2 Расчёт процессов сжатия в нагнетателе компрессорной станции (кс)

2.1 Постановка задачи

Необходимо рассчитать процесс сжатия природного газа в неохлаждаемом компрессоре (нагнетателе) (рис. 2.1), используя данные раздела 1.

Рисунок 2.1 - Схема подачи газа на КС:

Исходные данные:

1. плотность газа на входе в компрессор, кг/м³;

2. массовая производительность компрессора, кг/с;

3. давление газа на входе в компрессор, МПа;

4. давление нагнетателя, МПа;

5. температура газа на входе в компрессор, ;

6. степень повышения давления газа в компрессоре ;

7. общая длина магистрального трубопровода, км (принимаем );

8. показатель адиабаты для природного газа;

9. относительный внутренний (адиабатный) КПД компрессора (0,7…0,8);

10. мощность нагнетателя, Вт.

2.2 Термодинамическая модель адиабатного компрессора

Воспользуемся уравнениями (1.1 - 1.5).

Для получения модели необходимо принять следующие допущения:

1. Разница между уровнями входного и выходного патрубков компрессора мала, .

2. Компрессор работает стационарно.

Внутренняя мощность компрессора:

. (2.1)

Удельная внутренняя мощность компрессора:

. (2.2)

Закон сохранения механической энергии:

. (2.3)

Второй закон термодинамики:

. (2.4)

Уравнение неразрывности:

. (2.5)

Уравнение состояния газа:

. (2.6)

2.3 Расчет параметров процесса сжатия

Воспользуемся двумя приближениями.

Первое приближение - равновесное адиабатное сжатие (принимаем ). По (h, s) диаграмме:

Рисунок 2.2 - Нахождение калорических параметров в процессе сжатия

Из (2.4):

. (2.7)

Относительный внутренний КПД компрессора:

(2.8)

Задаемся значением . Из (2.8):

, (2.9)

. (2.10)

Из (2.1):

. (2.11)

Удельная внутренняя работа компрессора при изоэнтропном сжатии:

, (2.12)

где k - показатель изоэнтропы,

Удельный объем:

, (2.13)

. (2.14)

Приняв во внимание (2.13) и (2.14):

. (2.15)

Работа в приближенном адиабатном реальном процессе:

. (2.16)

Погрешность приближенного процесса:

. (2.17)

2.4 Анализ процесса сжатия по термодинамическим Диаграммам состояния

П о (h, s) диаграмме:

Производство энтропии:

. (2.18)

Величина потерь удельной работы:

. (2.19)

Подогрев газа в процессе 1-2 за счет диссипации:

. (2.20)

Процесс в (T, s) координатах:

Процесс в (P, v) координатах: