5.7 Основи термодинамічного розрахунку нафтопромислового компресора

Термодинамічний розрахунок проводиться з метою визначення або уточнення основних параметрів компресора. Як правило, він проводиться в два етапи: попередній і перевірочний розрахунок.

Попередній термодинамічний розрахунок виконують на початковій стадії проектування. В ньому вибирають схему компресора, знаходять поршневу силу, визначають допустиму частоту обертання, хід поршня, діаметр циліндрів і штоків, потужність. При попередньому розрахунку деякі величини на можуть бути вибрані точно, а тому приймаються приблизно (наприклад, відносний шкідливий простір, втрати енергії в клапанах, комунікаціях тощо).

При перевірочному розрахунку знаходять міжступеневі тиски, температуру в кінці циклу стиснення в кожній ступені, продуктивність компресора, його потужність. Перевірочний розрахунок завершує проект і являється його обов’язковою частиною. Наведемо приклад виконання попереднього термодинамічного розрахунку

Завдання. Розрахувати компресор продуктивністю 10 м³/хв = 0,167 м³/с, призначений для стиснення природного газу від атмосферного тиску до 0,8 МПа. Склад газу по об’єму: 65% СН₄ (метан); 28% С₂Н₆ (етан); 7% С₃Н₈ (пропан). Температура газу, який поступає в компресор, літом плюс 20 С, взимку – мінус 5 С. Відносна вологість газу літом і взимку . Температура охолоджуючої води літом плюс 25 С , взимку – плюс 15 С. Привод компресора від синхронного електродвигуна.

Попередній термодинамічний розрахунок.

Розрахунок компресора проводимо за літніми умовами роботи, враховуючи більш важкий режим температур.

1 Вибір числа ступеней

Відношення тисків у компресорі

.

Приймаємо двоступеневий компресор.

2 Розподіл тисків по ступенях

Відношення тисків в кожній ступені вигідно приймати рівними між собою, а тому

,

де Z – число ступеней стиснення.

І ступінь: МПа (за вихідними даними);

МПа.

ІІ ступінь

МПа;

МПа.

3 Показник адіабати і газова постійна суміші

Показник адіабати суміші визначаємо із виразу

,

де – показник адіабати суміші;

– об’ємна доля і-компоненту в суміші;

– показник адіабати і-компоненту (вибираємо із таблиць).

;

.

Газову постійну визначаємо з формули

,

де – об’ємна доля і-компоненту в суміші;

– молекулярна маса і-компоненту.

.

4 Визначення температур по ступенях

За завданням літом температура газу, який поступає в І ступінь компресора, +20 С і початкова температура води +25 С. Враховуючи неповне охолодження газу в проміжному холодильнику, приймемо температуру газу на вході другої ступені +27 С, тобто на +2 С вищою від температури охолоджуючої води.

Температуру газу в кінці циклу стиснення визначаємо за формулою

;

С;

С.

Температури газу в кінці циклу стиснення знаходяться в допустимих межах (  С).

5 Вибір типу і схеми компресора

Приймаємо схему однорядного кутового компресора з циліндрами двосторонньої дії з вертикальним – більшого розміру і горизонтальним – меншого діаметру (рис. 5.9).

При виборі схеми компресора враховують складність і форму комунікацій, способи герметизації поршнів, штоків тощо.

D₁ = 305мм

D₂ = 190мм

d = 60мм

Рисунок 5.9 – Схема прийнятого компресора