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_ср = 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; f₁ - 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,

= 2×1g [d_в/(2×σ) + 1,74], (5.14)

где σ – высота выступов шероховатости, м.

11. Определение потерь давления газа в АВО

DP = , (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 - DР. (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 = (n₂×T_в22 + n₁×T_в21 + n₀×T_в20)/n.

Если количество работающих вентиляторов k_р на всех АВО меньше или равно количеству установленных секций АВО, n (k_р ≤ n), тогда n₂ = 0, n₁ = k_р, n₀ = n – k_р, иначе n₂ = k_р – n, n₁ = 2×n – k_р, n₀ = 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_ср² – 0,01435× ×Р_ср²×Т_ср + 0,02147×10^-3×(Р_ср×Т_ср)² – 0,04412×10^-3×Р_ср×Т_ср²). (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 V₁ – 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 = k₁×k×F× ×Е_t,

19. Определение суммарного теплообмена совершаемого в АВО

Q_сум = n₂×Q_аво+k_А1×n₁×Q_аво+ k_А0×n₀ ×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 |t₂, t₂-h| пополам и повторяем расчет сначала при температуре t₂₁= t₂ + h/2 и так далее пока не выполнится условие | t₂₁ – t₂ |< 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