2.3.1 Анализ существующих установок охлаждения газа.

Если температура газа после компремирования на КС превышает максимальную допустимую, рассчитанную по формуле:

где: - расчетный температурный перепад для труб, из которых сооружается линейная часть магистрального газопровода;

t_у.т.- температура металла труб в момент укладки трубопровода в траншею и засыпки грунтом, принимается равной температуре воздуха в этот момент времени (определяется по климатологическим справочникам, исходя из графика сооружения трубопровода);

то газ перед подачей его в линейный участок трубопровода необходимо охла­дить на величину , определяемую из соотношения:

Охлаждение газа является обязательным технологическим процес­сом на компрессорных станциях современных магистральных газопроводов, а установки ох­лаждения газа - обязательным составным элементом основного технологического оборудования компрессорных станций.

Для выбора аппаратов охлаждения газа в своей дипломной работе я провел анализ возможных типов установок.

Охлаждение газа может осуществляться в теплообменниках разных типов: кожухотрубных, оросительных, типа “труба в трубе” и воздушных.

Охлаждающим теплоносителем в охладителях газа могут быть:

1) вода - в установках водяного охлаждения;

2) атмосферный воздух - в установках воздушного охлаждения;

3) хладоагент - в станциях охлаждения;

4) транспортируемый газ - в рекуперативных установках охлаж­дения.

1. Если в качестве охлаждающего теплоносителя используется вода, то она, в свою очередь, может быть охлаждена :

1.1) в охладителях испарительного типа;

1.2) в охладителях поверхностного типа;

1.3) путем сброса нагретой в теплообменнике воды в источник водоснабжения.

1.1 В охладителях испарительного типа температура охлаждения воды может быть значительно ниже температуры воздуха, что является преимуществом охладителей этого типа.

1.2. В охладителях поверхностного типа вода охлаждается до температуры воздуха и поэтому охлаждающая способность их ниже, чем у испарительных охладителей.

2. Если охлаждение газа осуществляется атмосферным воздухом, то в качестве охладителей газа используются аппараты воздушного охлаждения. В таких установках газ охлаждается до тем­пературы, превышающей на несколько градусов температуру воздуха.

3. Если охлаждение газа осуществляется хладоагентом, то осно­вой станции охлаждения газа являются холодильные машины: паровые компрессионные или абсорбционные водоаммиачные, использующие тепло уходящих продуктов сгорания газотурбин­ных установок - рис.17. Первой ступенью охлаждения газа в станции охлаждения газа являются теплообменники водяного или воздушного охлаждения, а второй - холодильные машины.

В качестве хладоагентов в паровых компрессионных холодильных машинах используются вещества, имеющие низкую температуру кипения при атмосферном давлении: фреоны, амми­ак, пропан, пропан - бутановая смесь и т.д. В абсорбционных водоаммиачных холодильных машинах хладоагентом явля­ется водоаммиачный раствор, состоящий из рабочего тела - аммиака и поглотителя (абсорбента) - воды, причем температура кипения аб­сорбента должна быть больше, чем рабочего тела.

Станции охлаждения газа позволяют охлаждать газ практически до любой требуемой температуры.

4. В рекуперативной установке охлаждения газ охлаж­дается сначала в аппарате воздушного охлаждения (первая ступень охлаждения), а затем - в реку­перативных охладителях (вторая ступень охлаждения).

В летний период времени в составе рекуперативной установки охлаждения работают аппараты воздушного охлаждения и рекуперативные охладители. В результате этого установка позволяет охлаждать газ до температуры, которая ниже температуры атмосферного воздуха, но превышает темпе­ратуру газа на входе в установку. Величина этого превышения, назы­ваемого величиной недорекуперации, определяется размером снижения температуры газа на линейном участке, расположенном за компрессорной станцией, где ус­тановлена рекуперативная установка охлаждения. В холодный период времени расчетная температура охлаждения газа обеспечивается только с помощью аппаратов воздушного охлаждения и поэтому рекуперативные охладители отключаются.

Уровень охлаждения газа в рекуперативной установке охлаждения газа ниже, чем в установке воздушного охлаждения (в летний период времени).

Установки охлаждения газа подразделяются на:

1) однородные, которые состоят из однотипных по конструк­ции и по виду используемого охлаждающего теплоносителя охладителей газа, соединенных между собой параллельно или последовательно;

2) неоднородные, которые состоят из разнотипных по конст­рукции и однотипных по виду используемого охлаждающего теплоноси­теля охладителей газа, соединенных между собой параллельно или по­следовательно;

3) комбинированные, которые состоят из нескольких ступе­ней охлаждения газа, причем охладители газа в разных ступенях яв­ляются разнотипными по виду используемого охлаждающего теплоноси­теля.

Ступенью охлаждения называется один или несколько соединенных между собой параллельно охладителей газа, являющихся однотипными по конструкции и по виду используемого охлаждающего теплоносителя. Установка охлаждения газа может состоять из одной или нескольких ступеней.

Выбор того или иного типа установки охлаждения газа осуществля­ется на стадии проектирования магистрального газопровода, прежде всего, исходя из технологических соображений: обеспечение расчетно­го уровня охлаждения газа перед подачей его в линейный участок га­зопровода.

Если расчетный уровень охлаждения газа может быть реализован в установках разных типов, то окончательный выбор типа установки осуществляется в каждом конкретном случае после выполнения технико-экономических расчетов сопоставляемых вариантов с учетом обеспе­ченности охлаждающим теплоносителем для установки охлаждения газа, влияния изменений во времени температуры охлаждающего теплоносителя на процесс охлажде­ния газа, а также с учетом влияния рассматриваемых типов установок охлаждения газа на ок­ружающую среду.

В связи с тем, что установки и водяного охлаждения позволяют обеспечить расчетные уровни охлаждения газа в большинстве климатических пунктов нашей страны, остановимся на преимуществах и недостатках этих установок, являющихся самыми распространенными на компрессорных станциях магистральных газопроводов .

Прежде всего отметим следующее. Поскольку теплоемкость воды в возможном диапазоне изменения ее температуры в 4 раза больше теп-лоемкости воздуха как охлаждающего теплоносителя, то массовый расход воды в установке водяного охлаждения будет в 4 раза меньше массового расхода воздуха в установке воздушного охлаждения. С учетом того, что удельный объем воды примерно в 825 раз меньше удельного объема воздуха, объемный расход воды в установке водяного охлаждения будет примерно в 3300 раз меньше, чем объемный расход воздуха в установке воздушного охлаждения. Вместе с тем коэффициент теплоотдачи от поверхности охладителя к воде примерно в 100 раз больше, чем к воздуху, что приводит к необходимости увеличения поверхности охладителя со стороны воздуха за счет ее оребрения.

Установки воздушного охлаждения газа приняты в качестве основных для обеспечения расчет­ных температурных режимов магистральных газопроводов, сооружаемых и эксплуатируемых на большей части территории нашей страны по следующим причинам.

Во - первых, опыт создания установок воздушного охлаждения для химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслей про­мышленности, где впервые были применены эти установки, показывает, что капитальные вложения в установку воздушного охлаждения по сравнению с установкой водного охлаждения уменьшаются на (25 - 30)%, а эксплуатационные расходы - уменьшаются на (50 – 70)%.

Во-вторых, установки воздушного охлаждения предпочтительнее установок водяного охлаждения при эксплуатации в районах со слож­ными природно-климатическими условиями: острая нехватка воды в юж­ных полупустынных и пустынных районах, обмерзание и возможное по этой причине разрушение вентиляторных градирен в северных и восточных районах страны с продолжительным холодным периодом времени в течение года.

В-третьих, загрязнения теплообменных поверхностей в установках воздушного охлаждения со стороны охлаждающего воздуха менее опасны и легче удаляются, чем загрязнения теплообменных поверхностей в установках водяного охлаждения со стороны охлажда­ющей воды.

В-четвертых, если температура нагретой в установке водяного охлаждения воды больше (43 - 49)°С, то процесс загрязнения и коррозии теплообмен­ных поверхностей интенсифицируется, в то время как в установке воз­душного охлаждения нет ограничений по температуре нагретого воздуха.

К недостаткам воздушного охлаждения по сравнению с водяным относится то, что температура охлаждения в установке воздушного охлаждения примерно на (10 - 12)°С выше, чем для тех же условий в установках водяного охлаждения. Кроме того, если темпера­тура воды в процессе эксплуатации меняется сравнительно медленно, то температура воздуха изменяется как в течение года, так и в тече­ние суток, что при низкой тепловой инерции установок воздушного охлаждения приводит к колеба­ниям температуры охлаждения газа, превышающим колебания температуры охлаждения газа в установке водяного охлаждения.

На основании анализа, мной был выбран способ охлаждения природного газа аппаратами воздушного охлаждения. Их достоинствами являются: наименьшие капиталовложения и эксплуатационные расходы; возможность установки в районах с любыми климатическими условиями; не имеют ограничений по температуре нагретого воздуха, менее опасные загрязнения теплообменных поверхностей.