суббота, 11 марта 2017 г.

Политропная работа сжатия компрессорного цеха


Рассмотренные в предыдущих заметках расчетные методики описывали расходы газа, связанные с его истечением в атмосферу, то есть с эмиссией метана. Следует понимать, что стравливание газа составляет примерно 15-20 % от объема расхода газотранспортного предприятия на собственные технологические нужды. От 80 до 85 % расходов – это использование природного газа в качестве топлива для работы газоперекачивающих агрегатов (плюс подогреватели топливного газа КЦ, подогреватели газа ГРС, котельные и электростанции собственных нужд).
Основным продуктом, который вырабатывает компрессорный цех или компрессорная станция, является политропная работа сжатия. Логичным было бы предположение, что продуктом является объем транспортируемого газа, но это не так. Объем транспортируемого газа – как составляющая часть товаротранспортной работы – является продуктом и системной характеристикой газотранспортной системы в целом.
Основная задача компрессорного цеха – сжать газ. Возможно, для того, чтобы обеспечить максимально возможный объем транспорта газа. Возможно, для того, чтобы подготовить условия для оптимальной работы следующего компрессорного цеха. Возможно, только для того, чтобы просто обеспечить высокий уровень давления в трубе – например, для обеспечения надежной работы ГРС и бесперебойного газоснабжения потребителей  в самых удаленных уголках газотранспортной системы.
Основным параметром, который позволяет оценить эффективность работы компрессорного цеха, является фактический удельный расход топливного газа. Точнее, сравнение фактического и нормативного удельных расходов.
Удельный расход топливного газа – это отношение затраченного топливного газа (переведенного в килограммы условного топлива) к киловатт-часу политропной работы сжатия.
Сравнительный анализ нормативного и фактического удельных расходов топливного газа позволяет оценить эффективность работы компрессорного цеха и отчасти – техническое состояние оборудования. Если фактический удельный расход меньше нормативного, то имеет место экономия топливного газа ГПА, а оборудование находится в штатном рабочем режиме.
Базовые нормативные удельные расходы топливного газа для различных типов компрессоров приведены, к примеру, в СТО Газпром 3.3-2-024-2011.
Нормативный удельный расход топливного газа – «плавающая» величина, которая меняется в зависимости от температуры наружного воздуха, количества используемых при работе утилизаторов тепла и проведенной в процессе эксплуатации модернизации компрессоров.
Для экспресс-оценки эффективности работы компрессорного цеха можно выполнять расчет мгновенного значения политропной работы и удельных расходов. Мгновенного – в смысле часового, так как исходные данные для расчета берутся не из воздуха, а от диспетчерской службы. Для отчетной документации удобно пользоваться среднесуточными данными, все-таки компрессорный цех – достаточно инертная система, поэтому усредненные суточные исходные данные позволяют вполне адекватно выполнить расчет. А вот усреднение за месяц – уже явный перебор и для расчетов применять такие исходные данные не рекомендую.
В онлайн-режиме расчет часового значения политропной работы сжатия, удельных расходов газа, а также объем экономии или перерасхода топливного газа Вы можете выполнить на странице сайта:

Ниже представлены зависимости, позволяющие выполнить расчет:





Исходный код расчета (PHP):
<?php
// Внимание!
// проверки на адекватность исходных данных
// выполняются на стороне клиента!
//
header('Content-Type^ text/html; charset=utf-8');
if ($_SERVER['HTTP_X_REQUESTED_WITH']=='XMLHttpRequest'){
        if ($_POST){
               // исходные данные из приложения
               $udnorma = $_POST['udnorma'];// нормативный удельный расход газа по СТО, кг у.т./кВт*час
               $ro = $_POST['ro'];// плотность газа абсолютная, кг/м3
               $nts  = $_POST['nts'];// низшая теплота сгорания газа, кКал/м3
               $pn  = $_POST['pn'];// избыточное давление газа на всасе, кгс/см2
               $tn  = $_POST['tn'];// температура газа на всасе, по Цельсию
               $pk  = $_POST['pk'];// избыточное давление газа на выходе ГПА, кгс/см2
               $dpn  = $_POST['dpn'];// перепад давления на входной обвязке КЦ, кгс/см2
               $dpk  = $_POST['dpk'];// перепад давления на выходной обвязке КЦ, кгс/см2
               $tg  = $_POST['tg'];// расход топливного газа, тыс.м3/час
               $q  = $_POST['q'];// объем транспорта газа, тыс.м3/час
               $col  = $_POST['col'];// количество ГПА в работе, шт
               $colutil  = $_POST['colutil'];// из них с утилизаторами тепла
               $ta  = $_POST['ta'];// температура воздуха, по Цельсию
               $prt  = $_POST['prt'];// атмосферное давление, мм рт.ст.
               $kpdstat  = $_POST['kpdstat'];// Номинальный политропный КПД по СТО
               $kpdnew  = $_POST['kpdnew'];// Политропный КПД после модернизации
               // децимальный разделитель
               $udnorma = str_replace(",", ".", $udnorma);
               $ro = str_replace(",", ".", $ro);
               $nts = str_replace(",", ".", $nts);
               $pn = str_replace(",", ".", $pn);
               $tn = str_replace(",", ".", $tn);
               $pk = str_replace(",", ".", $pk);
               $dpn = str_replace(",", ".", $dpn);
               $dpk = str_replace(",", ".", $dpk);
               $tg = str_replace(",", ".", $tg);
               $q = str_replace(",", ".", $q);
               $col = str_replace(",", ".", $col);
               $colutil = str_replace(",", ".", $colutil);
               $ta = str_replace(",", ".", $ta);
               $prt = str_replace(",", ".", $prt);
               $kpdstat = str_replace(",", ".", $kpdstat);
               $kpdnew = str_replace(",", ".", $kpdnew);
               // приведение размерностей
               $patm = $prt*0.001359511;// атмосферное давление, кгс/см2
               $pn = $pn+$patm;// абсолютное давление на всасе, кгс/см2
        $pk = $pk+$patm;// абсолютное давление на выходе ГПА, кгс/см2
        $tn = $tn+273.15;// температура газа на всасе, по Кельвину
        $q = $q/1000;// транспорт газа через КЦ, млн.м3/час
               // расчет
               $c1 = 10.138;// константа для согласования размерностей (расчет ЭТТР)
               // коэффициент сжимаемости газа
                $delta = $ro/1.2044;
               $z = 1-((10.2*$pn*0.0980665-6)*(0.00345*$delta-0.000446)+0.015)*(1.3-0.0144*($tn-283.2));
               // при определении z - давление в МПа (коэффициент 0.0980665)
               // политропическая работа сжатия
               $sg = $pk/$pn;// степень сжатия
               $e03 = pow($sg, 0.3)-1;// промежуточная переменная
               $rabota = 320.25*$z*$tn*$q*$e03;// политропическая работа сжатия, кВт*час
               $ka = 1.02+0.0025*($ta+5);// коэффициент, учитывающий влияние атмосферных условий
               if ($colutil>0 && $col>0) 
               {$ky = 1+0.025*$colutil/$col;} // влияние котлов-утилизаторов
               else {$ky = 1;}
               if ($kpdstat>0 && $kpdnew>0)
               {$kp = $kpdstat/$kpdnew;}// модернизация СПЧ
               else {$kp = 1;}
               $kk = $ka*$ky*$kp;// коэффициент коррекции
               $udnorma = $udnorma*$kk;// норма расхода топливного газа на компримирование
               $tgtut = $tg*$nts/7000;// топливный газ на компримирование в тоннах условного топлива
               $udfact = $tgtut*1000/$rabota;// удельный расход - факт
               $otn = ($udfact-$udnorma)/$udnorma*100;// отклонение
               // нормативный расход в абсолютном выражении
               $tgtutnorma = $udnorma*$rabota/1000;// нормативный ТГ в тут
               $tgnorma = $tgtutnorma*7000/$nts;// нормативный ТГ, тыс.м3
               $tgdelta = ABS($tg-$tgnorma);// ТГ - отклонение от нормы (минус - экономия, плюс - перерасход)
               // расчет ЭТТР
               $nu =1-(($dpk+$dpn)/($pk-$pn));
               $aval = $c1*(1/($z*$tn))*$q*($pk*$pk-$pn*$pn)*$nu;
               //
        if ($rabota>0){
                       if ($otn>0) {$tgtitle = 'Перерасход топливного газа: ';}
                       else {$tgtitle = 'Экономия топливного газа: ';}
                       //
                       $rabota = number_format($rabota, 1);
                       $aval = number_format($aval, 1);
                       $udnorma = number_format($udnorma, 3);
                       $udfact = number_format($udfact, 3);
                       $otn = number_format($otn, 2);
                       $tgdelta = number_format($tgdelta, 3);
                       //
                       $rabota = str_replace(",","",$rabota);
                       $rabota = str_replace(".",",",$rabota);
                       $aval = str_replace(",","",$aval);
                       $aval = str_replace(".",",",$aval);
                       $udnorma = str_replace(",","",$udnorma);
                       $udnorma = str_replace(".",",",$udnorma);
                       $udfact = str_replace(",","",$udfact);
                       $udfact = str_replace(".",",",$udfact);
                       $otn = str_replace(",","",$otn);
                       $otn = str_replace(".",",",$otn);
                       $tgdelta = str_replace(",","",$tgdelta);
                       $tgdelta = str_replace(".",",",$tgdelta);
                       //
                       print '<p>Политропная работа сжатия: '.$rabota.' кВт*час</p>';
                       print '<p>Эквивалентная ТТР: '.$aval.' млн.м<sup>3</sup>*км</p>';
                       print '<p>Нормативный удельный расход газа: '.$udnorma.' кг у.т./кВт*час</p>';
                       print '<p>Фактический удельный расход газа: '.$udfact.' кг у.т./кВт*час</p>';
                       print '<p>Отклонение от нормы: '.$otn.' %</p>';
                       print '<p>'.$tgtitle.''.$tgdelta.' тыс.м<sup>3</sup></p>';           
               } else {
                       print '<p>Ошибка расчета: нулевая политропная работа</p>';
               }
        }
}

?>