3.3 Определение технического состояния центробежных нагнетателей
Паспортные
характеристики нагнетателей представляют
собой, как отмечалось выше, зависимости
приведенной внутренней мощности
,
политропического КПД
и степени сжатия
от приведенной объемной подачи газа
.
Практика
эксплуатации нагнетателей показывает,
что в эксплуатационных условиях
происходит сдвиг главным образом
характеристик
и
.
Особенно заметный сдвиг имеет
характеристика
,
которую и следует выбирать за основную
при оценке технического состояния
нагнетателя. Практически отсутствует
сдвиг характеристики
.
В расчетной практике по определению показателей нагнетателя во многих случаях удобно использование и ряда других характеристик, получаемых на основе паспортных данных [5]. К таким характеристикам следует отнести:
1. Приведенную разность энтальпии газа
,
кВт/(кг/мин); (3.7)
2. Приведенную удельную потенциальную работу сжатия газа
,
кдж/кг; (3.8)
3. Разность температуры газа
,
где
. (3.9)
Учитывая
относительную стабильность характеристики
,
можно утверждать, что коэффициенты
сдвига характеристик
и
практически одинаковы между собой и
численно равны единице [12], т.е. характеризуют
отсутствие сдвига. Коэффициенты сдвига
характеристик
и
практически также равны между собой,
но численно меньше единицы.
Основными причинами ухудшения технического состояния нагнетателя (уменьшение КПД и увеличение потребляемой мощности) являются следующие:
- эрозионный износ рабочих колес (70%);
- увеличение зазоров в уплотнениях покрывающего диска (20%);
- эрозионный износ лопаточных диффузоров и загрязнение проточной части (10%).
При уменьшении политропического КПД нагнетателя обеспечение постоянства выходных параметров (напора и расхода ) сопровождается пропорциональным увеличением потребляемой мощности. Как показывает практика, снижение в процессе эксплуатации может достигать 10% по абсолютной величине, что вызывает необходимость вести постоянный контроль за состоянием нагнетателя, особенно после проведения капитального ремонта.
Для
определения коэффициента технического
состояния нагнетателя необходимо, как
показано выше, фактический КПД соотнести
с паспортным (или исходным) при одинаковом
расходе газа (
=
idem), хотя более правильно определять
этот коэффициент, как отношение оптимумов
КПД на фактической и паспортной (исходной)
характеристике
.
Однако на практике это трудно выполнимо, поскольку для этого необходимо определить экспериментальные характеристики нагнетателя в условиях КС.
3.3.1 Определение фактического политропического кпд нагнетателя
Фактический КПД нагнетателя может быть определен, в частности, следующими методами:
-
с использованием термодинамических
свойств природного газа и параметров
газа по нагнетателю (
)
[12];
- с использованием показателя изоэнтропы газа по методике ВНИИГАЗ.
Для расчета КПД по первому способу необходимо знать химический состав природного газа. На практике целесообразно использовать упрощенные эмпирические соотношения, предложенные в работе [12], для определения основных термодинамических величин природного газа по метану:
=
( 0,00012
- 0,0135
+ 0,31)
- 0,0463
+
+ 11,19, кД ж/кг · МПа; (3.10)
=
(0,003 - 0,0009
)
+ 0,11
+
2,08, кДж/кг·К; (3.11)
=
(0,017
+
0,555)
- 2,73
+ 139,4, кДж/кг. (3.12)
По данным [12] эти же параметры для полного состава газа (содержание метана 94-100 %) могут быть определены соотношениями:
·
(1,37 - 0,37
);
(3.13)
·
(0,37 + 0,63
);
(3.14)
·
(1,49 - 0,49
),
(3.15)
где - мольное содержание метана в долях единицы.
Тогда
;
(3.16)
,
(3.17)
где
- среднее значение потенциальной функции
при условиях входа и выхода;
- степень сжатия
;
(3.18)
=
(0,37+0,63
)
[(0,003-0,0009
)
+
+ 0,11 + 2,08], кДж/кг · К; (3.19)
=
(1,37 - 0,37
)
[(0,00012
- 0,0135
+
+
0,31) ·
-
0,463
+
11,19], кДж/кг · МПа; (3.20)
,
°С;
,
МПа;
,
°С; (3.21)
,
МПа.
Для определения фактического КПД по второму методу необходимо знать параметры газа на входе и выходе нагнетателя (Р, t), а также состав газа.
Задача определения сводится к использованию уравнения, широко применяемого при построении характеристик нагнетателя
;
(3.22)
где
- показатель политропического
(внешнеадиабатного) процесса сжатия;
- показатель адиабаты. При проведении
ориентировочных инженерных расчетов
его можно принимать
=
1,30
,
(3.23)
;
(3.24)
где
- коэффициент сжимаемости газа,
определяемый по параметрам газа на
входе либо по данным рис. 1.1, либо по
соотношению
,
(3.25)
-
показатель адиабаты газа в его идеальном
состоянии;
где
- теплоемкость идеального газа;
- универсальная газовая постоянная 8314
Дж/(моль·К) = 1,9858 ккал/моль·К;
- мольная масса газа
,
(3.26)
поправка на теплоемкость при постоянном давлении
;
(3.27)
вспомогательная функция
;
(3.28)
;
;
=
162,8 · (0,613 +
),К;
(3.29)
;
=
(47,9 -
)0,0981,
МПа; (3.30)
средняя температура газа в нагнетателе, °С
;
-
относительная масса газа по воздуху;
- соответственно, давление и температура
газа на входе нагнетателя;
- соответственно, давление и температура
газа на выходе нагнетателя.