Курсовая работа: Центробежные компрессоры Березанской КС
Курсовая работа: 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 32º =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;
Страницы: 1, 2
|