Исходные понятия и определения

ВВЕДЕНИЕ

Развитие газовой и ряда смежных отраслей промышленности сегод­ня в значительной степени зависит от дальнейшего совершенствования эксплуатации и обслуживания систем трубопроводного транспорта при­родных газов из отдаленных и порой слабо освоенных регионов в про­мышленные и центральные районы страны.

Оптимальный режим эксплуатации магистральных газопроводов заключается прежде всего в максимальном использовании их пропуск­ной способности при минимальных энергозатратах на компремирова-ние и транспортировку газа по газопроводу. В значительной степени этот режим определяется работой компрессорных станций (КС), уста­навливаемых по трассе газопровода, как правило, через каждые 100— 150 км. Длина участков газопровода между КС рассчитывается, с од­ной стороны, исхода из величины падения давления газа на данном уча­стке трассы, а с другой—исходя из привязки станции к населенным пун­ктам, источникам водоснабжения, электроэнергии и т.п.

Оптимальный режим работы компрессорных станций в значитель­ной степени зависит от типа и числа газоперекачивающих агрегатов (ГПА), установленных на станции, их энергетических показателей и тех­нологических режимов работы.

Основными типами ГПА на КС в настоящее время являются: агре­гаты с приводом от газотурбинных установок (ГТУ), электропривод­ные агрегаты и поршневые газомотокомпрессоры. Особенности рабо­ты газотурбинного привода в наилучшей степени, среди отмеченных типов ГПА, отвечают требованиям эксплуатации газотранспортных систем: высокая единичная мощность (от 6 до 25 МВт), небольшая от­носительная масса, блочно-комплектная конструкция, высокий уро­вень автоматизации и надежности, автономность привода и работа его на перекачиваемом газе. Именно поэтому этот вид привода получил наибольшее распространение на газопроводах (свыше 85% общей ус­тановленной на КС мощности агрегатов). Остальное приходится на электрический и поршневой виды привода. Именно поэтому в настоя­щей работе автор, исходя из опыта своей практики, основное внима­ние уделил рассмотрению особенностей использования на КС газотур­бинного вида привода.

В связи с непрерывным ростом стоимости энергоресурсов в стране, увеличением себестоимости транспорта газа, невозобновляемостыо его природных ресурсов, важнейшими направлениями работ в области тру­бопроводного транспорта газов следует считать разработки, направ­ленные на снижение и экономию энергозатрат.

Решение этой важнейшей для отрасли задачи возможно как за счет внедрения газоперекачивающих агрегатов нового поколения с КПД 34—36% взамен устаревших и выработавших свой моторесурс, так и за счет повышения эффективности эксплуатации установленных на КС различных типов ГПА. Повышение эффективности эксплуатации газо­перекачивающих агрегатов неразрывно связно с обеспечением необхо­димой энергосберегающей технологи транспорта газа, диагностирова­нием установленного энергомеханического оборудования ГПА, выбо­ром оптимальных режимов его работы, дальнейшим ростом общей тех­нической культуры эксплуатации газопроводных систем в целом.

Мощная и разветвленная сеть магистральных газопроводов с тыся­чами установленных на них газоперекачивающих агрегатов, многие из которых уже выработали свой моторесурс, обязывают эксплуатацион­ный персонал компрессорных цехов и производственных предприятий по обслуживанию газопроводов детально знать технику и технологию транспорта газов, изучать опыт эксплуатации и на основе этого обеспе­чить прежде всего работоспособность и эффективность эксплуатации установленного энергомеханического оборудования КС.

Поэтому при написании настоящей книги автор стремился на основе своего опыта работы, показать технологию транспорта газа с описани­ем оборудования современных компрессорных станций и режимов ра­боты установленных на них ГПА, предложить инженерные решения, направленные на повышение эффективности эксплуатации газоперека­чивающих агрегатов.

Приведенные схемы решения типовых задач эксплуатации ГПА на газопроводах, по мнению автора, в значительной степени помогут эксп­луатационному персоналу использовать предлагаемый материал книги в своей повседневной работе и повысить эффективность использования установленного силового оборудования.

Для решения разного рода задач при проведении инженерных расче­тов на практике часто приходится применять законы как идеальных, так и реальных газов, пользоваться понятиями и определениями термо­динамики. Этим и объясняется введение в книгу раздела, посвященного рассмотрению термодинамических характеристик природных газов и описанию их основных свойств.

Автор выражает искреннюю признательность инженерам предприя­тия «Мострансгаз»: Н.В. Дашунину, А.Н. Клименко, А.С. Вербило, Б.М. Буховцеву и О.Н. Уперенко за ценные замечания и помощь при написании данной книги.

Глава 1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ

Исходные понятия и определения

Современный уровень решения целого ряда технологических задач, по эксплуатации и обслуживанию энергопривода компрессорных стан­ций магистральных газопроводов связан с использованием законов как идеальных, так и реальных газов. В связи с этим специалистам газо­транспортных предприятий, использующих те или иные методы тепло­вых расчетов, связанных с определением характеристик оборудования компрессорных станций (КС), прежде всего необходимо четко усвоить основные понятия и определения природных газов, знать границы при­меняемости законов идеальных газов, уметь определять теплофизичес-кие свойства природных газов.

В зависимости от способа получения и физико-химических свойств все газы условно можно разделить на природные и искусственные. При­родный газ в настоящее время является основным видом топлива в сис­теме городов и поселков, ценным сырьем для химической промышлен­ности. Различают три основных группы природных газов:

газы, получаемые из чисто газовых месторождений (сухие газы); со­стоят в основном из метана СН₄ до 98%;

газы, получаемые из газоконденсатных месторождений; состоят из сухого газа и примеси конденсата (бензина, лигроина, керосина);

попутные газы, получаемые из скважин нефтяных месторождений вместе с нефтью, состоят из смеси газов с газовым бензином и пропан -бутановой фракции.

Искусственный газ получают в результате термической обработки твердых и жидких топлив, а также подземной газификации углей. Ос­новной состав этих газов — окись углерода, водород и азот.

Состояние любого газа принято характеризовать величинами, кото­рые называются параметрами состояния. Наиболее распространенны­ми параметрами состояния являются: плотность, давление, температу­ра. Кроме того, широко используются такие понятия, как масса, тепло­емкость, работа, теплота, энтальпия, энтропия и т.д.

Масса газа. (G) характеризует свойство его инертности, т.е. свой­ство сохранять приобретенное движение или состояние покоя. Масса газа измеряется в килограммах.

Плотность газа принято определять как отношение массы газа G к его объему Кили массу газа, содержащуюся в единице его объема:

р = G/V.

Плотность газа измеряется в кг/м³ или в г/см³. При решении целого ряда задач трубопроводного транспорта природных газов пользуются понятием относительной плотности газа, т.е. отношением плотности газа

к плотности сухого воздуха р при одних и тех же условиях:

В

^А=р_г/р,-

Плотность газа при 0°С и атмосферном давлении может быть опреде­лена по его мольной массе |i:

_r = W/22,41,

где 22,41 -объем одного киломоля любого газа при 0°С и атмосфер­ном давлении, м³.

Киломоль это количество вещества в килограммах, численно рав­ное его мольной массе. Так, например, киломоль кислорода О₂ равен 32 кг, киломоль углекислого газа СО₂ — 44 кг и т.д. (1 киломоль = 1000 моль).

При решении задач трубопроводного транспорта газов часто при­ходится иметь дело с изменением плотности газа в результате его сжа­тия, нагревания, охлаждения и т.д. При этом масса газа G, естественно, остается постоянной, а плотность изменяется только в связи с изменени­ем объема газа V. В этом случае удобнее бывает оперировать с понятием удельного объема газа v - величины, обратной плотности газа:

v= V/G-l/p_r.

Давление принято определять как отношение силы, действующей перпендикулярно к поверхности тела, на единицу этой поверхности:

(1.5)

где F - сила, действующая по нормали к поверхности тела;/- пло­щадь поверхности тела, перпендикулярная к действующей силе.

Если силу F_n, приложенную к поверхности тела, измерять в ньюто­нах (Н), а площадь поверхности/- в квадратных метрах (м ), то едини­цей давления будет ньютон на квадратный метр (Н/м ). Эта единица давления называется Паскалем ( Па). Наряду с паскалем, в практике проведения расчетов употребляются и более крупные единицы - кило-паскаль (кПа), равный 1000 Па, и мегапаскаль (МПа), равный 10⁶ Па.

Давление жидкостей и газов измеряют приборами барометрическо­го типа для определения абсолютного давления Р или приборами мано­метрического типа Р_т для определения избыточного давления. Абсо­лютное давление, например, в резервуарах, трубопроводах и т.п. будет определяться как сумма манометрического давления Р_т и абсолютного давления окружающей среды Р_о, измеренного, например, барометром:

р-р

Если приборы манометрического типа используются для измерения разрежения в сосудах, то их называют вакууметрами. Абсолютное дав­ление газа в этом случае определяется соотношением:

Р = Р₉ + Р„ (1.7)

где Р - разность давления окружающей среды и давления в сосуде, называемая разрежением и измеряемая вакуумметром.

Следует хорошо помнить, что во все расчетные соотношения входят только значения абсолютных давлений газа и жидкости Р.

Температура является важнейшим термодинамическим параметром, определяющим состояние газа, степень его нагретости. В инженерной практике при измерении температуры газа используются две темпера­турные шкалы: шкала Цельсия и шкала Кельвина. Показания темпера­туры в градусах Кельвина больше температуры, измеренной в градусах Цельсия, на 273,16 градуса. Так, например, если газ имеет температуру t = 20 °С, то его абсолютная температура будет Т= 273,16 + 20 = 293,16 К и т.д.

Работа в обычном определении механики—это произведение силы F, действующей в направлении движения, на путь перемещения тела (газа). В условиях перемещения газа в газопроводах, работа газопере-качивающих агрегатов (ГПА) идет на изменение его кинетической энер­гии, изменение положения центра тяжести потока и преодоление сил тре­ния газа о стенки трубопровода:

(1.8)

где С, и С₂ - линейные скорости газа в соответствующих сечениях 1 и 2; g - ускорение свободного падения; z. - расположение рассматриваемой точки газопровода по высоте; со, ** - удельная работа трения.

В технических расчетах транспорта газа и определении показателей газоперекачивающих агрегатов важное значение имеет понятие термо­динамического процесса. Под термодинамическим процессом принято понимать любое изменение состояния тела. При этом процесс может оп­ределяться условием о постоянном значении какого-либо параметра газа (например, Р= const, t = const и т.п.) или условием о равенстве нулю какого-либо эффекта в процессе (например, равенство нулю теплообме­на в процессе работы и т.п.). Часто пользуются обобщенным понятием процесса, называя его в этом случае политропным процессом. Полит-ропный процесс - где одновременно могут изменяться все параметры тела (давление, объем, температура), осуществляться подвод или отвод теплоты и т.п.

Массовым расходом .газа называется масса газа, проходящая через поперечное сечение трубы в единицу времени (кг/с):

т = G/t,

где G - масса газа (за время t); t - время, в течение которого через данное сечение проходит газ. Отсюда возникает понятие массовой ско­рости потока, определяемой как количество газа, проходящего через единицу поперечного сечения газопровода в единицу времени (кг/м²с):

u = mIF,

где т - массовый расход газа; F- площадь поперечного сечения газо­провода.

Объемным расходом_газа называется количество газа в единицах объема, проходящего через сечение газопровода в единицу времени (м³/с):

Q=v/t, (i.ii)

где V- объем газа, м ; t - время, в течение которого через рассматри­ваемое сечение проходит объем газа.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: