Гидромашины

Министерство образования  Российской Федерации

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ

Методические  указания по курсовому проектированию

для студентов специальности 0907-«Проектирование, сооружение, и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ»

 

 

Тюмень 2000

 

Утверждено редакционно - издательским советом Тюменского государственного нефтегазового университета

 

Составитель: Перевощиков С. И., профессор, к. т. н.

 

 

 

 

 

 

 

©Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2000 г.

1. ВВЕДЕНИЕ

 

Основное предназначение компрессорных  станций газопроводов - сообщение газу энергии путем сжатия его до определенного давления. Приобретенная газом энергия в последующем расходуется на преодоление газовым потоком гидравлического сопротивления трубопроводов.

Компрессорные станции (КС) являются одним из основных объектов газотранспортных систем. На них приходится порядка 25% всех капиталовложений в системы  транспорта газа и 60% всех эксплуатационных расходов по этим системам.

Надежность и экономичность  транспорта газа в значительной мере определяются надежностью и экономичностью КС. Поэтому проектирование и эксплуатация компрессорных станций должны осуществляться с учетом современных достижений науки и техники и перспектив развития районов расположения станций.

 

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

2.1. Компрессорные станции представляют  собой совокупность относительно разнородных объектов, функционально подчиненных друг другу. Это - основные и вспомогательные технологические установки по транспорту газа, вспомогательные системы, обеспечивающие всю КС и ее технологические установки энергией, водой, тепловой энергией, связью и т.д., а также подсобно-производственные и административно-бытовые помещения, вспомогательные объекты.

Общие технико-экономические показатели КС в основном определяются типом, количеством  и техническим состоянием компрессорных  машин, осуществляющих непосредственный транспорт газа, и приводящих их двигателей.

В силу отмеченного основное внимание при проектировании и эксплуатации КС уделяется газоперекачивающим агрегатам (ГПА) и их вспомогательным системам, определяющим эффективность работы ГПА.

Данное обстоятельство учитывается  при составлении тематики курсовых работ.

2.2. Курсовая работа может быть посвящена либо проектированию КС, либо эксплуатация ее. Возможны и смешанные варианты. Во всех случаях работа состоит из графической части, которая выполняется на одном листе 24 формата и расчетно-пояснительной записки объемом 15-20 страниц, выполненной с соблюдением требований ЕСКД.

Графическая часть содержит комментарии  в расчетно-пояснительной записке  работы. Комментарии оформляются  в виде отдельного раздела.

Расчетно-пояснительная записка  должна содержать приведенные характеристики, используемых на КС нагнетателей, а для газомотокомпрессоров - загрузочные кривые,  упрощенные схемы систем смазки ГНА и  уплотнения вала нагнетателя (для КС с нагнетателями) /2/ /З/ /4/ /6/.

2.3. Проект компрессорной станции  в объеме курсовой работы включает  в себя: выбор основного оборудования станции, расчет режима работы КС и спецраздел.

Примерный перечень тем  спецраздела:

- разработка узла очистки газопровода;

- разработка установки очистки  газа;

- разработка установки охлаждения  газа;

- разработка установки подготовки газа топливного, пускового, импульсного и собственных нужд;

- разработка вариантов и технических  решений использования вторичных энергетических ресурсов КС;

- технологический расчет внутриплощадочных  коммуникаций КС;

В графическую часть данного  варианта работы входит технологическая схема КС и технологическая схема разработанной в спецразделе установки или чертеж оборудования КС.

2.4. Курсовая работа, посвященная  вопросам эксплуатация КС а  также содержит общую часть  и спецраздел. Общая часть состоит из расчета режимов работы КС на различные условия эксплуатации станции с выбором оптимальных способов регулирования режимов работы КС.

Примерный перечень тем спецраздела:

- расчет режимов работы установки  охлаждения газа при различных условиях эксплуатации станции;

- расчет расхода газа на собственные  нужды и разработка мероприятий  по снижению газопотребления  КС;

- анализ технического состояния  ГПА по данным эксплуатации и разработка мероприятий по повышению надежности ГПА.

Графическая часть работ данного вида состоит из выполненных на одном листе технологической схемы КС и графической иллюстрации спецраздела. В качестве последней могут быть использованы: чертеж АВО, тепловая схема ГТУ с технической характеристикой ее и вспомогательных систем ГТУ.

2.5. Курсовая работа выполняется студентом самостоятельно. Завершенная работа подписывается исполнителем и сдается в установленные заданием сроки на проверку консультанту. Последний решает вопрос о степени готовности работы и допуске ее к защите. Законченная работа защищается перед комиссией.

2.6. Настоящие методические указания  могут быть использованы для самостоятельного изучения раздела "Компрессорные станции" дисциплины "Насосные и компрессорные станции", а также при выполнении отдельных разделов курсовых проектов по дисциплине "Трубопроводный транспорт" и при дипломном проектировании.

2.7. При выполнении курсовой работы, данные методические указания подлежат обязательной проработке по всем разделам: по разделам, указанным в задания, выполняются соответствующие расчеты и графические построения, по остальным разделам - проработка рекомендованной литературы.

 

 

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО  ВЫПОЛНЕНИЮ ОТДЕЛЬНЫХ РАЗДЕЛОВ  РАБОТЫ

 

3.1. Выбор основного оборудования  КС.

 

К основному оборудованию КС относятся  компрессорные машины (КМ) и приводящие их двигатели. Для транспорта газа применяется в основном центробежные нагнетатели и поршневые компрессоры - газомотокомпрессоры (ГМК).  Каждый тип компрессорных машин имеет свою область рационального применения.

ГМК экономичнее нагнетателей при производительности КС (газопровода) менее 10 млн.м³/сут,  нагнетатели - при производительности КС более 15 млн.м³/сут. В интервале производительностей 10-15 млн.м³/сут экономические показатели транспорта газа ГМК и нагнетателями примерно одинаковы¹.

Суточная производительность КС определяется по годовой с помощью  следующего выражения /1/

 

, млн.м3/сут

где Q_год - годовая производительность КС (газопровода) при стандартных условиях млрд.м³/год;

- коэффициент использования  пропускной способности газопровода; 

K_рс ,K_эт – коэффициенты, учитывающие запас пропускной способности газопровода для обеспечения газоснабжения соответственно в периоды повышенного спроса на газ и в периоды экстремально повышенных температур, приводящих к снижению мощности ГПА, K_рс =0,95, K_эт=0,98;

- коэффициент учитывающий запас  пропускной способности газопровода на случай аварийных отказов линейной части газопровода и КС, принимается по приложению I.

После определения экономичного типа компрессорной машины для проектируемой КС производится выявление оптимального варианта КС - то есть определяется оптимальная марка ГПА, число и схема соединения машин данной марки на КС, количество ступеней сжатия КС.

Для этого из множества компрессорных  машин требуемого типа /2/ /3/ /4/ /5/ предварительно выбирается 3÷4 машины разных марок, отличающихся подачей и степенью сжатия (или  давлением нагнетания). К рассмотрению принимаются машины, число которых на КС будет находится в пределах 2÷6 - для нагнетателей и 2÷13 - для ГМК. Кроме того, подбираемые машины в расчетном режиме работы и в возможных при эксплуатации режимах не должны иметь политропический КПД ниже 0,8 (для центробежных нагнетателей).

При производительности КС более 15 млн.м³/сут для каждой марки предварительно выбранного нагнетателя рассматривается два подварианта КС - с одноступенчатым сжатием и с двухступенчатым сжатием (для полнонапорных нагнетателей рассматривается один подвариант - с одноступенчатый сжатием). При производительности КС 10÷15 млн.м³/сут - также два подварианта, но с двух и трехступенчатым сжатием. Во всех случаях число машин на КС должно находится в ранее отмеченных пределах.

Для каждого варианта и подварианта КС определяется число резервных машин (приложение 2), степень сжатия КС ε и удельные приведенные расходы на станции с учетом типа привода  /2/ /З/ /4/ /5/. На основе значений ξ  и С_к  рассчитывается комплекс (1). Окончательно принимается тот вариант (подвариант) КС, которому отвечает наименьшее значение комплекса (1).

    (1)

Если производительность КС находится  в пределах 10÷15 млн.м³/сут, то экономичный тип компрессорной машины и оптимальный вариант КС находится одновременно. Для этого по выше рассмотренной методике производится сравнение двух-трех вариантов КС с ГМК и двух-трех вариантов КС с центробежными нагнетателями.

В качестве привода компрессорных  машин на КС обычно применяются поршневые  газовые двигатели, газовые турбины и электродвигатели.  От выбора типа привода компрессорных машин во многом зависят технико-экономические показатели КС и удобства ее эксплуатации.

Газомотокомпрессоры, как правило, приводятся поршневыми газовыми двигателями, которые конструктивно оформляются за одно целое с ГМК.

Центробежные нагнетатели могут  приводиться электродвигателями и газотурбинными установками (ГТУ). При удаленности КС от надежного источника электроэнергии менее чем на 50-100 км выгоднее применять электропривод, при удаленности более 300 км - газотурбинный привод.

В интервале 50-300 км тип привода  устанавливается технико-экономическим расчетом по минимуму приведенных затрат на КС с учетом строительства ЛЭП, трансформаторной подстанции (приложение 3 и 4) и стоимости потребляемой ГПА энергий в виде газа и электроэнергии (раздел 3.10, приложение 5 и 6).

При равенстве приведенных затрат (комплекса χ) для обоих типов привода² предпочтение обычно отдается электроприводу,  как более безопасному, не связанному с расходом транспортируемого газа, упрощающему технологическую схему КС, менее подверженному влиянию внешних условий, более безотказному и с меньшим сроком восстановления при ремонтах.

 

3.2. Расчет режима работы КС

 

Расчет режима работы КС производится при проектировании станций и газопроводов, а также при их эксплуатации. Цель расчета режима работы КС при проектировании:

а) проверка возможности и экономичности  транспорта газа в заданном количестве выбранным оборудованием КС; определение методов регулирования работы КС для достижения станцией требуемых технологических параметров (подачи и давления);

б) определение параметров газа (давления и температуры) на входе и выходе КС для нахождения потребного количества станций и их расстановки по трассе газопровода;

в) разработка мероприятий, предотвращающих  перегрев газа и перенапряжение трубопроводов  на выходе КС, а также мероприятий, обеспечивающих наиболее экономичный  транспорт газа подобранным оборудованием.

При эксплуатации КС расчет режима ее работы проводится в следующих целях:

а) проверка возможности транспорта газа в заданном количестве в различные периоды эксплуатации КС (по месяцам, сезонам и т.д.);

б) определение количества работающих ГПА и способов регулирования  режима их работы для достижения КС требуемых технологических параметров;

в) оптимизация транспорта газа в  различных условиях эксплуатации.

Результаты расчета режимов  работы КС используются также для определения зон возможного выпадения кристаллогидратов в трубопроводе и разработки профилактических мероприятий.

Во всех случаях расчет состоит  в определении мощности N , потребляемой каждой компрессорной машиной, и мощности , развиваемой приводящим ее двигателем.

Возможность транспорта газа в заданном количестве существует при соблюдении неравенства (2)

    (2)

Экономичность - при Р_н =Р’_н   и следующих условиях / I /;

а) КС с центробежными нагнетателями

         (3)

б) КС с газомотокомпрессорами

    (4)

где P_н - давление на выходе КС;

Р’_н - номинальное давление на выходе КС или требуемое давление на выходе станции (при неполном развитии КС и газопровода или их недогрузке);

η_пол - политропический к.п.д., определяемый по приведенной характеристике нагнетателя;

T_а - средняя температура наружного воздуха в рассматриваемый период, определяемая по данным СНиП 2.01.01 - 82 /2/ /16/.

При проектировании КС ( газопровода) рассчитывается для среднегодовых значений  Т_а, при эксплуатации - для среднего значения Т_а. в рассматриваемый период времени (месяц, квартал и т.д.).

Численные значения и для различных типов компрессорных машин и приводящих их двигателей рассчитываются различным образом.