Расчет параметров АВО на выходе

 

Исходные данные: тип АВО газа; количество установленных секций АВО, п; объем перекачиваемого газа за сутки, V, м³; относительная плотность газа по воздуху, Δ; давление газа на входе АВО, Р₁, МПа; температура газа на выходе КС до АВО газа, Т₁, ^оС; температура наружного воздуха, Т_в1, ^оС; барометрическое давление воздуха, Р_б, мм. рт. ст.

 

5.3.1.1.Гидравлический расчет

 

1. Определение среднего давления и температуры газа в АВО

Давление газа на выходе АВО примем равным 7,5МПа, а расчетную температуру газа за АВО - равной средней температуре окружающего воздуха плюс 15 градусов Т₂ = Т_в1 + 15^о

Р_ср = 0,5×(Р₁ + Р₂);         (5.1)

Т_{с р} = 0,5×(Т₁ + Т₂),          (5.2)

где Р₁, Р₂ – абсолютное давление газа на входе и выходе АВО, МПа; Т₁, Т₂ – температура газа на входе и выходе АВО, К.

2. Определение плотности перекачиваемого газа при стандартных условиях

r _ст = 1,205×Δ,               (5.3)

где Δ - относительная плотность газа

3. Определение критических значений давления и температуры газа

Р_кр = 0,1773 · (26,831 – r _ст);   (5.4)

Т_кр = 155,24 · (0,564 + r _ст),     (5.5)

4. Определение приведенных значений давления и температуры газа

; .   (5.6)

5. Определение среднего коэффициента сжимаемости газа

,    (5.7)

где t = 1 – 1,68 · Т_пр + 0,78 · Т²_пр + 0,0107 · Т³_пр.

6. Определение средней плотности газа

,        (5.8)

где z _ст - коэффициент сжимаемости газа при стандартных условиях.

7. Определение динамической вязкости газа

η _г = 1×10^-6×(4,2168 + 0,0223× Т_ср + 0,243× Р_ср). (5.9)

8. Определение средней скорости газа в теплообменных трубах

w _г = ,         (5.10)

где V – среднесуточная производительность газопровода, м³/сут; n – количество установленных секций АВО газа на КЦ, шт; f ₁ - площадь проходных сечений труб одного хода по газу в секциях АВО, м².

9. Определение критерия Рейнольдса

Re _г = ,  (5.11)

где d _в - внутренний диаметр труб, м

10. Определение коэффициента гидравлического сопротивления

для ламинарного режима движения, Re £ 2320,

l _тр = 64/ Re;  (5.12)

для турбулентного, Re = 10⁶ ¸ 10⁴,

l _тр = 0,3164/ Re ^{0 ,25} ; (5.13)

для зоны шероховатого трения при, Re > 10⁶,

= 2×1 g [ d _в /(2× σ) + 1,74], (5.14)

где σ – высота выступов шероховатости, м.

11. Определение потерь давления газа в АВО

D P = ,   (5.15)

где l_m - длина труб, м; - сумма коэффициентов местных сопротивлений в направлении движения газа в пределах АВО.

12. Определение давления газа на выходе АВО

Р₂₁ = Р₁ - D Р.     (5.16)

Если выполняется условие | Р₂ – Р₂₁ | ≤ δ, где δ – точность расчета, то дальнейший расчет производят с уточненным значением Р₂. Если условие не выполняется, то принимают Р₂ = Р₂₁ и расчет повторяется с начала.

Тепловой расчет

 

1. Определение удельной теплоемкости газа

.     (5.17)

2. Определение теплообмена, осуществляемого в АВО газа компрессорного цеха

Q = r _ст × V /(24×3600)× C_p ×(Т₁ – Т₂).

3. Определение температуры воздуха за 1 секцией АВО при условии включения в работу 2-х вентиляторов

Т_в22 = Т_в1 + Q /(n × G _в × С_рв).

4. Определение температуры воздуха за 1 секцией АВО при условии включения в работу 1-го вентилятора

Т_в21 = Т_в1 + Q /(2× n × G _в × С_рв).

5. Определение температуры воздуха за 1 секцией АВО при условии естественной конвекции

Т_в20 = Т_в1.

6. Определение температуры воздуха за АВО с фактическими работающими вентиляторами

Т_в2 = (n ₂ × T _в22  + n ₁ × T _в21  + n ₀ × T _в20)/ n.

Если количество работающих вентиляторов k _р на всех АВО меньше или равно количеству установленных секций АВО, n (k _р ≤ n), тогда n ₂ = 0, n ₁ = k _р, n ₀ = n – k _р, иначе n ₂ = k _р – n, n ₁ = 2× n – k _р, n ₀ = 0.

7. Определение коэффициента теплопроводности газа

l _г = 1×10^-3×(-5,515 – 4,7906× Р_ср + 0,1334× Т_ср + 0,03309× Р_ср × Т_ср + 2,4365× Р_ср ² – 0,01435 × × Р_ср ²× Т_ср + 0,02147×10^-3×(Р_ср × Т_ср)² – 0,04412×10^-3× Р_ср × Т_ср ²).          (5.18)

8. Определение критерия Рейнольдса Re _г и Прандтля Pr _г для газа

Re _г = , Pr _г = ,  (5.19)

где l _г - коэффициент теплопроводности газа Вт/(м×К);

9. Определение коэффициента теплоотдачи со стороны газа

a _г = 0,021 .      (5.20)

10. Определение скорости воздуха в узком сечении секций АВО

w _в.уз =  ,                   (5.21)               

где V ₁ – объемный расход воздуха через 1 АВО, м³/ч; n _у,1 – количество установленных вентиляторов в одном АВО; f _с - площадь свободного сечения труб перед секциями АВО, м²; h _c - коэффициент сужения; r _в.ст - плотность воздуха при стандартных условиях, кг/м³; r _ср.в - плотность воздуха при давлении Р _б и температуре t _{ср. в}, определяемая по формуле

r _ср._в = , (5.22)

где Р _б – барометрическое давление воздуха, мм.рт.ст; t _ср.в – средняя температура воздуха, ^оС.

11. Определение динамической вязкости воздуха

η _в = 1×10^-6×(0,04903× Т_ср.в + 3,7677),  (5.23)

где Т_ср.в – средняя температура воздуха, К.

12. Определение критерия Рейнольдса для воздуха

Re _в = ,      (5.24)

где d _н - наружный диаметр труб у основания ребер, м

13. Определение коэффициента теплопроводности воздуха

l _в = 0,02442 + 7,676×10^-5× t _ср.в – (0,0045+1,4×10^-5 t _ср.в)×(760 – Р_б)/141,8745. (5.25)

14. Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха

a _р = 0,23× k_R × , (5.26)

где k _ор – коэффициент оребрения; u - шаг между ребрами, м; h - высота ребра, м; l _г - коэффициент теплопроводности газа Вт/(м×К); k_R – поправочный коэффициент для числа продольных рядов шахматных пучков труб с круглыми ребрами, который определяется:

k_R = 0,8937× R ^0,0457.          (5.27)

15. Определение приведенного коэффициента теплоотдачи от оребренной поверхности труб к воздуху

a_в = ,  (5.28)

где f _п - полная площадь одного погонного метра (1 п/м) оребренной трубы, м²; f _тр - наружная площадь участков между ребрами на 1 п/м трубы, м²; f _р - площадь ребер на 1 п/м трубы, м²; Е - коэффициент эффективности круглых ребер; e_р - коэффициент, учитывающий трапециевидную форму сечения ребра; ψ – поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность распределения коэффициента теплоотдачи по поверхности ребра. Коэффициенты Е и e_р принимаются по справочным данным или определяются по формулам, аппроксимирующим эти данные и приведенным, например, в работе [13].

16. Определение коэффициента тепрлопередачи

k = , (5.29)

    где a _г - коэффициент теплоотдачи от газа к внутренней поверхности труб, Вт/(м²×К); ψ – коэффициент увеличения поверхности труб; a_в - полный коэффициент теплоотдачи от оребренной поверхности труб к воздуху, Вт/(м²×К); (d _т /l _т) - эквивалентное термическое сопротивление трубы; f _п - полная площадь одного погонного метра (1 п/м) оребренной трубы, м²; f _m - средняя площадь 1 п/м гладкой трубы, м²; r _г, r _в - термическое сопротивление загрязнений соответственно внутренней (со стороны газа) и наружной (со стороны воздуха) поверхности трубы, м²×К/Вт

17. Определение среднелогарифмической разности температур

= (  – )/LN( / )× E_t;

= Т₁ – T _в2;

= Т₂ – T _в1,

18. Определение возможности теплообмена 1 секции АВО газа

Q _аво = k ₁ × k × F × × Е _t,

19. Определение суммарного теплообмена совершаемого в АВО

Q _сум = n ₂ × Q _аво + k _А1 × n ₁ × Q _аво + k _А0 × n ₀ × Q _аво,

где k _А1 – коэффициент снижения теплосъема при одном неработающем вентиляторе; k _А0   – коэффициент снижения теплосъема при конвективном теплообмене

Если при расчете разность суммарного и фактического теплообмена получилась меньше нуля, то увеличиваем температуру газа на выходе АВО на шаг равный h =15 градусов и производим расчет увеличивая шаг до тех пор пока разность суммарного и фактического теплообмена не будет положительной. Если разность положительна, то далее делим интервал | t ₂, t ₂ - h | пополам и повторяем расчет сначала при температуре t ₂₁ = t ₂ + h /2 и так далее пока не выполнится условие | t ₂₁ – t ₂ |< δ, где δ – заданная точность расчета

20. Определение затрат электроэнергии на охлаждение газа:

А_э = k _р × N _в × Т_в,     (5.30)

где k _р – количество работающих вентиляторов на всех АВО; N _в – мощность, потребляемая одним электродвигателем, вращающим вентилятор, кВт; Т_в – время работы вентиляторов, ч.

Следует особо подчеркнуть, что тепловой и гидравлический расчеты, при всей их важности, не являются главной целью при эксплуатации газопровода. Необходима процедура оптимизации АВО с учетом режима работы компрессорных цехов и линейной части.

 

 

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ