Спосіб визначення корисної потужності газомотокомпресорної установки в експлуатаційних умовах

Спосіб визначення корисної потужності газомотокомпресорної установки в експлуатаційних умовах, що полягає у визначенні підведеної і відведеної від неї теплової енергії в експлуатаційному режимі, який відрізняється тим, що вимірюють температуру атмосферного повітря на вході в установку і вихлопних газів на виході з неї, вимірюють температуру і витрату паливного газу і за відомою його теплоємністю і теплотворною здатністю визначають кількість тепла, що надходить в установку з паливним газом, за відомим його складом визначають необхідну кількість повітря для згоряння одиниці маси паливного газу, вимірюють і визначають концентрацію кисню і коефіцієнт надлишку повітря у вихлопних газах, визначають масову витрату вихлопних газів і витрату тепла з ними, використовуючи при цьому виміряні значення витрати паливного газу, коефіцієнта U 2 13655 1 3 13655 4 Недоліком цього способу є недостатня точвитрати вихлопних газів і відповідно - втрат тепла ність оцінки технічного стану установки через нез ними. Перевагою способу у порівнянні з аналодостатню точність вимірювання теплової енергії, гами є те, що він не потребує трудомістких операщо відводиться від установки з вихлопними газацій і може бути в повному обсязі використаний на ми. Основну похибку у вимірюванні відведеної компресорних станціях без вимірювання індикатотеплової енергії вносить похибка визначення нерної потужності і продуктивності компресорних обхідної при цьому витрати вихлопних газів. Крім циліндрів газомотокомпресорних установок та без того, встановлення необхідного для цього витраїх зупинки в експлуатаційних умовах. Для вимірютомірного пристрою на вихлопному газоході є вання необхідних параметрів використовують складною операцією для експлуатаційних умов. штатні контрольні прилади, що значно спрощує Задачею корисної моделі є спрощення операпроцес технічної діагностики. цій з проведення вимірів та підвищення точності На фігурі показана принципова схема газомовизначення корисної потужності газомотокомпретокомпресорної установки та позначені параметсорної установки в експлуатаційних умовах. ри, що вимірюються для визначення її корисної Поставлена задача вирішується тим, що у віпотужності. На фігурі окремими позиціями показадомому способі визначення корисної потужності ні: 1- компресорний циліндр; 2 - кривошипногазомотокомпресорної установки в експлуатаційшатунний механізм; 3 - силовий циліндр; 4 - газоних умовах, що полягає у визначенні підведеної і ходи; 5 - колектор водоприймальний; 6 - колектор відведеної від неї теплової енергії на експлуатавідводу води з газомотокомпресорної установки; 7 ційному режимі, згідно з заявленим технічним рі- трубопроводи подачі паливного газу в силові шенням вимірюють температуру атмосферного циліндри газомотокомпресорної установки; 8 повітря на вході в установку і вихлопних газів на трубопровід подачі мастила в газомотокомпресорвиході з неї, вимірюють температуру і витрату пану установку; 9 - трубопровід відводу мастила з ливного газу і за відомою його теплоємністю і тепгазомотокомпресорної установки. лотворною здатністю визначають кількість тепла, При роботі газомотокомпресорної установки що поступає в установку з паливним газом, за вікомпресори 1 для стиснення газу приводяться в домим його складом визначають необхідну кільдію через кривошипно-шатунний механізм 2 за кість повітря для згоряння одиниці маси паливного допомогою силових циліндрів 3 газового мотора, газу, вимірюють і визначають концентрацію кисню і який разом з компресорами 1 розташований на коефіцієнт надлишку повітря у вихлопних газах, загальній рамі (на кресленні не показана). Корисвизначають масову витрату вихлопних газів і виною потужністю газокомпресорної установки є потрату тепла з ними, використовуючи при цьому тужність, що споживається її компресорними цилівиміряні значення витрати паливного газу, коефіндрами 1 і згідно запропонованого способу цієнта надлишку повітря у вихлопних газах і відому визначається з балансу енергій, що підводяться і кількість повітря необхідну для згоряння одиниці відводяться від установки. Під час визначення маси паливного газу, температуру і теплоємність корисної потужності в газокомпресорній установці вихлопних газів, знаходять масову витрату повітв експлуатаційних умовах за допомогою встановря, що поступає в силові циліндри для утворення лених датчиків вимірюють наступні параметри: газоповітряної суміші як різницю масових витрат температуру атмосферного повітря на вході в вихлопних газів і паливного газу і визначають кільустановку tпов і температуру вихлопних газів tвих.г., кість фізичного тепла, внесеного в газомотокомпщо виходять через газоходи 4; температуру tпг і ресорну установку з повітрям, вимірюють концентвитрату Gпг паливного газу, що поступає трубопрації незгорілих газів у продуктах згоряння і роводами 7; коефіцієнт надлишку повітря у вивизначають втрати тепла через неповне згоряння хлопних газах; концентрації незгорілих продуктів у паливного газу, вимірюють витрату і температуру вихлопних газах Ki; температуру tвод і витрату Gвод охолоджуючої води на вході і виході газомотокомохолоджуючої води що поступає і виходить через пресорної установки і визначають втрати тепла колектори 5 та 6; температуру tм і витрату Gм масчерез систему її водяного охолодження, вимірютила, що поступає в газомотокомпресорну устаноють витрату і температуру мастила на вході і вивку і виходить з неї в систему охолодження по ході газомотокомпресорної установки і визначають трубопроводам 8, 9. втрати тепла з нагріванням мастила, визначають Запропонований спосіб полягає у тому, що в корисну потужність газомотокомпресорної устаноексплуатаційному режимі вимірюють температуру вки, що дорівнює різниці підведеної і відведеної атмосферного повітря на вході в газомотокомпревід неї енергії, враховуючи при цьому тепло, внесорну установку і вихлопних газів на виході з неї. сене паливним газом від згоряння і його фізичне Вимірюють витрату Gпг паливного газу діафрагмотепло, втрати тепла з вихлопними газами, фізичне вим витратомірним пристроєм, а його температуру тепло внесене повітрям у силові циліндри, втрати - термопарою. Визначають кількість тепла, внесетепла від неповного згоряння паливного газу, ного з паливним газом Qпг, кДж, за формулою: втрати тепла через систему водяного охолодженQпг Gпг (Hпг Cр пг tпг ) (1) ня установки, втрати тепла з нагріванням мастила де Gпг - масова витрата паливного газу, кг/с; і відомі механічні втрати. Нпг - теплотворна здатність паливного газу, Технічним результатом заявленого способу є кДж/кг; підвищення точності і спрощення визначення коCр пг - теплоємність паливного газу, кДж/кг; рисної потужності газомотокомпресорної установtпг - температура паливного газу, С. ки в експлуатаційних умовах. Підвищення точності досягається за рахунок більш точного визначення 5 13655 6 Необхідну кількість повітря для згоряння одиКонцентрації незгорілих горючих газів у продуниці маси паливного газу визначають за концентктах згоряння одного кілограма паливного газу рацією окремих горючих складових у паливному (наприклад вуглеводів та ін.) вимірюють газоаналігазі. Концентрації окремих горючих складових у затором і потім за виміряними концентраціями паливному газі визначають за допомогою хроматорозраховують втрати тепла від неповного згоряння графів і вважають відомими, тому що склад палипаливного газу: n вного газу, його теплотворна здатність та інші хаQн з Gг HiK i рактеристики надаються у сертифікаті на i 1 (6) паливний газ. Необхідна кількість повітря для згоде Gг - масова витрата вихлопних газів, кг/с; ряння одиниці маси кожної горючої складової паНі - теплотворна здатність і-ї компоненти неливного газу також вважають відомою. згорілої у вихлопних газах, кДж/кг; Концентрацію кисню у вихлопних газах виміn - кількість незгорілих компонентів. рюють газоаналізатором. Коефіцієнт надлишку Розрахунок втрат тепла внаслідок неповного повітря у вихлопних газах визначається з віднозгоряння паливного газу виконується також обчисшення концентрації кисню у повітрі до різниці конлювальним блоком газоаналізатора. центрацій кисню у повітрі і у вихлопних газах. РозВтрати тепла через водяне охолодження сирахунок коефіцієнта надлишку повітря у вихлопних лових циліндрів газомотокомпресорної установки: газах виконується розрахунковим блоком газоанаQохол Gвод tвод Свод лізатора. (7) Масу вихлопних газів Gг, кг/с, розраховують за де Gвод - відома витрата води на охолодження, відомою витратою паливного газу, коефіцієнтом кг/с; надлишку повітря і необхідною кількістю повітря tвод tвих tвх - виміряна температура півод вод для згоряння одного кілограма паливного газу: Gг Gпг ( Lo 1) (2) де Gпг - масова витрата паливного газу, кг/с; - коефіцієнт надлишку повітря; Lo - необхідна кількість повітря для згоряння одного кілограма паливного газу. За відомою витратою, температурою і теплоємністю вихлопних газів визначають втрату тепла Qвих, кДж/с, з вихлопними газами: Qвих Gг tг Ср г (3) де Gпг - витрата вихлопних газів, кг/с; tг - температура вихлопних газів, С; Cp г- теплоємність вихлопних газів, кДж/(кг С). Масову витрату повітря Gпов, кг/с, що поступає у силові циліндри для утворення газоповітряної суміші визначають як різницю витрати вихлопних газів і паливного газу: Gпов Gг Gпг (4) де Gг - витрата вихлопних газів, кг/с; Gпг - витрата паливного газу, кг/с. За відомою температурою і масовою витратою повітря, що поступає у силові циліндри, визначають кількість тепла внесеного цим повітрям Qпов, кДж/с. Qпов Gпов tпов Ср пов (5) де Gпов - масова витрата повітря, кг/с; tпов - температура повітря, С; C р пов - теплоємність повітря, кДж/(кг С). Ne Qпг Qвих Qпов Qн з Qохол Qм Nмех де Nмех - механічні втрати потужності, що є відомою величиною для конкретного типу газомотокомпресорної установки. Приклад реалізації способу У даному прикладі наведені результати випробувань газомотокомпресорної установки типу 10ГКН, що використовується для перекачування природного газу на газокомпресорній станції. В процесі визначення корисної потужності газокомпресорної установки були виміряні і визначені наступні параметри і показники: дігріву охолоджуючої води, С; Свод - теплоємність води для інтервалу температур tвод, кДж/(кг С); tвих - температура охолоджуючої води на вивод ході з газомотокомпресорної установки; tвх - температура охолоджуючої води на вод вході в газомотокомпресорну установку. Втрати тепла через підігрів змащувального мастила Qм, кДж/с, визначають за виміряною температурою нагріву мастила і його витратою через газомотокомпресор: Qм Gм tм См (8) де Gм - відома витрата води на охолодження, кг/с; tм tвих м tвх - температура підігріву мастим ла у газомотокомпресорній установці, С; См - теплоємність мастила для інтервалу температур Лїм, кДж/(кг °С); tвих - виміряна температура мастила на вихом ді з газомотокомпресорної установки, С; t вх - виміряна температура мастила на вході в м газомотокомпресорну установку, С. Визначають корисну потужність газомотокомпресорної установки з рівняння балансу підведеної і відведеної від неї енергії: (9) - виміряна температура атмосферного повітря tпов=3,5 С на вході в газомотокомпресор і визначена його теплоємність Ср пов=1,0028кДж/(кг С); - виміряна температура вихлопних газів tпов=375 С і визначена їх теплоємність Ср г=1,087кДж/кг С; - виміряна масова витрата паливного газу Gпг=0,082кг/с і його температура tпов=11 С, визначена теплоємність Ср пг=2,2кДж/(кг С), теплотворна здатність Hпг=48350кДж/кг і необхідна кількість 7 13655 8 повітря для згоряння одиниці маси паливного газу - виміряна витрата охолоджуючої води Lo=17,1; Gвод=43,75кг/с, її температури на виході tвих =69 С вод - визначена кількість тепла внесена паливним газом і вході tвх =61 С газомотокомпресорної установки вод Qпг=Gпг(Hпг+Cр і розрахована їх різниця tвод tвих tвх =69вод вод пг tпг)=0,082(48350+2,2 11)=3966,68кДж/с; - виміряний приладом TESTO - 350 коефіцієнт 61=8 С та втрати тепла через водяне охолодженнадлишку повітря у вихлопних газах =3,06 і розня силових циліндрів рахована масова витрата вихлопних газів; Qохол Gвод tвод Свод =43,75 8 0,99947= Gг=Gпг( Lo+1)=0,082(3,06 17,1+1)=4,4кг/с; =349,81кДж/с; - визначена витрата тепла з вихлопними газа- виміряна витрата мастила Gм=17кг/с, його ми температури на виході tвих =56 С і вході t вх =46°С Qвих=GгtгCр г=4,4 375 1,087=1793,55кДж/с; м м - визначена масова витрата повітря на вході в установки і розрахована їх різниця газомотокомпресор вих вх tм tм tм =56-46=10 С та втрати тепла через Gпов=Gг-Gпг=4,4-0,082=4,318кг/с; підігрів мастила (См=2,139 кДж/(кг С)) - визначена кількість тепла, внесеного повітрям в газомотокомпресор Qм Gм tм См =17 10 2,139=363,6кДж/с. Qпов=Gпов tпов Cр Відомі механічні втрати у газомотокомпресорпов=4,318 3,5 1,0082=15,155кДж/с; ній установці складають 434 кДж/с=Nмех. - газоаналізатором визначена концентрація Корисну потужність газомотокомпресорної незгорілих вуглеводнів у продуктах згоряння установки знаходимо, використовуючи рівняння -6 Квуг=91 10 і розраховані втрати тепла через небалансу енергій повне згоряння паливного газу Ne Qпг Qвих Qпов Qн з Qохол Qм Nмех = Qнз=Gпов Hпг Kвуг=4,4 48350 (91 10-6)= =3966,68-1793,55+15,155-19,36-349,81-434= =19,36кДж/с; =1021,515кВт Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601