Оптимизация работы аппаратов воздушного охлаждения газа

На КС магистральных газопроводов

Критерием оптимизации является минимум энергозатрат на охлаждение газа в АВО для достижения требуемых температур газа после компрессорной станции.

В процессе эксплуатации происходит ухудшение технического состояния АВО газа в результате загрязнений внутренних и наружных поверхностей теплообменных труб, повреждения оребрения, отглушения части труб из-за не герметичности по газу, нарушение регулировок угла атаки лопастей вентиляторов, что приводит к существенным проблемам, связанным с недоохлаждением газа после КС. Кроме того, происходит повышенный расход электроэнергии, затрачиваемой на привод вентиляторов, чья эффективность является недостаточной. В связи с этим появляется необходимость проведения расчетов, которые бы дали оценку эффективности работы АВО газа. Если эти расчеты покажут, что АВО газа на КС работают недостаточно эффективно, то надо провести соответствующие мероприятия для повышения их эффективности.

Эффективность АВО газа может быть восстановлена промывкой внутренних и наружных поверхностей теплообменных труб, регулировкой углов атаки вентиляторов, устранением протечек газа через теплообменные трубки.

Анализ работы вентиляторов АВО газа

На компрессорной станции

Входная информация

Входная информация делится на нормативно – справочную и оперативно – входную информацию.

Нормативно – справочная информация

К нормативно – справочной информации относятся характеристики и расчетные коэффициенты для каждого типа АВО.

Оперативно – входная информация

Оперативно – входной информацией для анализа оптимальности работы вентиляторов АВО газа на компрессорной станции являются данные о типе оборудования, работе АВО, полученные с помощью штатной контрольно-измерительной аппаратуры, содержащие следующие данные:

ü наименование компрессорной станции;

ü номер цеха;

ü тип АВО газа;

ü количество установленных секций АВО, п;

ü объем перекачиваемого газа за сутки, V, м³;

ü температура газа на выходе КС до АВО газа, t₁, ^оС;

ü температура газа на выходе КС после АВО газа, t₂, ^оС;

ü температура наружного воздуха, Т₁, ^оС.

8.5.1.1. Расчет оптимального количества работающих

вентиляторов АВО газа

Основное уравнение теплопередачи, осуществляемой в АВО газа компрессорного цеха:

Q = r_o× V/(24× 3600)× C_p× (t₁-t₂),

где Q – тепло, участвующие в теплообмене, Вт; r_о – плотность перекачиваемого газа, кг/м³; V – среднесуточная производительность газопровода, м³/сут; С_р – теплоемкость газа, Дж/кг× ^оС; t₁ – температура газа на выходе КС до АВО газа, ^оС; t₂ – температура газа на выходе КС после АВО газа, ^оС.

Возможность теплообмена 1 секции АВО газа

Q_аво = К₁× К× F× ,

где Q_аво – тепло, которое может снят 1 секция АВО, Вт; К₁ – коэффициент нормативного ухудшения технического состояния АВО за период эксплуатации; К – коэффициент теплопередачи данного типа АВО, Дж/кг× ^оС; F – площадь оребренной поверхности теплообмена, м²; – среднелогарифмическая разность температур.

Среднелогарифмическая разность температур

= ( – )/LN ( / )× Et;

= t₁ – T₂_;

= t₂ – T₁_,

где Т₁ – температура наружного воздуха, ^оС; Т₂ – температура воздуха за АВО, ^оС.

Температура воздуха за АВО

Т₂ = Т₁+Q/(n× G_в× С_рв),

где n – количество установленных секций АВО газа на КЦ, шт; G_в – расход воздуха через 1 АВО, кг/сек; С_рв – теплоемкость воздуха, Дж/кг× ^оС.

Поправочный коэффициент на перекрестность потоков в теплообменнике

E_t = 1– 0, 022× EXP(t₁– t₂/t₁– T₁).

Оптимальное количество работающих секций АВО.

Определяется из соотношения:

n_аво = Q/Q_аво;

n_вент = 2× n_аво,

где n_аво – количество предварительно рассчитанных работающих секций АВО газа; n_вент – количество предварительно рассчитанных работающих вентиляторов АВО газа.

Распределение предварительно рассчитанных вентиляторов.

Если число предварительно рассчитанных вентиляторов превышает количество секций АВО газа (или половину от установленных вентиляторов), то тогда можно принять, что:

количество секций с 2-мя работающими вентиляторами равно

n₂ = (n_вент – n),

где n₂ – количество секций с 2-мя работающими вентиляторами; n – количество установленных секций АВО газа;

количество секций с 1-м работающими вентиляторами равно

n₁ = (n/2 – n),

где n₁ – количество секций с 1-мя работающими вентиляторами;

секций с неработающими вентиляторами нет

n₀ = 0,

где n₀ – количество секций с неработающими вентиляторами.

Если число предварительно рассчитанных вентиляторов меньше количества секции АВО газа (или половины от установленных вентиляторов), то тогда можно принять, что:

секции с 2-мя работающими вентиляторами нет

n₂ = 0;

количество секций с 1-м работающими вентиляторами равно

n₁ = n_вент;

количество секций с неработающими вентиляторами равно

n₀ = (n – n_вент).

Суммарный теплообмен, совершаемый в АВО предварительно рассчитанными вентиляторами АВО газа

Q_сум = n₂ × Q_аво+2/3 × n₁× Q_аво+2/9 × n₀× Q_аво.

Данное уравнение выводится исходя из того факта, что эффективность секции АВО с одним работающим вентилятором составляет 2/3 от эффективности секции АВО с обоими включенными вентиляторами при том же самом расходе газа и температурах газа и воздуха, а в режиме естественной конвекции 2/9.

Количество вентиляторов, которые можно отключить из-за воздействия естественной конвекции.

Суммарный теплообмен, полученный при включении предварительно рассчитанных вентиляторов и учитывающий естественную конвекцию от не включенных вентиляторов, превышает необходимый теплообмен, который нужно совершить. Поэтому, некоторое количество предварительно рассчитанных вентиляторов можно отключить.

Если число предварительно рассчитанных вентиляторов превышает количество секций АВО газа (или половину от установленных вентиляторов), то

n_откл =(Q_сум – Q)/(1/3× Q_аво).

Если число предварительно рассчитанных вентиляторов меньше количество секций АВО газа (или половину от установленных вентиляторов), то

n_откл =(Q_сум – Q)/(4/9× Q_аво).

Количество работающих вентиляторов с учетом естественной конвекции

n_раб = n_вент – n_откл.

После определения количества работающих вентиляторов с учетом естественной конвекции, необходимо пересчитать температуру воздуха за АВО (Т₂)

Т₂ = (n_раб× Т₂+(2× n – n_раб)× Т₁)/2n.

Для проверки расчета необходимого количества работающих вентиляторов, нужно сделать проверочный расчет с пересчитанной температурой воздуха за АВО. Если вновь полученное количество работающих вентиляторов с учетом естественной конвекции равно рассчитанному предварительно, то расчет закончен. Если же нет, нужно снова сделать расчет количества работающих вентиляторов с учетом естественной конвекции и произвести сравнение с полученным ранее.

Сравнение полученного значения оптимального количества работающих вентиляторов n_раб с фактическим количеством работающих вентиляторов

dn = n_факт – n_раб,

где n_факт – фактическое количество работающих вентиляторов АВО.

Если dn больше 5, это показатель того, что АВО нуждается в мерах по повышению его технического состояния.

8.5.1.2. Расчет эффективности теплопередачи

Другим критерием эффективности теплопередачи может стать отношение фактического коэффициента теплопередачи к его проектному значению.

Основное уравнение теплопередачи, осуществляемое в АВО газа компрессорного цеха

Q = r_o× V/(24× 3600)× C_p× (t₁ – t₂), Вт

где Q – тепло, участвующие в теплообмене, Вт; r_о – плотность перекачиваемого газа, кг/м³; V – среднесуточная производительность газопровода, м³/сут; С_р – теплоемкость газа, Дж/кг× ^оС; t_ср – средняя температура перекачиваемого газа, ^оС

t_ср = (t₁ + t₂)/2,

t₁ – температура газа после нагнетателей ГПА, ^оС; t₂ – температура газа за АВО, ^оС.

Уравнение теплопередачи, выражение через фактический коэффициент теплопередачи

Q = n_факт× K_факт× F/2× +n_выкл× K_факт× F/6× ,

где n_факт – количество работающих вентиляторов АВО газа на КЦ, шт; n_выкл – количество выключенных вентиляторов АВО газа на КЦ, шт; К_факт – фактический коэффициент теплопередачи данных типа АВО, Дж/кг× ^оС; F – площадь оребренной поверхности теплообмена, м²; – среднелогарифмическая разность температур.

Среднелогарифмическая разность температур

= ( – )/LN ( / )× E_t;

= t₁ – T₂;

= t₂ – T₁,

где Т₁ – температура наружного воздуха, ^оС; Т₂ – температура воздуха за АВО, ^оС.

Поправочный коэффициент на перекрестность потоков в теплообменнике

E_t = 1 – 0, 022× EXP(t₁ – t₂/t₁ – T₁)

Температура воздуха за АВО.

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒