Центробежные компрессоры Березанской КС

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Кубанский государственный технологический университет

(КубГТУ)

Кафедра холодильных и компрессорных машин и установок

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине "Компрессорные станции"

на тему "Центробежные компрессоры Березанской КС"

Выполнил

студент группы 04-М-ТФ1

Фесенко М.Ю.

Руководитель работы

к.т.н., доц. Шамаров М.В.

Нормоконтролер

к.т.н., доц. Шамаров М.В.

Краснодар

2008

Реферат

Курсовой проект содержит 38 листов, 2 рисунка, 2 таблицы, 4 листа графической части формата А1.

ГАЗ, КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ, ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ, ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, НАГНЕТАТЕЛЬ, МАГИСТРАЛЬНЫЙ ГАЗОПРОВОД.

Объектом проектирования является Березанская газокомпрессорная станция.

Цель работы – произвести реконструкцию газокомпрессорной станции с производительностью 325 млн. м3/год и ц/б нагнетателями с заданной мощностью.

В процессе реконструкции проводились газодинамический расчет нагнетателя, расчет критического числа оборотов вала, расчет цикла ГТУ.

Разработана схема комплексной автоматизации, предусматривающая контроль, защиту и регулирование параметров работы центробежного нагнетателя.

Проведено описание работы и эксплуатации компрессорной станции.

Содержание

Введение

1. Исходные данные для расчёта компрессорной станции

2. Газодинамический расчёт компрессора

2.1 Исходные данные

2.2 Расчёт ГПА

2.3 Треугольники скоростей для ступени в масштабе на входе и на выходе

3. Описание и принцип работы газоперекачивающего агрегата

3.1 Газоперекачивающий агрегат типа ГПА Ц-6,3 Б 56/1,45

3.2 Принцип работы

4. Автоматизация нагнетателей

4.1 Общие данные

4.2 Аварийные остановки со стравливанием и без стравливания

4.3 Расчет критических параметров

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Газовая промышленность – сравнительно молодая отрасль народного хозяйства, определяющая высокие темпы его развития, что обусловлено быстрым ростом потребления энергетических ресурсов, в которых одно из ведущих мест занимает природный газ.

Применение газа в народном хозяйстве осуществляется по следующим основным направлениям:

- технологическое использование газа;

- энергетическое использование в виде топлива;

- коммунально-бытовые нужды;

- переработка газа с целью производства жидких углеводородов, серы, метанола.

С использованием этого высококачественного энергоносителя и ценного химического сырья ныне выпускается 94,5% стали и чугуна, 65% цемента, 95% минеральных удобрений.

Развитие газовой промышленности в решающей степени зависит от дальнейшего технического её переоснащения.

Для успешного выполнения заданий по добыче и транспортировке газа необходимо ускоренное оснащение компрессорных станций новыми перекачивающими агрегатами повышенной единичной мощности (16 и 25 тыс. кВт), а также полнонапорными нагнетателями мощностью от 7 тыс. кВт до 10 тыс. кВт.

Резко возросшие в последнее время объёмы транспорта газа повысили требования к снижению удельных затрат на его транспортировку и к увеличению надёжности газопотребления. Известно, что потребление газа неравномерно как по сезонам, так и в течении суток. Отклонения режимов работы от проектных ведут к значительным перерасходам топливного газа.

Перемещаясь по газопроводу - от головного сооружения к месту потребления - газ преодолевает сопротивление движению из-за местных и линейных потерь. При этом давление газа падает. Вместе с уменьшением давления уменьшается и плотность газа, то есть в целом его весовой заряд. Исходя из технико-экономических условий расчёта, на газопроводах строятся линейные компрессорные станции, отстоящие друг от друга в среднем на 100 – 150 км.

Компрессорные станции – это сложные и крупные инженерные сооружения, обеспечивающие основные технологические процессы по подготовке и транспорту газа:

- очистка;

- осушка;

- сжатие;

- охлаждение.

На компрессорной станции имеется оборудование, обеспечивающее водоснабжение, энергоснабжение, маслоснабжение, вентиляционные установки, установки пожаротушения.

Различают компрессорные станции головные и промежуточные (линейные).

Головные компрессорные станции сооружают вначале газопровода. Они предназначены для приёма газа с месторождения, его очистки, осушки, повышения давления до расчётного или рабочего.

На линейной компрессорной станции, которая сооружается между начальной и конечной точками газопровода, поддерживается давление на участках газопровода между двумя станциями.

1. Исходные данные для расчёта компрессорной станции

1. Производительность ГКС - 892 ∙103 м3/сутки;

2. Давление всасывания (избыточное) - 3862 кПа;

3. Давление нагнетания (избыточное) - 5600 кПа;

4. Температура газа на входе - 288 К;

5. Мощность единичного агрегата - 6,3 МВт;

6. Суммарная мощность ГКС - 25,2 МВт;

7. Число агрегатов - 4;

8. Тип ГПА - Ц6,3Б/56-1,45.

2. Газодинамический расчёт компрессора

2.1 Исходные данные

2.1.1 Переменные исходные данные

Мощность на валу компрессора Nв = 6300 кВт

Начальное давление Pн = 3862 кПа

Начальная температура Tн = 288 К

Конечное давление Pк = 5600 кПа

Универсальная газовая постоянная R =501 Дж/кг*К

Производительность по всасыванию Vн=206,4 м3/мин

Показатель адиабаты сжатия k = 1,308

Политропический КПД ηпол = 0,83

Теплоёмкость газа ср = 2107 Дж/кг*К

Рабочее число оборотов ГТУ n = 8200 об/мин

Конструктивное соотношение ξ = 0,45

Коэффициент сжимаемости z = 0,92

2.1.2 Постоянные исходные данные

Коэффициент внутреннего трения βтр = 0,02

Коэффициент внутренних перетечек βпер = 0,02

Механический КПД ηмех = 0,98

Допустимое напряжение кручения вала τкр = 5 х 107 Н/м2

Максимально допустимая окружная скорость [U2] = 300 м/с

Скорость газа на входе в компрессор Cн = 20 м/с

Расчётная величина π = 3,14

Скорость газа на выходе из компрессора Cк = 20 м/с

Конструкторский угол на выходе из колеса β2л = 45°

Коэффициент расхода φ2ч = 0,24

Конструкторский угол на входе в колесо β1л = 32°

Толщина лопатки колеса δк = 0,005 м

Толщина лопатки диффузора δд = 0,01 м

Расчётное соотношение кс = 1,2

Конструктивное соотношение кд = 1,05

Угол установки лопатки диффузора на входе α4 = 40°

Густота решётки диффузора Ад = 2,2

2.2 Расчёт ГПА

2.2.1 Плотность газа в сечении Н-Н, кг/м3

(1)

где ρн – плотность газа в начальном сечении, кг/м3;

Pн – начальное давление, кПа;

R – газовая постоянная, Дж/кг*К;

Tн – температура газа, К;

z – коэффициент сжимаемости.

.

2.2.2 Массовый расход газа в компрессоре, кг/с

(2)

где G – массовый расход газа, кг/с;

Vн – производительность, м3/с.

2.2.3 Показатель сжатия:

(3)

где σ – показатель сжатия;

k – показатель адиабаты;

ηпол – политропический КПД.

2.2.4 Скорость газа в сечении 1-1, м/с:

C1 = 0,3 [U2], (4)

где C1 – скорость газа в сечении 1-1, м/с;

[U2] – максимальная окружная скорость, м/с

C1 = 0,3 · 300 = 90 м/с

2.2.5 Охлаждение газа во всасывающей камере, К:

(5)

где ΔTвс – охлаждение газа во всасывающей камере, К;

с1 – скорость газа, м/с

сн – скорость газа на входе в компрессор, м/с;

ср – теплоёмкость газа, Дж/кг*К.

2.2.6 Температура газа в сечении 1-1, К:

T1 = Tн – ΔTвс , (6)

где T1 – температура газа в сечении 1-1, К;

Тн – температура газа по начальным условиям, К;

ΔTвс – охлаждение газа во всасывающей камере, К.

Т1 = 288 – 1,827 =286,2 К.

2.2.7 Давление газа в сечении 1-1, кПа:

(7)

где P1 – давление газа в сечении 1-1, кПа;

Pн – давление газа по начальным условиям, кПа;

K – показатель адиабаты сжатия.

2.2.8 Температура в сечении к-к, К:

(8)

где Тк – температура газа в сечении к-к, К;

Pк – давление газа в сечении к-к, кПа;

σ – показатель сжатия.

2.2.9 Подогрев газа в компрессоре, К:

ΔТ = Тк – Т1, (9)

где ΔТ – подогрев газа в компрессоре.

ΔТ = 320,5 – 286,2 = 34,3 К.

2.2.10 Полная работа компрессора, Дж/кг:

(10)

где lпол – полная работа компрессора, Дж/кг;

σ – показатель сжатия;

R – газовая постоянная, Дж/кг*К.

2.2.11 Теоретический коэффициент закручивания:

, (11)

где φ2∞ - теоретический коэффициент закручивания;

φ2ч – коэффициент расхода;

β2л – конструкторский угол на выходе из колеса.

2.2.12 Число лопаток рабочего колеса:

(12)

2.2.13 Коэффициент циркуляции:

(13)

где μ – коэффициент циркуляции;

π – расчётная величина.

2.2.14 Газодинамический КПД:

(14)

где ηh – газодинамический КПД;

ηпол – политропический КПД;

βтр – коэффициент внутреннего трения;

βпер – коэффициент внутренних перетечек.

2.2.15 Коэффициент давления:

(15)

где ψ – коэффициент давления.

2.2.16 Максимальная работа ступени, Дж/кг:

(16)

где [lэф] – максимальная работа ступени, Дж/кг;

[U2] – максимально допустимая окружная скорость, м/с.

2.2.17 Расчётное число ступеней:

(17)

где i’ – расчётное число ступеней компрессора.

2.2.18 Действительное число ступеней:

Принимаем: i = 2.

2.2.19 Эффективная работа ступени, Дж/кг:

(18)

2.2.20 Плотность газа в сечении 1-1, кг/м3:

(19)

где ρ1 – плотность газа в сечении 1-1, кг/м3.

2.2.21 Плотность газа в сечении к-к, кг/м3:

(20)

где ρк – плотность газа в сечении к-к, кг/м3.

2.2.22 Коэффициент уменьшения объёмов в сечении 1-1:

(21)

где kV1 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 1-1;

ρн – плотность газа в сечении н-н, кг/м3.

2.2.23 Коэффициент уменьшения объёмов в сечении к-к:

(22)

где kVк – коэффициент уменьшения объёмов в сечении к-к;

ρн – плотность газа в сечении н-н, кг/м3.

2.2.24 Окружная скорость в сечении 2-2, м/с:

(23)

где U2 – окружная скорость в сечении 2-2, м/с.

2.2.25 Окружная скорость в сечении 1-1, м/с:

(24)

где U1 – окружная скорость в сечении 1-1, м/с

λ – конструктивное соотношение.

2.2.26 Диаметр колеса в сечении 2-2, м:

(25)

где Д2 – диаметр колеса в сечении 2-2, м;

n – частота вращения ротора об/мин.

2.2.27 Скорость газа в сечении 0-0, м/с:

(26)

где С0 – скорость газа в сечении 0-0, м/с;

kс – расчётное соотношение.

2.2.28 Диаметр покрывного диска, м:

(27)

где Д0 – диаметр покрывного диска, м;

ξ – конструктивное соотношение;

KV1 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 1-1.

2.2.29 Диаметр колеса в сечении 1-1, м:

Д1 = Д0 · KД , (28)

где Д1 – диаметр колеса в сечении 1-1, м;

KД – конструктивное соотношение.

Д1 = 0,448 · 1,05 = 0,471, м.

2.2.30 Радиальная скорость в сечении 1-1, м/с:

С1r = U1 · tg β1n , (29)

где С1r – радиальная скорость в сечении 1-1, м/с;

U1 – окружная скорость в сечении 1-1, м/с.

С1r = 143,5 · tg 32є =89,7 м/с.

2.2.31 Погрешность в определении абсолютной скорости в сечении 1-1:

(30)

2.2.32 Относительная скорость в сечении 1-1, м/с:

(31)

где W1 – относительная скорость в сечении 1-1, м/с;

β1л – конструкторский угол на входе в колесо.

2.2.33 Скорость звука в сечении 1-1, м/с:

(32)

где a1 –скорость звука в сечении 1-1, м/с;

k – показатель адиабаты сжатия;

T1 – температура газа в сечении 1-1, К.

2.2.34 Число Маха в сечении 1-1:

(33)

где МW1 – число Маха в сечении 1-1.

2.2.35 Момент кручения на валу ротора, Н∙м:

(34)

где Мкр – момент кручения на валу ротора, Нм;

Nв – мощность на валу компрессора, кВт;

N – частота вращения ротора, 1/мин.

2.2.36 Минимальный диаметр вала, м:

(35)

где dmin – минимальный диаметра вала, м;

τкр – допустимое напряжение кручения вала, Н/м2.

2.2.37 Диаметр втулки колеса в сечении 0-0, м:

d0 = ξ · Д0 (36)

где d0 – диаметр втулки колеса в сечении 0-0, м;

ξ – конструктивное соотношение.

d0 = 0,45 · 0,448 = 0,202 м.

2.2.38 Средний диаметр вала, м:

dв = d0 – 0,02, (37)

где dв – средний диаметр вала, м.

dв = 0,202 – 0,02 = 0,182 м.

2.2.39 Первое критическое число оборотов, 1/мин:

(38)

где nкр1 – первое критическое число оборотов, 1/мин;

i – действительное число ступеней компрессора;

Д2 – диаметр колеса в сечении 2-2, м.

2.2.40 Первое относительное число оборотов ротора, 1/мин:

(39)

где n1 - первое относительное число оборотов ротора, 1/мин:

2.2.41 Второе критическое число оборотов ротора, 1/мин:

nкр2 = 3,8 · nкр1 , (40)

nкр2 = 3,8 · 10880 = 41340, 1/мин.

2.2.42 Второе относительное число оборотов ротора, 1/мин:

(41)

2.2.43 Коэффициент загромождения сечения:

(42)

где τ1 – коэффициент загромождения сечения;

δk – толщина лопатки колеса, м;

zk – число лопаток рабочего колеса.

2.2.44 Ширина колеса в сечении 1-1, м:

(43)

где в1 - ширина колеса в сечении 1-1, м;

C1r – радиальная скорость в сечении 1-1, м/с

KV1 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 1-1.

2.2.45 Радиальная скорость в сечении 2-2, м/с:

C2r = φ2r · U2 , (44)

где C2r – радиальная скорость в сечении 2-2, м/с;

φ2r – коэффициент расхода.

C2r = 0,24 · 239,2 = 57,42 м/с.

2.2.46 Окружная составляющая абсолютной скорости в сечении 2-2, м/с:

C2u = μ · φ2∞ · U2, (45)

где C2u – окружная составляющая скорости в сечении 2-2, м/с;

μ – коэффициент циркуляции;

φ2∞ - теоретический коэффициент закручивания.

C2u = 0,838 · 0,76 · 239,2 = 152,3 м/с.

2.2.47 Абсолютная скорость газа в сечении 2-2, м/с:

(46)

2.2.48 Расчётный угол в сечении 2-2, рад:

(47)

2.2.49 Статическая работа ступени, Дж/кг:

(48)

где lст – статическая работа ступени, Дж/кг;

lэф – эффективная работа, Дж/кг;

ηпол – политропический КПД.

2.2.50 Подогрев газа на участке Н-2, К:

(49)

где ΔTH-2 – подогрев газа на участке Н-2, К;

k – показатель адиабаты сжатия.

2.2.51 Коэффициент уменьшения объёмов в сечении 2-2:

(50)

где KV2 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 2-2;

σ – показатель сжатия.

2.2.52 Коэффициент загромождения сечения 2-2:

(51)

где τ2 – коэффициент загромождения сечения 2-2;

δk – толщина лопатки колеса.

2.2.53 Ширина колеса в сечении 2-2, м:

(52)

где b2 – ширина колеса в сечении 2-2, м;

KV2 – коэффициент уменьшения объёмов в сечении 2-2.

2.2.54 Относительная ширина колеса в сечении 2-2, м:

(53)

0,02 ≤ b2 ≤ 0,08.

2.2.55 Радиус кривизны лопатки колеса

(54)

где Bk – радиус кривизны лопатки колеса, м;

β2л – конструкторский угол на выходе из колеса;

β1л – конструкторский угол на входе в колесо.

2.2.56 Радиус начальной окружности лопатки колеса, м:

(55)

где Rk – радиус начальной окружности лопатки колеса, м.