Утилизация уходящих газов

, м/с

4. Скоростной напор газов, омывающих пучки труб

, Па

5. Скоростной напор байпасирующихся газов

, Па

6. Аэродинамическое сопротивление пучков

, Па

7. Аэродинамическое сопротивление байпаса

, Па

Приравниваем  аэродинамическое сопротивление байпаса  и пучков 

Решаем квадратное уравнение

, м/с

, м/с

Получаем два  значения скорости, одно значение положительное , другое значение отрицательное, т.к. значение скорость не может быть отрицательной выбираем скорость равной

w_П=4,5, м/с

Находим аэродинамическое сопротивление утилизатора

 Па

Находим объёмный расход газа который проходит через  пучки утилизатора

V_п= w_п·F_п = 7,12· w_п  =4,5·7,12= 32 _М³/с

Массовый расход газов проходящий через пучки  утилизатора

G_г = V_п·ρ_г = 32·0,623=20 кг/с

3.2. Тепловой поверочный расчёт

1. Составляем  уравнение теплового баланса

Gг·Срг·(t'г - t"г) = Gв·Срв·(t"в - t'в)

где, Gг, кг/с – расход газа проходящий через пучки утилизатора

Gв, кг/с – расход воды на 1 утилизатор

t'г ,°С – температура газов перед утилизатором

t"г,°С –  температура газов за пучками  утилизатора

t"в, t'в,°С  – температура воды на выходе  и на входе в утилизатор

Ср_г = 1,05 КДж/(кг·К), - теплоёмкость газов при температуре 294°С [3]

Ср_в = 4,208 КДж/(кг·К), - теплоёмкость воды при средней температуре воды равной [6],

t^в_ср=(t"_в+t'_в)/2=(115+70)/2=92,5°С

Задаёмся температурой уходящих газов после пучков  t"_г=208°С

2. Находим количество теплоты отданное газами пучкам труб

Q=Gг·Срг·(t'_г - t"_г)=20·1,05·(294-188)=2200кВт=2,2МВт

3. Найдём расход воды через один утилизатор

Gв = Q/Срв·(t"_в-t'_в) = 2200/(4,208·(115-70))=12кг/с

4. Найдём среднетемпературный напор при перекрёстном движении теплоносителей.

 

 

 

 

 

 

 

 

сначала находим  температурный напор при противотоке

∆t_б = (t'г-t"в)= 294-115=179 °С

∆t_м= (t"г-t'в)= 188-70=118 °С

∆t_б / ∆t_м=1,3 < 1,7 , значит, можно пользоваться среднеарифметическим значением температурного напора.

∆t' = (∆t_б + ∆t_м)/2=148,5 °С

В связи с  тем, что движение теплоносителей перекрёстное вводим поправочный коэффициент ε_∆t, значение которого определяется схемой движения и параметрами P и R

P=(t''в-t'в)/(t'г-t'в)= (115-70)/(294-70)=0,2

R=(t'г-t''г)/(t''в-t'в)= (294-208)/(115-70)=2,35

по номограмме [2] находим значение ε_∆t,=1

∆t=∆t'· ε_∆t,= 148,5·1=148,5 °С

5. Находим скорость воды в трубках утилизационного теплообменника

 

где ρ_в= 970 кг/м³ – плотность воды при средней температуре воды t^в_ср =92,5°С,

d_вн = 0,018 м – внутренний диаметр трубки в пучке [паспортные данные]

n=51 шт – количество трубок на входе воды в утилизатор, [1]

6. Находим коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде

Находим безразмерное число  Нуссельта [4]

где:

Pr_ж=1,91 число Прандтля  при средней температере воды t^в_ср =92,5°С, [6]

Pr_г=0,72 число Прандтля при средней температере газа, [3]

t^г_ср=(294+188)/2=241°С

, м2/с- кинематическая вязкость  при средней температуре воды, [6] t^в_ср =92,5°С

λ_в =0,68 Вт/(мК)  коэффициент теплопроводности жидкости при средней температере воды t^в_ср =92,5°С

7. Находим коэффициент теплоотдачи от газов к пучкам из ребристых труб

Из [4] выбираем критериальное уравнение числа Нуссельта

где, С_z=1- поправочный коэффициент по числу ходов (z=6)

C_γ=1- поправочный коэффициент по углу подъёма спирального  ребра

d₀ = 0,022 м – диаметр трубы у основания трубы

s=0,0032 м – шаг между рёбрами

S₁=0,041 м – поперечный шаг труб, [1]

S₂=0,041 м – продольный шаг труб, [1]

S’₂=0,045 м – диагональный шаг труб, [1]

m=0,53-0,019·φ=0,53-0,019·9,13=0,35

h = 0,009 м – высота ребра

δ= 0,0008 м – толщина ребра

φ – коэффициент  оребрения

где, , м2/с - кинематическая вязкость газа при средней температуре газа t^г_ср =241°С

λ_г =0,0429 Вт/(мК)  коэффициент теплопроводности газа при средней температере газа t^г_ср =241°С

8. Находим коэффициент теплопередачи [5]

, Вт/(м²К)

где, λ_ст =57 Вт/(мК)  коэффициент теплопроводности  стенки сделанной из стали

d₀ = 0,022 м – диаметр трубы у основания трубы

d₁= 0,018 м – внутренний диаметр трубы

φ – коэффициент  оребрения

δ= 0,002 м – толщина стенки трубы

 Вт/(м²К)

Теплопроизводительность одного утилизатора 

=>

Находим площадь теплообмена утилизатора

, м²

Суммарная площадь  нагрева утилизационного теплообменника составляет 472м2, которая обеспечивает получение на выходе из теплообменника температуру воды равной 115°С. Выполняем условие относительной невязки поверхности теплообмена:

Невязка составляет 1%, что удовлетворяет требованиям  для нагрева воды до необходимой  температуры, следовательно расчёт можно считать законченным.

 

4. Зависимость количества включённых утилизационных теплообменников от температуры наружного воздуха

 

Поскольку нет  возможности регулировать теплопроизводительность утилизатора поворотными заслонками, то можно только менять нагрузку сливанием (наполнением) воды в одном или нескольких теплоутилизаторах. Таким образом, нагрузка будет изменяться дискретно с шагом 1,8 Гкал/ч. ( см. тепловой расчёт утилизационного теплообменника).

Длительность  отопительного периода в г. Югорске составляет 5698 ч.

В таблице № 6 приведен расчет полезной тепловой мощности, вырабатываемой теплоутилизаторами. Используемые обозначения:

t^ср_н – средняя температура наружного воздуха, °С;

q_о - необходимая тепловая мощность на отопление, Гкал/ч;

n_у - необходимое количество включенных по воде утилизаторов, шт.;

n_т - количество одновременно работающих турбин с утилизаторами, шт.;

q_ут - тепловая мощность, вырабатываемая утилизаторами, Гкал/ч;

n -время стояния данной температуры наружного воздуха, ч;

Qн - необходимая тепловая мощность, за определенный период времени, Гкал.

Q - тепловая мощность, вырабатываемая утилизаторами за определенный период времени, Гкал. 
Выработка тепловой энергии утилизаторами при бесперебойной работе турбин

Таблица №4.1

tсрн, °C	q0, Гкал/ч	nу, шт	nт, шт	qут, Гкал/ч	n, ч	Q, Гкал	Qн, Гкал
+8	1,05	1	1	1,8	284	511	298
+5	1,24	1	1	1,8	321	577,8	398
2,5	1,48	1	1	1,8	321	577,8	475
-0,25	1,74	1	1	1,8	321	577,8	588
-2,75	1,98	1	1	1,8	401	721,8	793
-5	2,19	2	1	3,6	525	1890	1155
-7,5	2,43	2	1	3,6	478	1720	1161
-10	2,67	2	1	3,6	521	1875	1406
-12,5	2,9	2	1	3,6	481	1731	1395
-15	3,14	2	1	3,6	468	1684	1470
-17,5	3,38	2	1	3,6	411	1479	1397
-20	3,62	2	1	5,4	482	2602	1744
ниже -20	5,14	3	2	5,4	684	3693	3515
Итого за отопительный сезон					5698	19058	15770

Из таблицы 4.1 видно, что теплопроизводительно

На рис.4.1. Изображен график продолжительности сезонной тепловой нагрузки. Площадь под кривой графика соответствует потреблению тепловой энергии на отопление за отопительный период - около 15770 Гкал/год.

 

Рис. 1. График продолжительности сезонной тепловой нагрузки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На Рис. 2. показана зависимость нагрузки на отопление от наружной температуры воздуха

Рис.2

 

Резервная котельная

Для надёжного  снабжения тепловой энергией газокомпрессорной станции, в случае остановки работы  всех турбокомпрессорных цехов, а именно газотурбинных установок, предусмотрена резервная котельная.

В резервной  котельной установлены два котла  ВВД-1,8.

Котлы своевременно проходят режимно-наладочные испытания и ниже представлены режимные карты двух котлов табл.4.2, составленные по результатам последних испытаний проведенных в декабре 2001 года лабораторией наладки  инженерного центра.

Техническая характеристика водогрейного водотрубного котла ВВД-1,8

Таблица №4.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Режимная  карта котла типа ВВД-1,8 №1 установленного в котельной промплощадки ГКС «Ужгородская»

 

 

 

 

 

 

Режимная  карта котла типа ВВД-1,8 №2 установленного в котельной промплощадки ГКС «Ужгородская»

 

 

 

 

5. Подготовка хозяйственно-питьевой и подпиточной воды.

На газокомпрессорной  станции забор воды на хозяйственно-питьевые нужды происходит с артезианских скважин общей мощность подачи воды 30м³/ч, с последующей подачей воды на станцию обезжелезивания (ВОС-400).

Станция обезжелезивания  воды с максимальной производительностью 400м³\сутки, предназначена для обезжелезивания подземной воды хозяйственно-питьевого назначения при условии, что вода в источнике по всем показателям, кроме содержания железа удовлетворяет ГОСТ 2761-84 «Выбор источника централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения».

Фактически  количество очищаемой воды от 30 до

150 м³/сутки. Воду очищают безреагентным способом на напорных фильтрах с предварительной упрощенной аэрацией воды. Метод предназначен для очистки воды от неорганических соединений железа при содержании железа до 20мг/дм. Регенерация фильтров происходит при содержании железа в воде более 0,3мг/л. Регенерация осуществляется в три этапа:

• продувка воздухом, продолжительностью 1-2 минуты
• продувка водой совместно с воздухом, продолжительностью 4-5 минут
• продувка водой, продолжительностью 4-5 минут

После очистки вода направляется в резервуар чистой воды объемом 250м³, где она отстаивается. Забор воды осуществляется из резервуаров чистой воды на уровне 2-3 метров от основания резервуара и подаётся в пожарный коллектор.

Подпитка системы  отопления осуществляется через  пожарное кольцо в утилизационную насосную.

В таблице №7 представлены фактические показатели качества исходной и очищенной артезианской воды.

Таблица №7

Ингредиенты, ед.измер.	Вода из арт.скважин, мг /л		Вход на ВОС,      мг /л	Выход мг /л	Потребитель, мг/л	Нормы СанПиН 2.1.4.559-96
	№1	№2
pH	7,0	7,07	6,98	6,66	7,01	7,5
Цветность	27	45	40	5	10	20
Мутность	0,58	0,52	0,58	0,58	0,58	1,5
Жесткость	0,69	0,74	0,39	0,33	0,3	7,0
Железо	7,5	7,04	6,94	0,9	0,29	0,3
Марганец	0,28	0,24	0,23	0,2	0,1	0,1
АПАВ	0,025	0,025				0,5

 

Из таблицы  видно, что вода идущая потребителям на хозяйственно-питьевые нужды соответствует требованиям СанПиН.