Нагнетатели природного газа и их характеристики

Нагнетателями природных газов принято называть лопаточные компрессорные машины с соотношением давления сжатия свыше 1,1 и не имеющих специальных устройств для охлаждения газа в процессе его сжатия.

Все нагнетатели природного газа условно делятся на два класса: неполнонапорные (одноступенчатые) и полнонапорные [8].

Первые, имеющие степень сжатия в одном нагнетателе 1,25-1,27 используются, как отмечалось выше, при последовательной схеме компремирования газа на КС (Рис. 5. 3), вторые – полнонапорные, имеющие степень сжатия 1,45-1,51, используются при коллекторной схеме обвязки компрессорной станции.

Важной характеристикой нагнетателя является его производительность. Применительно к газопроводу различают объемную Q, м³/мин., массовую G, кг/ч. и коммерческую подачу газа Q_к , млн. нм³/сут. Перевод одних величин в другие осуществляется с использованием уравнения Клапейрона с поправкой на сжимаемость газа z, pv = zRT. При использовании G кг газа применяется уравнение Клапейрона-Менделеева также с использованием поправки на сжимаемость газа z, pQ = GzRT, где Q – объемная подача газа, G – массовая подача, характеризующая количество газа, протекающее в единицу времени через сечение всасывающего патрубка. Коммерческая подача Q_к определяется по параметрам состояния во всасывающем патрубке, приведенным к нормальным физическим условиям (t = 20 ⁰C ; p = 0,101 МПа). Для определения коммерческой подачи используется уравнение Клапейрона для «стандартных» условий: р₀v₀ = RT₀ ; Q_k = G/r₀ ; r₀ = p₀ /RT₀.

Каждый тип нагнетателя определяется своей характеристикой, которая строится при его натурных испытаниях. Под характеристикой нагнетателя принято понимать зависимость степени сжатия e, политропического КПД (h_пол.) и удельной приведенной мощности (N_i / r_н)пр. от приведенного объемного расхода газа Q_пр. Строятся такие характеристики для заданного значения газовой постоянной R_пр., коэффициента сжимаемости z_пр., показателя политропы, принятой расчетной температуры газа на входе в нагнетатель Т_в в заданном диапазоне изменения приведенной относительной частоты вращения вала нагнетателя (n/n_0)пр.

Характеристики некоторых типов центробежных нагнетателей, используемых на газопроводах, приведены в табл. 5.3 [12].

Таблица 5.3

Характеристики центробежных нагнетателей для

транспорта природных газов

Пользуются характеристиками нагнетателей следующим образом. Зная фактические значения величин R, z, T_B , n для данных условий, по соотношению 5.1 определяют приведенную относительную частоту вращения нагнетателя (n/n_0)пр. По известной степени сжатия с использованием характеристики нагнетателя находят объемный расход газа Q₀, а по соотношению 5,2 определяется приведенный объемный расход газа Q_пр.. По соответствующим кривым характеристики нагнетателя определяется политропический КПД h_пол. и приведенная внутренняя мощность нагнетателя N_i /r_B)пр.:

(5.1)

Q_пр. = Q₀ (5.2)

Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем, определяется соотношением:

N_i = (5.3)

В соотношениях 5.1-5.3 индексом «0» отмечен номинальный режим работы нагнетателя; индексом «в» – отмечены параметры газа на входе в нагнетатель. Плотность газа на входе в нагнетатель r_в , кг/м³ определяется по соотношению:

(5.4)

где р_в , Т – соответственно абсолютное давление газа на входе в нагнетатель (р_в , МПа ₎ и абсолютная температура газа на линии всасывания, К.

Эффективная (фактическая) мощность на муфте энергопривода, кВт; N_e= N_i + N_мех. , где N_мех. – механические потери; для газотурбинного привода N_мех. = 100 кВт.

Расчетный рабочий расход газа Q_пр. для нагнетателей должен быть примерно на 10-12% больше крайних левых значений расхода на его характеристике, соответствующего условиям начала срыва потока газа по нагнетателю (зоне помпажа). На Рис. 5. 4 этому режиму соответствует подача газа на уровне примерно 360 м³/мин.

Наличие надежных приведенных характеристик при эксплуатации газотурбинного привода позволяет обслуживающему персоналу определять характеристики работающих агрегатов и выбирать наилучший режим их работы в зависимости от конкретных условий.

При проведении инженерных расчетов, в целом ряде случаев удобно применение и ряда других характеристик нагнетателей, производных от паспортных, например:

Приведенная разность энтальпии газа:

(5.5)

Приведенная удельная потенциальная работа:

(5.6)

Показатель политропного процесса сжатия газа:

m = (5.7)

Политропный (фактический) КПД нагнетателя определяется из сопоставлений соотношений (5.5 и 5.6):

(5.8)

Следует отметить, что в эксплуатационных условиях (из-за значительного износа проточной части нагнетателя) практически всегда имеется весьма заметный сдвиг этой характеристики по сравнению с ее паспортным значением.