произвол, при 20 «С и 1 МПа	Номинал. частота вращения, об/мин	Объемная произвол. м 3 /мин	Степень сжатия	Конечное давление на выходе,
370-14-1	19,1	5300	289	1,25	5,66
Н-300-1,23	20,0	6150	260	1,24	5,50
Н-196-1,45	10,7	8200	196	1,45	5,60
520-12-1	29,3	4800	425	1,27	5,60
370-18-1	36,0	4800	370	1,23	7,60
Н-16-56	51,0	4600	800	1,24	5,60
Н-16-75	51,0	4600	600	1,24	7,50
Н-16-76	31,0	6500	380	1,-44.	7,50
650-21-1	53,0	3700	640	1,45	7,60
820-21-1	53,0	3700	820	1,45	5,60
Купер-Бессемер:
280-30	16,5	6200	290	1,51	5,60
СДР-224	17,2	6200	219	1,51	7,50
2ВВ-30	21,8	5000	274	1,51	7,50
Нуово-Пиньони:
РСЬ- 802/24	17,2	6500	219	1,49	7,52
РС-Ы001-40	45,0	4600	520	1,51	7,52

Пользуются характеристиками следующим образом. Зная факти­ческие значения величин R,z, Т, п для данных условий, по соот­ношению 13, определяют приведенную относительную частоту вра­щения нагнетателя (n/n₀)_пр. По известной степени сжатия, находят приведенный объемный расход газа Q_пр, соотношение 14, а затем по соответствующим кривым (рис.25) определяют политропический КПД η_пол и приведенную внутреннюю мощность нагнетателя (N_i/ρ_и )_пр

(13)

(14)

Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем, определяется соотношением:

, (15)

В соотношениях 13-15 индексом «О» отмечен номинальный режим работы нагнетателя; индексом «в» — отмечены параметры на входе в нагнетатель. Плотность газа при всасывании, кг/м 3 , ρ определяется по соотношению:

(16)

где Рвх,Т- абсолютное давление (МПа) и температура (К) при вса­сывании.

Мощность на муфте привода, кВт:

где N_мех- механические потери, для газотурбинного привода N_мех = 100 кВт, для электропривода N_мех = 150 кВт.

Расчетный рабочий расход газа Q_пр для нагнетателей должен быть примерно на 10 -12% больше крайних левых значений расхода, соот­ветствующего условиям начала срыва потока газа по нагнетателю (зоне помпажа). На рис. 25 этому соответствует подача газа ~ 360 м 3 /мин.

Наличие надежных приведенных характеристик при эксплуата­ции газотурбинного привода позволяет обслуживающему персоналу выбирать наилучший режим работы в зависимости от конкретных условий. Для центробежных нагнетателей с электроприводом также можно пользоваться приведенными газодинамическими характерис­тиками, но только для какого-то вполне определенного значения (n/n₀), так как электропривод не имеет регулируемую частоту вра­щения.

Наличие надежных приведенных характеристик с использованием соотношений (13 — 16) позволяет относительно легко определять мощ­ность ГПА в эксплуатационных условиях.

Источник

§ 41. Нагнетатель природного газа

Нагнетатели природного газа предназначены для его перекач­ки (транспортировки) от месторождений к местам потребления. Нагнетатель породного газа представляет собой компрессор цент­робежного типа (рис. 141). Массивный ^^^LTollycl нагнетателя с торцов закрыт крышками 5 я 8. Внутри корпуса Слагаются детали статора 6, образующие проточную часть

гсГи ротор 7 с двумя рабочими колесами 9 центробежного rtZ. Рото? Опирается на опорные подшипники 2 я И «|в-осевом направлении фиксируется упорным подшипником 10. Роторi нагне­тателя жесткий; его критическая частота вращения намного боль-

«‘в’м^тах’пр’охода ротора через крышки 5 и 8 корпуса нагнетателя расположены концевые уплотнения 1 и 12, предотвращаю­щее утечки из него газа. Ротор нагнетателя соединен с ротором газовой турбины торсионным валом 3.

Таз из магистрали попадает в камеру 15, расположенную перед первой ступенью нагнетателя, через приваренный сбоку на ци­линдрической поверхности его корпуса патрубок. Пройдя рабочее колесо 9, газ направляется в межступенную диафрагму 14, а за­тем __в рабочее колесо второй ступени. За второй ступенью из

камеры 13 через второй патрубок, также приваренный к цилиндра* ческой поверхности корпуса нагнетателя, газ уходит в напорный участок газопровода.

Нагнетатель обеспечивает перекачку природного газа по маги­стральным газопроводам, рассчитанным на давление 7,6—10 МТДа, Степень повышения давления газа в двух ступенях нагнетателя составляет 1,44.

Рис. 141. Нагнетатель природного газа:

/ 12 — уплотнения, 2, 11 — опорные подшипники, 3 — торсионный вал, 4 — корпус, 5, 8 — крышки, б — элементы статора, 7 —ротор, 9 — рабочие колеса первой и второй ступеней, Ю — упорный подшипник, 13. IS — камеры для выхода и входа газа, 14 — межступенная ди­афрагма

Для привода таких нагнетателей используют ГТУ, выполнен­ные на основе авиационного двигателя, который является генера­тором рабочего тела для силовой турбины, приводящей во враще­ние ротор нагнетателя.

Масло к подшипникам ГТУ и нагнетателя подается двумя на­сосами, один из которых приводится в действие ротором нагнета­теля, а второй ротором ГТУ. Для охлаждения масла служат воз­душные теплообменники.

Пуск установки, выход на рабочий режим и его поддержание осуществляются автоматически.

% 42. Характеристики потребителей мощности ГТУ

Стационарные ГТУ, как уже отмечалось, наиболее широко ис­пользуются для привода электрических генераторов и нагнетате­лей природного газа. Чтобы определить режимы работы ГТУ при различных нагрузках,. необходимо знать зависимость мощности,Потребляемой генератором или нагнетателем природного газа, от_ч Частоты вращения их роторов. Такую зависимость называют ха­рактеристикой потребителя мощности.При пуске ГТУ электрический генератор переменного тока от­ключен от сети. Чтобы подключить электрический генератор к се­ти, необходимо вращать его ротор с такой частотой, при которой частота и фаза эдс, вырабатываемой генератором, совпадали бы

с частотой и фазой напряжения электрической сети. Иначе в момент подключения генератора возникает большой ударный крутящий мо­мент, воздействующий на его ротор, а через соединительную муфту — на ротор турбины или компрес­сора.

Мощность, потребляемая генератором на холостом ходу (до под-

частоты И в?ащения°$о- ключения к сети), очень мала и тора электрического генератора расходуется на преодоление трения от мощности в подшипниках и ротора о газообразную среду, а также на привод вентиляторов, обеспечивающих охлаждение генератора, и др.

После подключения к сети частота вращения ротора генерато­ра совпадает с частотой сети и не зависит от мощности, вырабаты­ваемой генератором. Так как частота электрического тока в сети изменяется очень мало, можно считать, что электрический -гене-

Рис. 143. Распределение давления в магистраль­ном газопроводе:

/ — нагнетатели, 2 — участки магистрального газопрово­да; р_к — давление за нагнетателем в начале последую­щего участка газопровода; р_н — давление перед нагне­тателей в начале предыдущего участка газопровода, I — расстояние вдоль газопровода

ратор практически работает с постоянной частотой вращения ро­тора п. Если обозначить частоту вращения ротора при номиналь­ном режиме работы генератора через л₀, то его характеристика (рис. 142) может быть представлена следующей зависимостью:

Нагнетатели природного газа располагают на магистральных газопроводах примерно на равном расстоянии друг от друга. Что-

Рис. 144. Характеристика нагнета-• теля природного газа

бы прокачать газ через газопровод, необходимо преодолеть сопро­тивление трения, которое возникает при движении газа по трубам. Вся мощность нагнетателей расходуется на преодоление этого трения. По мере удаления от нагнетателя по ходу газа давление газа уменьшается (рис. 143). Обычно расстояние между газопере­качивающими станциями выбирают так, чтобы давление в газо­проводе, выполненном из труб диаметром 1420 мм, не падало ниже 7,6 МПа, а за нагнетателем составляло 10 МПа.

Зависимость между степенью повышения давления в нагнета­теле е_г от расхода газа G_r, пере­качиваемого по газопроводу, и от частоты вращения ротора нагне­тателя называют характеристи­кой нагнетателя (рис. 144). Рас­четный режим работы нагнетате­ля соответствует приведенному расходу G_T—l и расчетной сте­пени .повышения давления е_г =

Так же, как и компрессор, нагнетатель может попадать в помпаж. На характеристике нагнетателя зона режимов, при которых его работа не допускается, выделена пунктирной линией.

1. Каков принцип действия электрических генераторов и из каких основных частей они состоят?

2. Какие виды охлаждения генераторов вы знаете?

3. Какие системы возбуждения используются в генераторах?

4. Каков принцип действия нагнетателей природного газа и из каких основ­ных частей они состоят?

Аварии и неполадки газотурбинных установок

Источник