Curs1 (25.02.2005)
Cata vreme energia de zacamant caracterizata prin facorul productie cumulata extrasa intr-o perioada raportata la existenta rezervelor,la finalul aceeasi perioade adica factorul final de recuperare (FFR) se mentine la un nivel acceptabil. Extractia, transportul si distributia gazelor naturale se efectueaza pe seama energiei de zacamant.
Astfel, daca extractia, transportul si distributia gazelor naturale a inceput omologat in Romania in 1917, pana in anul 1965 nu a fost nevoie de nici o comprimare.Pe masura ce factorul de recuperare adica extractia cumulata depaseste rezervele in acel moment energia de zacamant scade si este nevoie deo energie mecanica de suprafata care sa faca posibila extractia, transportul si distributia gazelor naturalela consumator adica de comprimare.
Comprimarea G.N. pe masura ce energia de zacamanat scade, scazand prin declin natural presiunea si debitele zacamantului, este necesara in urmatoarele activitati:
a) comprimarea in extractia gazelor naturale
- are drept scop prin fenomenul de aspiratie al componentelor redresoare scaderea contrapresiunii peg aura de sonda deci cresterea debitului sondelor care este o functie de presiune de fund a stratului- presiunea dinamica exprimata prin relkatii matematice.
- cresterea presiunii de livrare a gazelor naturale de la cel care face extractia pentru ca acestea sa ajunga la o valoare posibila pentru aface transportul gazelor in conducte catre consumatori tinandu-se sa se ajunga la presiunile initiale ale conductei de transport
- cresterea prin usurarea extractiei a factorului final de recuperare
Nota
1) din cele de mai sus rezulta ca cu trecerea timpului expresiiile debitelor scad iar ratia de comprimare creste (ratia de comprimare sau raportul de comprimare este egal cu presiune ade comprimare a compresorului excprimata in bari absoluti, pe presiunea de aspiratie a compresorului exprimata in bari absoluti R = Pr/Pa (numar adimensional)
2) debitul este cantitatea de fluid care trece printr-o sectiune in unitatea de timp, cu anume viteza, si scade in timpul exploatarii. Debitul se exprima in unitati fizice: m3 ,mii m3 , milioane m3 , toate acestea raportate la secunda, ora, zi
Formula generala a debitului este: Q= S*P*v
3)Din cele de mai sus rezulta ca la alegerea utilajului de comprimare pentru extractie ne vom orienta asupra acelor care au o ratie mare de comprimare si debite relativ mici, acestea referindu-se la fiecare zacamant in exploatare si pana in prezent in industria extractiva tipul de comprimare potrivit este compresorul cu piston (format dintr-un cilindu cu supape de aspiratie si refulare in care un piston care pe o fata comprima gazul iar pe cealalta fata aspira gazul adica efect duplex. Acest lucru este asemanator cu o pompa de aer. Realizeaza o ratie mare de compruimare fiind vorba de comprimarea intr-un volum inchis de supape (P*V=z*R*T)
4) debitele in principiu sunt date de relatiie:
- volumul unui cilindru, numarul de cilindrii, cu cursa pistonului, randamentul volumetric, turatia, presiunea de aspiratie.
Compresorul este dependent de turatie. Dar turatie este limitata la compresoarele cu piston de masa pistonuluisi de frecarea acestuia cu peretii cilindrului, deci dezvolta forte de inertie datorita schimbului de directie alternativa a mosorului pistonului si de forte de frecare. Acest lucru conduce la ideea ca debitele comprimate cu piston sunt limitate la acesti factori sunt relativ mici.
5) Ratia de comprimare = Pr/Pa este limitata constructiv de: efortul in tija pistonului, presiunea ce se exercita prin sistemul biele manivela pornind de la efortul din tija catre asamblarile lagar ax, nu poate fi crescatoare peste limita care ar permite expulzarea (strivirea) filmului de ului pt ungere intre lagare si ax . Deci de regula raportul de comprimare este limitat de valoarea 3.
6) Datorita acestor impedimente si mai ales faptului ca comprimarea cu piston este o solutie invechita cu randamente coborate (randamentul mecanic sub 0.75) solutiile moderne impun inlocuirea acestora cu compresoare centrifugale multietajate care permit: scaderea volumului si greutatii compresoarelor cu piston de cel putin 10 ori in solutia centrifugala, marirea debitului de gaze prin marirea turatiei compresoarelor centrifugale ajungand la turatii de 10-30 de ori mai mari decat cele cu piston prin forte mai mici de frecare si lipsa fortelor de inertie (randamentul mecanic alacestora este de peste 90%) Pe parcursul exploatarii presiuniile de aspiratie ale sondelor scad spre 0.5-2 bar ceea ce determina tehnic si economic apropierea agregatelor de comprimare de sondele productive si inlocuirea oricarei solutii (cu piston sau centrifuga, cu pistoane cu surub).
Comprimarea in statiile subterane a gazelor
Gazele naturale in sezonul cald se produc in flux fata de cererea de consum, iar in sezonul rece productoa nu acopera necesarul de consum. De aceea in sezonul cald (aprilie septembrie), surplusul de potential de productie este este aspirat de unele conducte de transport si inmagazinat la presiuni inalte 70-150 bar in inmagazinari subterane care in ordinea importantel lor sunt: zacaminte de gaze naturale semi depletate sau epuizate (zacaminte exploatate in decursul timpului care au ramas la presiuni joase), zacaminte semidepletate sau epuizate de titei. Injectie de gaze in statiile acvifere acoilo unde nu se dispune de zacaminte semidepletate de gaze naturale sau de petrol, in caverne saline adica in statiile de sare se spala cu apa devenita saramura si se creaza goluride sare in care se inmagazineaza gaze sub presiune.
Rolul inmagaziunarii subterane
- preluarea varfurilor de consum din sezonul rece pe seama gazelor inmagazinate in sezonuil cald, preliarea gazelor de gaze (Romania ca si restul Europei importa gaze in proportie de 30-50% din consumul anual cu un coeficient de uniformitate in fiecare luna si sezon de 90%) acest lucru permitand contracte de import serioase pe termen lung si la un prt mult mai coborat.
Constituie un element strategic, politic si strategic deosebit de important atat pentru fiecare tara in parte cat si intre tari.Constituie element de specula legala. Se cumparaieftin gaze si se vand scump cand cererea este mare.
Din motivele sus aratate pentru rolul si importanta inmagazinarilor subterane directivele Europene (DE 30) impune: asigurarea capacitatilor de inmagazinare pentru fiecare tara membra care sa acopere 30 de zile din consumul total anual al tarii, pentru tari care a\u resurse de gaze cum este Romania. Sa asigure 60 de zile numai pe seama inmagazinarilor subterane pentru tari fara resurse sau cu resurse foarte mici de gaze (majoritatea tarilor europene).
Cea mai nare pondere in timpul de inmagazinare pe plan mondial o au cele in zacaminte semidepletate iar in Romania acest lucru reprezinta 100% din posibilitate.
Cu toate ca Romania are peste 16 miliarde m3/an cel putin capacitatea de creere a pernei active din inmagazinarea subterana realizeaza in prezent 3.5 miliarde m3/an perna active fiind pe ultime locuri ihn Europa. Perna activa inseamna ca introduci in sezonul cald si ce scoate in sezonul rece, adica adaosul de cantitate ed gaze peste cel existent la acel moment dat din zacamintele depletate.
Elemente de proiectare a elementelor cu piston
v = l-c(rl/k-l )
cspatiu mort in procente de volum total descris de cursa pistonului
r- raportul de comprimare intre presiunea de refulare si presiunea de aspiratie
k- coeficient adiabatic
v = 0.97 c ( z asp/z ref * rl/k-l )
z asp/z ref abaterile gazului real de la legea gazelor ideale in conditiile (P,t) de aspiratie si refulare.
Qz = 2(D2-d2)*h*n*nc* v *Pa*T*60* 24 /4*Tasp
2 dublu efect al compresoarelor cu piston, D diametrul pistonului unui cilindru compresor [m], h- cursa pistonului [m], n-turatia compresrului cu piston [rot/min] , nc- numarul de cilindri compresori, v randamentul volumetriv al comprimarii , Pa presiunea de aspiratie [ata], T temperatura de referinta (T=273.15)[K], Tasp-temperatura de aspiratie a gezelor [K] , 60 nr de minute /ora , 24- nr de ore pe zi, Qz debitul comprimat intr-o zi [m3/zi]
N = 104*k*Pa*Vc* v /(k-l)*60*75* nec * [(Pr/Pa)(k-1)k-l]
N puterea necesara a comprimarii , k-coeficient adiabatic, Pa presiune de aspiratie [ata], Pr presiune de comprimare [ata] , V- volumul geometric descris de piston in conditiile de aspiratie [mc/min] , v randament volumetric , nec randament mecanic, 104 coeficient de transformare in kgf/cm2 in kgf/m2
N=104*q*k/24.75*3600*(k-1)* *nec * [ r(k-1)/k-k] [CP]
Q debit comprimat, K coeficient adiabatic, Pa Presiune de aspiratie [ata], Pr presiune de refulare [bara], nec - randament mecanic, r = Pr/Pa ratia de comprimare
N=427*G*I/102 [KW]
G- debit masic G=Qv*0.717/3600 [kg/s], Qv debit volumic orar [m3/h], I cresterea entalpiei [kcal/kg],
N=427*G*Cp* T /102
Cp-caldura specifica, T = Tr-Ta, 1 KW=1.36CP, Tr- temperatura gazelor la refulare[k], Ta- temperatura gazelor la aspiratie [k]
Curs2 (03.03.2008)
Compresoarele cu piston au in componenta urmatoarele:
1 Motoarele de antrenare care pot fi:
- motoare termice in 2 si 4 timpi,
- de arborele cotit al motorului de antrenare care este comun si cu cilindri compresori, printr-un sistem biuela manivela, care transforma miscarea de rotatie a arborelui cotit in miscare liniara alternativa, se leaga tijele cilindrilor cimpresori, tija pistonului, tija pistonului, care culiseaza alternativ in cilindri compresori, piston,
- pe partea de iesire a tijei pistonului din cilindrul compresor exista o etansare pe tije pentru a se evita iesirea gazelor comprimate in exterior pe langa tije, etansarea se mai numeste presetupa.
- la partea dinspre arborele comun a cilindrului compresor si la capul opus, 2 de aspiratie, 2 de refulare,
-in deplasarea lui alternativa pistonul in cilindru realizeaza un efect duplex adica pe o fata a pistonulei expira gaze naturale iar pe cealalta parte comprima gaze naturale acest lucru in forma debitului se regaseste prin cifra 2
- la capatul opus motorului de antrenare in loc ca acesta sa fie inchis cu o flansa oarba exista un mecanism, numit variator de debit, adica o prelungire a cilindrului compresor, nestrabatut de miscarea pistonului, deci un spatiu mort adica un dispozitiv ce modifica in sensul scaderii, randamentul volumetric al compresorului in formula de debit de *V.
In acest cilindru variator de debit culiseaza un piston care daca este in pozitia dinspre cilindrul compresor propriuzis spatiul mort este egal cu 0 deci nu are nici o influenta asupra randamentului volumetric, iar daca este deplasat inspre partea opusa ciliundrului compresor spatiul mort este maxim, randamentul volumetric este inrautatit putand scadea efectul volumic al comprimarii cu 50 %.
Variatoarele de debit tocmai pentru a modifica prin randamentul volumetric debitele pentru fiecare cilindru in parte sunt actionate, respectiv pistonul lor sa fie manual fie automat.
Compresoarele cu piston indiferent de modul de antrenare cu o turatie aproximativ constanta, in formula debitului intrand, cilindreea= suprafata puistonului * cursa pistonului * numarul de cilindrii, toate date nevariabile, dar si date variabile respectiv presiunea si temperatura gazelor la aspiratie rezulta ca din aceste variabile, debitul poate sa creasca indiferent de functia marimii, crescand debitul creste si puterea putand depasi volumul maxim pentru care au fost proiectate, agregate ce au rolul variatorului de debit este tocmai acela ca in astfel de tendinte de scadere prin randamentul volumetric, debitul sau puterea astfel incat agregatul sa fie protejat.
- cilindri compresori pot fi intr-un numar de 2-6 dispusi de o parte a arborelui comun cu motorul ( in special la anmtrenarea cu motoare termice ) Sau dispusi in pereche si in cazul Romaniei 1 si 1 de o parte si alta a arborelui comun cu motorul electric. Acesta dispunere a cilindrilor compresori se numeste cilindrii baker
- functionarea cilindrilor unui agregat de functionare se poate face in paralel adica toate aspira dintr-un colector comun, toti refuleaza intr-un colector comun, sau cu functionare in serie adica presiunea de refulare a unui cilindru devine presiune de aspiratie pentru alt cilindru pentru a se evita depasirea raportului de comprimare egal cu 3 pe axa a pistonului unui cilindru
Conditiile comprtimarii in trepte sunt urmatoarele:
- Ratia pe fiecare treapa sa fie mai mica sau egala cu 3 egala cu radical de ordin n (r tot)
- debitul ce iese dintr-un cilindru si care intra in cilindrul urmator invecinat trebuie sa fie egal pentru a se respecta ecuatia de continuitate a debitelor.
Deci egaland ecuatia debitului [e cilindrul 1 cu ecuatia debitului pentru cilindrul 2 abservam ca cursa, turatia si numarul de cilindrii sunt aceeasi schimba:
- debitul pistoanelor si cilindrilor la cei doi cilindri
- presiunea de aspiratie la cilindrul 2 este presiunea de refulare la cilindrul 1
- se schimba temperatura gazelor la aspiratie in al doilea cilindru este egala cu temperatura gazelor la refulare la primul cilindru => tr=ta*r(k-1)/k, unde k=1.4 coeficient adiabatic = Cv/Cp.
Din aceasta cauza se recomanda ca intre cele 2 trepte invecinate sa existe o racire a gazelor astfel ca temperatura de intrare dupa primul cilindru din cel; de-al doilea sa fie cu maximum 10-20oC mai mare dect temperatura de intrare in prima treapta la aspiratie.
-deoarece functionarea pulsatorie a pistoanelor in cazul comprimarii cu cilindri compresori creaza unde alternative respectiv pulsatii care sunt caracterizate prin anumite frecvente si aplitudini de la vibratii care se transmit intregii instalatii de aspiratie si refulare a statiei care functie de configuratia ei geometrica au vibratii proprii si in cazul in care vibratiile proprii ale unora se suprapun are loc fenomenul de rezonanta care distruge instantaneu respenctivul element.Pentru a se evita acest lucru se iau anumite masuri constrictive ale grupului constructiv cu piston sub cilindrii comprtesori se monteaza antipulsatie Pa si deasupra butelia pentru refulare.
Motoare de antrenare a compresoarelor cu piston.
Motoare termice
Motoare termice sunt cu piston si de doua feluri:
a) motoare termice in 2 timpi realizeaza ciclul motor a dinamici comprimarea, explozia ; evacuarea gazelor are loc la o singura rotatie a arborelui cotit, puterea fiind determinate de relatia Pmed dupa explozie * cilindreea /450
Motoarele in 2 timpi nu au supape de adimisie si evacuare, nu au arbori cu came sau axe cu came deci nu au distributie.
Problemele de adimisie si refulare a gazelor se rezolva prin practicarea in peretii cilindrului a unor forte decalate care joaca rolul supapelor de admisie sa a acelora de evacuare functie de pozitia pistonului motor.
Comparand aceasta solutie a motoarelor in 2 ti,pi cu solutia motoarelor in 4 timpi care au supape de admisie, supape de refulare, axe cu came deci un sistem de distributie dar care realizeaza ciclul motor la 2 rotatii ale arborelui cotit si sunt caracterizate prin relatia
Puterea = presiunea medie in cilindru * cilindreea / 900 ca la aceeasi cilindree la aceeasi turatie un motor in 2 timpi face cat 2 motoare in 4 timpi, de aceea in baza acestui avantaj teoretic pentru a crea o statie de comprimare cu piston cu nu numar redus de agregate de comprimare se refera la motoarele in 2 timpi.
Dar motoarele in 2 timpi au o functionare zgomotoasas si nerotunda
- lipsa supapelor de admisie si refulare face ca evacuarea gazelor arse sa nu fie completa fapt pentru care o parte din amestecul de gaze de combustie + aer proaspat sa se piarda tocmai pentru evacuarea completa a gazelor arse prin efectul de baleaj, fapt ce reduce randamentul termic al acestor motoare fata de cele in 4 timpi
- uzura mai rapida a segmentelor pistonului si cilindrilor
- consum sporit de apa si ulei necesar racirii cilindrului si ungerii acestuia precum si un consum de apa pentru racire si a uleiului la iesirea lor in cilindrii
b ) motoare termice in 4 timpi
Dezavantajul lor de a realiza ciclul motor la 2 rotatii ale arborelui cotit ramane dar este diminuat prin:
- o functionare silentioasa si rotunda a motorului
- o uzura mai redusa a pieselor din compunerea cilindrului piston segmente de mecanism biela manivela
- o incarcare mai uniforma a arborelui cotit
- posibilitatea reglarii mai precise a temperaturii de functionare a fiecarui cilindru motor conditia ideala fiind realizarea aceleiasi temperaturi la fiecare cilindru motor
- au randamente termice cu cel putin 10% decat cele in 2 timpi si realizeaza un consum de apa si ului mai redus pe cal putere decat cele in 2 timpi
Dezavantajele motoarelor termice
- motoare termice in 2 si 4 timpi au de regula 6-12 cilindrti montati in V ci au puteri cuprinse intre 300 si 2200 CP
- au turatii coborate ( 300-900 rot/min) datorita fortelor de frecare si de inertie si de aceea compresoarele cu piston antyrenate de ele nu pot realiza debite mari debitele fiind o functie de turatie
- au turatia relativ constanta 5 % fata de cea nominala
- necesita fundatii masive in hale in care sunt montate
- avand randamente termice intre 15 si 35 % inseamna ca sunt puternic poluante prin gazelle arse avacuate in atmosfera
- necesita un personal numeros de intretinere si exploatare, piese de schimb cu consum foarte mare si datorita uzurilor nu realizeaza mai mult de 700 de ore de functionare continua intre 2 interventii
Curs3 (10.03.2008)Supraalimentarea motoarelor termice
1. Pt a a avea o ardere cat mai completa indiferent ce forma de combustibil fosil (carbune , motorina , benzina , gaze naturael , etc) trebuie ca dupa felul combustibilului sa existe un nr de parti (volume) de aer la o parte (volum) de combustibil.
2. La gaze naturale trebuie sa avem pt o ardere corecta functie de natura gazului (cu mai mult sau mai putin CH4) 12 parti aer la o parte gaze naturale .
3. Daca nu se indeplineste conditia de mai sus nu se poate creste puterea motorului dandu-i mai mult combustibil (de ex la motoarele cu combustibil lichid fenomenul este de inecare).
4. De acea pt a marii puterea unui motor termic de o anume cilindree (sectiunea cilindrului * cu cursa pistonului * cu nr de cilindri * cu turatia ) respectiv de a fi alimentat cu mai mult combustibil trebuie mai mult aer de combustie pt a se respecta permanent , deci la orice turatie proportionalitatea intre partile de aer si partile de combustibil .
Motoarele termice pe benzina , motorina sau gaze naturale sunt de 2 felurii:
-motoare aspirate adica patrunderea aerului de combustie in amestecul comburant se face numai prin sistemul de aspiratie la coborarea pistoanelor in cursa de admisie care bineinteles este functie de cilindre si turatie.
M=71620*N/n , unde : M-cuplu motor , N-puterea , n-turatia .
5. motoare termice supraalimentate , adica aerul de combustie nu este aspirat de pistoane ci este introdus fortat .
6. Cand vorbim de parti aer la parti combustibil trebuie sa tinem seama de fapt de parte greutate si nu numai volumica deoarece :
-combusttibilul are o greutate relativ constanta in timp ce aerul isi creste grutatea functie de scxaderea temp si isi scade greutatea functie de cresterea temp
-aerul are o anume greutate , respectiv greutate specifica la nivelul marii care este maxima si o valoare minima cu cresterea altitudini.
De acea orice motor termic , fabricantul ii garanteaza o anume putere si in cadrul motoarelor industriale ofera si curbe de corecti a puterii motorului functie d temp si greutatea aerului de combustie .
7. Motoarle supraalimentat au pt aceasta decuplata la un momentdat simpla aspiratie a aerului si inlocuirea cu aer supraalimentat , atunci cand este nevoie de a obtine o putere mai mare , respectiv o mai mare cantitate de combustibil. In variantele moderne poate sa existe solutia de mai sus sau permanent , comenzile si corectiile fiind date de un calc de combustie care ia in considerare mai multi factori printre care cerinta de putere , tipul de combustibil , altitudineea , temp aerului , etc.
8. Supraalimentarea motoarelor termice se realizeaza prin turbo suflante care sunt compuse din :
-o turbina de detenta actionata de gazele arse din galeria de ardere a lor care utilizeaza :
*debitul de gaze arse ;
*presiunea gazelor arse la sfarsitul ciclului de evacuare ;
*temp gazelor arse , respectiv efectul entalpiei si entropiei rspectiv cresterea puterii respectiv a turbinei;
- turbina respectiva este legata printr-un ax la un compresor de aer care aspira aerul din atmosfera deci mai mult aer decat prin simpla aspiratie il comprima , deci il introduce cu o pres mai mare in amestec , si ii creste si temp de compresie , Tref=Tasp*r(k-1)/k unde : k-coeficient adiabatic al aerului .
9. In acest fel motorul termic supraalimentat are de castigat deoarece :
-utilizeaza o parte din energia termica evacuate prin gazelle arse in atmosfera (creste randamentul termic) ;
- scade afectul d poluare datorat temp si compozitiei gazelor marse ;
- creste puterea motorului la aceiasi cilindree si la aceiasi turatie a motorului .
De ex la motoarele rusesti si altele de tip 10GKgMNA de 1000 CP ce antreneaya compresoarele cu piston in multe statii de comprimare din Romania a crescut la 1500 CP , respective si consumul de gaze de combustie .
10, Cazuri speciale :
- pana la intrarea intr-un regim apropiat de cel nominal al motorului cand exista mai puttine gaze arse la evacuare pot sa existe antrenari ale compresorului de aer cu motoare electrice sau alta solutie auxiliara;
- daca avem o rata un raport de compresie mare al compresorului axial e aer de combustie sau daca comprimarea se face prin turbosuflante inseriate pt racirea aerului respctiv pt marirea masei , greutatii acestuia dupa turbo suflanta sau intre turbosuflante avem un racitor de aer inaintea introduceri in amestecul comburant acre se numeste intercoler . Racirea functie de destinatia motorului termic a aerului de combustie si de zona climaterica poate si si inaintea turbosuflantei .
Antrenarea cu motoare electrice
Acest tip de actionare are urm avantaje:
a) motoarele electrice au randamente de 80-85 % fata de motoarele termice cu pistton in 2 si 4 timpi care au randamente termice intre 18-30% ;
b) motoarele electrice nu polueaza atmosfera pt ca nu exista gazele arse evacuate in atmosfera ca la motoarele ttermice .
c) motoarele lctrice nu polueaza atmosfera nici fonic avand functionare silentioasa si continua .
d) motoarele electrice au un consum redus de ulei , frecarile fiind reduse numai la nivelul lagarelor axului rotorului lor;
e) au un consum rdus de apa de racire tot datorita faptului ca frecarile sunt mult reduse ;
f) motoarle electrice au un volum si ogreutate mult mai redusa decat motoarele termice , au o durata de functionare mult mai mare , d 10 ori nr de ore d functionare intre 2 interventii , revizi sau reparatii;
g) motoarele electrice necesita un volum de piese de schimb foarte reduse fata de motoarele termice rezumandu-se numai la lagarele axului rotoric si la diverse auxiliare ale acestora;
h) se preteaza la automatizari mult mai simple si mai eficiente decat motoarele termice.
Dezavantajele motoarelor elctrice :
a) o gospodarie energetica foarte complexa si costisitoare si rstrictiva deoarece:
-o statie de compresoare cu pistoane actionate de un motoare electrice trebuie sa se racordeze la 2 linii de rtransport curent electric alternativ de inalta tensiune diferite (40.000, 110.000, 220.000, 400.000 V , lini diferite si de regula cu surse ce le alimenteaza termocentrale, hidrocentrale , attomocentrale ) .
- la racordarea celor 2 linii de inalta tensiune exista pt fiecare racord in parte o statie de transformare sau una de aceiasi tensiune care transforma de la inalta tensiune de transport la 10.000 sau 6.000 V ;
- de la aceste posturi trafo de legatura cu linile d inalta tensiune avem 1-2 linii care fac legatura de regula la 10.000 V cu statia de electro compresoare ;
- in statia de electro compresoare avem posturi trafo care asigura urmatoarle :
=6.000 V pt anttrenarea motoarelor electrice ale compresoarlor cu piston ;
=400 V pt alimentarea motoarelor electrice d la pompele de apa , de ulei , ventilatoar , masini unelte , etc;
=240 V pt alimentarea circuitelor de iluminat a prizelor pt diferite utilitatii ,, etc;
- la fiecare motor electric avem dulapuri elctrice dotate cu aparate de masura si control pt linii retrase : amperaj , tensiune ; putere activa; putere reactiva; diferite alte caracteristici electrice si protectii.
Nota :
1) Din cele d mai sus rezulta faptul ca pt statii de puterii mari aceasta solutie nu se poate aplica daca nu exista in zona cel putin o linie de inalta tensiune .
2) Actionarea statiei depinde de o forma externa de energie nu ca motoarele termice unde gazele naturale se gasesc in statie .
3) Depinde de pretul energiei electtrice care in Romania este produsa 1/3 tot pe seama gazelor naturale atunci randamentul real pt aceste surse de energie electrica cu consumurile din extractie , transport , randamentul de numai 30-40% a centrallor electro termice in transformatoare si transport a curentului electric de 10 % ajung la motorul electric care local are randamentul de 80-85% defapt la un randament de utilizare a moleculei de gaz sub 10% cea ce inseamna ca aceasta solutie este indicata in cazul in care avem energie electrica ieftina (atomica , hodro sau pe combutibili ieftini ) si nu este o solutie indicata atunci cand energia electrica este produsa prioritar pe seam gazelor naturale.Curs4 (18.03.2008)
Tipuri de motoare electrice
Motoarele electrice trebuie sa fie intr-o constructie speciala anti-incendii(sa nu permita posibilitatea accesului gazelor naturale existente in hale sa ajunga in zona unde sar putea produce o scanteie electrica respective aprinderea acestor gaze) tot in acelasi scop in carcasa motorului electric cu ajutorul unor ventilatoare se trage aerul din afara halei si se injecteaza in carcasa .Indiferent de tipul motorului folosit toata partea electrica din interiorul halei inclusive motoarele electrice avizate si autorizate de fabricant , la proiectare , la constuctie de catre autoritati si institutile autorizate.Motoare electrice asincrone
Pot fi de tipul:bobinate sau cu colivie.Sunt motoare robuste , simple , cuplu la demaraj ridicat de ordinal a 2 cupluri nominale dar care au un factor de putere mic.Factor de putere inseamna cat din energia consumata e activa si cat e reactiva..Factorul e putere se mai defineste si sub forma de cos , pe principiul vectorului putere totala , putere activa , putere reactiva cos =Pa/Pt . Factorul de putere sau cos e o marime economica si constituie si criteruiu de penalizare din partea furnizorului
Motoare electrice asincrone bobinateCuplu motor nominal este egal cu 50% cuplu max.Datorita rezistentei rotorice curentul de demaraj poate fi de 4 pana la 10 ori mai mare fata de curentul nominal.De aceea datorita si necesita reducerea dimensionarii intrgului circuit electric aceasta valoare treuie coborata prin:
a)pornirea printr-un dispozitiv stea-triunghi care aplicat la stator curentul e redus cu 3 dar cuplu de demaraj e diminuat in proportie e 1/3 si de aceea sistemul e valabil cu conditia pornirii agregatului electro-compresor in golb)reastate trifazate in serie cu statorul raportul de reducere al curentului de pornire e variabil deci se obtine un current de pornire redus insa cuplu de demaraj scade
c)autotransformator de demaraj cuplu de demaraj si cererea de current sunt reduse in aceiasi proportie e un process foarte bun dar costisitor
d)reastat trifazat in serie cu rotor acest process asigura un cuplu ridicat de demaraj deci putere pornirea compresurului in sarcina , acesata metoda se utulizeaza numai la motoare bobinate
Motoare electrice asincrone cu dublu colivieRotorul unui astfel de motor are un cuplu de demaraj ridicat pana la de 2* cuplu nominal.Si aici curentul de demaraj e mare dar mai mic decat la cele bobinate (2-6 ori mai mic decat curentul nominal)
Motoare electrice sincrone
Sunt de regula de tipul cu poli inecati si 200-1500 rpm .Cuplu motor e furnizat numai la viteza de sincronism de aceea de regula pornirea se face cu ajutorul unui motor asincron pana se atinge viteza de sincronism.Curentul de demaraj e de 5-10 ori mai mare decat intensitatea nimonala si trebuie prevazut cu dispozitive care sa scada curentul de demaraj.
Motoare electrice asincron-sincronSunt motoare asinconice bobinate care devin sincron prin prisma unui current continu de exicitatie la rotor.Factorul de putere e avantajos dar costurile sunt ridicate.
Motoare electrice cu turatii variate
Unul din dezavantajele motoarelor electrice de antrenare a compresorului cu piston este turatia acestora dup ace intra in regim nominal e constata , nepermitand astef variatia debitului, de aceea pentru a se obtine posibile variatii turatia se folosesc:
-variatie discontinua a turatiei prin schimbarea numarului de poli ai unui motor asincron.Se utilizeaza la motoarele asincron cu colivie unde se schimba nr de poli ai statorului se pot realize astfel motoare cu 2 trepte de turatie de 50% si 100% din turatia nominala
-motoare trifazate la collector e o solutie moderna principiul consta in injectarea in rotor la collector a unei forte electro-motrice de faza si amplitudine variabila
Procedee electrice si electronice pentru cresterea factorului de putere
1) energia de alunecare e restituita retelei de alimentare prin intermediul unui ansamblu static cuprinzand redresoare , ondulator cu tiristuri . E un procedeu ptr puteri de 400-600Kw simplu dar costuri mari de exploatare si intretinere
2) energia de lunecare e recuperate printr-un redresor si un motor electric de current continu alimentat de aceasta energie , ce antreneaza un generator ce produce current electric ce se distribuie in retea.
Fenomene vibratorii la folosirea compresoarelor cu pistonCurgerea gazelor naturale prin conducte prin diferite subansamble provoaca frecare care la randul sau provoaca vibratii
Cum vibratile pot fi amplificate functie de grosimea de perete , lungimea intre 2 reazeme , gradul de libertate a conductelor si subansamblelor , rezolvarea problemei pentru fiecare in parte are un fundament matematic , teoretic , extreme de complicat , proiectarea unei staii de comprimare cu piston cu conductele si subansamblele aferente e extrem de dificila , fiecare staie in parte , fiecare configuartie e un caz aparte iar intocmirea unui studiu pentru evitarea vibratiilor e extreme de costisitoare.
De aceea de regula sa iau masuri cu caracter general ptr diminuarea vibratilor , a pulsatilor care le genereaza cum ar fi:
-ptr motoarele de antrenare(cele termice in special) se calculeaza si se realizeaza fundatii massive pozate in teren rigid , fara prezenta straturilor de apa
- motoarele termice sunt cu un nr de cilindri cu atat mai mare cu atat mai bine(6-12 cilindri) ordinea aprinderi fiind aleasa ptr o uniformizare a fazelor functionale ale acestora(admisie , compresie evacuare)
- la cilindri compresori ce au legatura prin sistemul biela-manivela printr-un arbore comun se monteaza butelii anipulsatorii sub cilindri compresori ptr faza de aspiratie deasupra ptr faza de refulare.Rolul buteliilor antipulsatorii cu diametre marite fata de diametrele conductei de aspiratie sau refulare si cu o sectiune mai mare decat suma sectiunilor conductei de aspiratie si refulare a fiecarui cilindru in parte e de a constiui un vas tampon cu rolul de a linisti prin acumulare a efectelor pulsatorii si a fazelor de aspiratie , refulare ale fiacariu cilindru , tinandu-se seama de faptul ca nu toti cilindri sunt in acelasi timp la aspiratie si refulare.Buteliile antipulsatorii pot fi cilindrici
- lungimea diferitelor segmente ale conductei de aspiratie/refulare ce se sprijina pe suportii din beton trebuie sa fie diferita pentru a rupe unde de propagare a vibratiei , suporti trebuie sa fie dimensionati corespunzator si ingropati in teren stabil
- conductele intre suporti trebuie sa aiba o lungime cat mai mica ptr ca lungimea e un factor favorizant , sa fie cu peretii grosi si cu diametre mai mari decat cele rezultate din calcule ptr a micsore elesticitatea armaturilor trebuie de asemeni sprijiniti si ancorate de fundatie . Masa lor , inaltimea lor constituie un factor de amplificare a vibratilor Compresoare centrifugaleAvantaje:
1) fenomenul comprimarii e continu nu pulsatoriu si de desfasoare astfel:
-la aspirateie gazele naturale intra in partea inferiaora a paletiilor rotorului in vecinatatea axului rotor
- prin miscarea de rotatie moleculele de gaze sunt atrenate intre s idea lungul palelor rotorice si intre paletii statorici imprimandu-se o energie cinetica din ce in ce mai mare pe masura ce moleculele urca spre partea superioara a palelor rotorici.
- la iesirea de pe paletii rotorici printr-un system de ajutaje energie cinetica se transforma in energie potentiala(pres) si de aceea acest compressor centrifugal nu au supape de aspiratie si refulare , au o functinare continua si nu genereaza vibretii
2) compresoarele centrifugale au mase mici in miscare (respective rotorul) si fara forte de inertie fara forte de frecare si de aceea li se poate imprima turatii foarte marii intre 15000-30000 rpm
3) cum compresoarele centrifugale nu au supape de aspiratie si refulare raportul de comprimare pe un etaj rotoric e de 1.16-1.25
4) daca dorim sa folosim compresoare centrifugale pentru rapoarte de comprimare mai mari de 1.2-1.5 este nevoie de inserarea mai multor discuri rotorice obtinand astfel ratii de comprimare de 5-7
5) o solutie moderna de comprimare o reprezinta compresoarele cu surub . Acest tip de compresoare cu 1-2 suruburi e cea mai indicata solutie la comprimarea in campuri fiind amplasate in vecinatatea sondelor sau a grupurilor de sondesi pot ridica pres de la 0.5 la 8-12 bar
6)compresoarele centrifugale functioneaza in aer liber deci nu necesita hale ele fiind potejate impotriva intemperiilor printr-un acoperis simplu si usor din aluminiu
7) neavand frecarii mari gospodariile de apa si uleiuri sunt simple diminunde astfel si pe aceasta cale investitile ca volum si cheltuieli
8) randamentul volumetric in cazul compresoarelor centrifugale este inlocuit de randamentul adiabatic ce depasete 95% fata de max 70% la cele cu piston
9) daca compresoarele centrifugala nu sunt afectate de vibretii in schimb problema caractersitica si de periculozitate o constituie pompajul , ca la orice masina rotativa.Pompajul e un fenomen complex explicat simplist prin ruperea ecuatiei de continuitate a debitului si fizic prin intoarecrea sensului de curgere a debitului de fluid . Ptr fiecare compressor centrifugal ca tip si parametrii e desenata curba ce delimiteaza zona de pompaj din care rezulta ca la rotatii mici si debite mici suntem intotdeauna in zona de pompaj de aceea cum in secventele functionale pornim de la o ratie egala cu 1 si un debit mic trebuie ca in mod artificial pana se ajunge la zona din afara zonei de pompaj sa marim unul din acestii parametrii .Curs5 (01.04.2008)
Intrucat compresoarele cenbtrifugale ade gaze naturale creaza debite de gaze prin configuratia paletajului rotoric si turatia acestuia care se traduce prin sisteme imprimate molecular de gaze naturale deci de-a lungul paletajului iar presiunea prin transformarea energiei cinetice imprimate de viteza de inertie a moleculelor din varful paletajului in energia potentiala prin trecerea printr-un sistem de ajutaje inseamna ca calculul detaliat al caracteristicilor ale puterii al ratiei al debitului se face prin analiza vitezelor moleculelor tinand seama si de forma paletajului rotoric (palete perpendiculare pe axul rotaric, palete curbate spre dreapta, palete curbate spre stanga.
Gazele care intra in rotor in punctul A (partea inferiaoara dinspre axul rotraric al paletei egala cu W gaz aspiratie si se descompune intr-o viteza periferica tangentiala la paletele din aceste 2 viteze conform triunghiului vitezelor similar cu triunghiul de descompunere a fortelor dupa diferite directii dau viteza absoluta a gazelor la iesirea din rotor
Momentul de intrare a gazelor in punctul A este egal cu Q *r1*Ca * cos 1 /q mmomentul de iesire este egal cu Q *r2Ca * cos 2/q diferenta intre momente in punctul A de intrare si deiesire inmultite cu viteza unghiulara reprezinta energia necesara comprimarii. Din aceasta relatie rezulta ca puterea exprimata prin relatia
O alta notiune este data de relatia H=E/*Q sarcina adiabata care rep puterea la greutate.
In calcule se utilizeaza urmatoarea formula N=407/102*G*deltat*cp unde G= nQv*ro*0717/3600 unde Cp=0.523.Bineneteles ca in natura de tarnsformare se ia un singur etaj rotoric dar daca aunt mai multe etaje rotorice inseriate unde pres de referinta . Fata de prezentarea teoretica pb sarcini adiabatice data de formula lui N sarcian adiabata este mai redusa . In general pentru conductele magistarle randamentul mecaniceste de 95-955 , randamentul adiabatic 85-87% diametrele discurilor rotorice intre 100- 100m ,turtii creste la 605 din turatia nominala si 125 % tot din turatia nominala viteza e cuprinsa intre 290 si 350 m/s. Ratia pt n etaje e data de rel N .Tot ca notiune teoretica in afara de inaltimea adiabatica intalnim notiunea de inaltime politropica care e de fapt reducerea inaltimi adiabatice cu randamentul. In afara de calculele teoretice toti parmetrii de fct ai unui comp centrifugal functie de altitudine unde este montat comp centrifugal . temp ext a aerlui de combustie sunt redate de un management complex care det proocesul real nec comprimarii la un moment adt fct aer poate carcter ceo inf.
Regalrea debitului de gaze comprimate la comp centrifugal .
Daca la comprimare cu piston turatia e relatin ct singura sol de var a debitului prin grupul compresor e var randamentului volumetric al comp cu piston cu ajutorul variqtorului de spatiu mat. La comp centrifugale de gaze naturale turatia paote cvaria intre 90-110% fata de turatia nominala cu con treceri rapide la val tratiei critice. Q= f(N) acest lucru datoranduse faptului ca comp centrifugal de gaze are pe aceasi ax cu turbina lui de antrenare care este antrenata nu mecanic ci dinamic de gazela arse c eprovin dup ce aceste aies din camera de ardere antreneza turbina.
Pompajul si cobaterea acestuia la compresoarele centrifugalecu gaze.
Compresoarele centrifugale de g.n ca orice masina rotativa daca rotoarele nu sunt perfect echilibrate si daca nu au depuneri pe ele ca ca se le scoata din situatia de ech perfect. In sch toate masinile centrifugale la un anumit moment de functionare caracter printr-un un anume debit si o anume ratie de comprimare. Fenomenulde pompaj este complex implicit realizanduse prin nerespectarea ecuatiei fundamentale de continuitate a debitului prin tendinata de sch a regimului de curgere a debitului.
Parametrii.
In cazul compresoarelor centrifugale de gaze de care depind in fct de zona de pompaj sau aproprierea zonei de pompaj (desen 10.20) ratia sau inaltimea adiabatiaca si debitul . Din aceata curba rezulta ca intodeauna la ratii de comprimare mai mici sau egala cu cea a debitului , tinzand spre 0 avem: pornirea in sarcina a compresorului centrifgal, in toate momentele de fct de la punerea in fct pana se ajunge la o turtie de minimul 90%, in faza de porire dela un anume pct de fct pana la oprire ,in cazul in care avem mai multe compresoare ce fct in serie sau i paralele sau mai multe care nu pornesc sau se poresc, Din cela d emai sus rezulta ca comp centrifugale de gaze naturale in afara zonei de fct normala si neexistand si turatii anormale legate de functionare celorlalte grupuri sau starea cond dci in situatia absolut normale este in permanent in zona de pompaj zona periculoasa cu manifestarii. Penrtu a evita zona de pompaj twebuie sa asiguram in permanenta si artificial debite si ratii sau unul dintre acesti paremetrii de preferinata debitul lao corespunzatoare iesirei din zona de pompaj. Acest lucru se realizeaza prin recircularea debitului prin sist de bypass pe care este montat un robinet automat aflat in pozitia inchis , partial deschis sau deschis total fct in dif momente si situatii in care se gaseste comp fata de curvba s acracteristica de pompaj.(desen). Recircularea debitului de gaze din comp intre refulare si aspiratie creaza un debit marit care scade ccomp din zona de pompaj dar recircularea nu poate dura mai mult de 10-30 min deoarece prin recirculare temp gazului creste .
Functionarea sist antipompaj respectiv crearea uniu ndebit artificial prin recirularea cu ajutorul robinetului antipompaj de pe bypass intre refulare si aspiratie nu pate fi condusa nanual intrucat succesiunea fata de modifaicare a debitului este foarte rapida si depinde de o serie de factori imnposibil de ralizat de o manevarare manuala. De aceea robinetul antipompaj in sensul inchideri si deschiderii lui sau o faza intermediara intre inchis sau deschis este contorlt automatic sau de o logica de comanda fiecare tip de compre sor din fabricatie e parevazut cu acesta instalatie si anuma: un captor de turatie insatantaneuu, un captor reducator de presiune de aspiratie si pres de refulare, un captor si traducator de temp pe refulare si aspiratie . Acesti transforama in semanle elecrtice sunt taransmise la un calculator care det zon reala de functionare la un moment dat a comp centirfugal de gaz in interiorul curbei de pompaj deci in zona de pompaj.De la acest aclculator de se emit un semnal electric ce caracter zona de pompaj la un alt bloc de calcul ce rep zona din afara zonei de pompaj dela acest calcul , intre semanlul fct comp in zona de pompaj , prin comparare cu val antipompaj se emite un semnal larobinetul de antipompaj comandand inchiderea sau deschiderea sau o pozitie intermediara astelca prin venirea poz acesteia intre deschis sau inchis intodeauna compresorul sa functioneze in regim de antipompaj.
Antrenarea compresoarelor centrifugale
Comp centrifugale de gaz pot fi antrenate: Oturbina actionata de abur solurtia nu se mai utilizeza dotrita complexaitatii constructei , antrenarea de un motor elecrtic si anume turatia ct amotorului respectiv al comp centrifugal de gaze ,faptul ca respectivul comp centrifugal sau ratia de comprimare depinde de o frma de energie ext, antrenarea de turbine de gaze care au avantajele; agentul motorului gazul se afala in statie , turbonmasinile de antrenare se comp: o xa areo turbina de antrenare a compresorului axial de aer , o alta axa indepedenta mecanic de prima care cuprinde turbina de putere utila . In acest fel cele 2 axe se invart indepedent putand crea: turatii egale , turatia axei 2 mai mare decat turatia axei 1 daca comp centrifugal antrenat nu este incarcat la regim maxim, axa 2 avand turatii mai mici decat xax1 daca comp def=gaze incaract pa prmetrii debitului . De aceea turatia axei 2 paote varia intre 90-110% repestiv poat avea debite variabile si binenteles fct deacestea si ratii variabile in cadrul unei puteri necesare coprimarii de asemenae variabile.
Famili de turbomasini pt coprimarea gazelo naturale
1 Generatoarele degaze arse intra: compresorul axial de aer dotat cu 7-11 etaje rototice care aspira din atm aerul il comprima pana la 7-11 bari, cu cresterea corespunzatoare a temp arerului; camera de arderein care intra aerul de combustie de la copresorul axial de aer si gazele de combustie; Gaazela arse la debitul ,presiunea si temp la care ies din camerele de ardere antreneza turbina de incarcarea comp axial de aer. 2 Odata cu dezvoltarea turbinelor de corectie s-a pus in evidenta avantajele acestor turbine sau dezvoltai in sua dupa razboiul rece din coreea so vietnam . Turbinele de corectie cu un singu axa cuprizand comp axial de are , camera de ardere si turbina de antrenare a compresorului axial de aer produsul acestui ech sunt gazele arse , si dupa utilizare lor avem: estimarea setului de gaze arse , antrenarea axei turbinei comp axial de aer ei mecanica si prin inermediul unor reducatoare de turatie . Pentu adoptarea lor , a comp centrifugale pe gaz , au fost necesare: tarnsformarea camerei de ardere de pe comb pentru g.n., scoaterea 1-2 etaje de la turbina de antrenare a comp axialde aer, crearea uni sit de lagare de susutinere pt axa 2.Acest tip de turbine au fost adopate la utilizarea lor si au urmatoarele avantaje: raport acesibil intre putere/greutate 1 de 10 ori mai bun decat turbinele din prima familie, randament termic de 30-40%, randament macanie de peste 90%, temp gaz de ardere 900-950 grade C , turtii 25000-35000 rot/min consum de apa si ulei redus , nu necesita hale de functionare , au o automatica facila si accesibil de progaramat,temp gaze arse evacuate la coe e intre500-650 grade C utilizand en termica a lor, gazela arse la debitul pres de regula intre 1-2 bar , antrenarea unei turbine de abur , utilizarea pt aplicatii termice.
Curs6 (15.04.2008)
Rolul compresorului axial de aer in ansamblul generatorului de gaze.
Recapituland un grup turbo-compresor pt. gaze se compune din:
a) compresorul axial de aer, care furnizeaza aerul aspirat din atm. La P si T, existentacomprimata in 7-12 etaje rotorice inseriate la presiune de 8-16 bari, la o temperature calculate cu relatia clasica de refulare= t asp * r la k-1 la k-1/k, unde k-aferent aerului
De remarcat, T aspirate din atm si P atm:
-presiunea atm scade cu amplasarea grupuylui la o altitudine fata de nivelul marii, deci la h mare de amplasare, ex: in inst industriale la 1000- 2000 m pt aviatie la 900- 30000 m.
-temperatura aerului aspirat este cea atmosferica pt Rom=35 C (pt tari din extremul nord temp minima scade mai mult iar pentru tari din apropierea ecuatorului ex: orientul mijlociu, temperatura pozitiva este mai ridicata si preponderenta in timp o perioada mai indelungata)
nota: Ambele valori temp si pres in pct de amplasare a aerului aspirat au o importanta deosebita, asupra debitului masic, G= Qvolumic* ro/3600 [kg/s].
Acest Qmasic este esential pt ca aredrea cat mai completa a combustibilului se realizeaza la 12-14 parti de aer la o parte de combustibil (12-14 kg aer la 1 kg combustibil).
Turbina de antrenare: a compresorului axial de aer , montata pe un ax fix cu acesta(axa nr1)
Camera de ardere in care se introduce conbustibilul ( gaze naturale, kerosen, etc. La acceasi presiune cu cea a aerului furnizat la iesirea din compresorul axial de aer.
Cand conditile de debit pt ambele fluide de presiune sunt indeplinite, adik de regula la 3000 rot/min la compresorul axial de aer si turbina, pana la acesta valoare, axul fiind rotit de motor ce poaste fi de regula antrenat de GN dar in ambele cazuri de de ulei, dew aer si mai rar electric, are loc aprinderea bujiei, respectiv a amestecului de carburantdin camera de ardere. Aer+combustibil=carburant.
Camera de ardere: produce gaze arse fct de tipul agregatului la un anumit debit si prtesiune si la temp ale caestor gaze arse intre 720-950 C
Cu acest tip dee gaze arse este mai mare cu atat creste puterea dezvoltata prin Q, P, T a gazelor arse( diagrama I-S(entalpie), Diagrama T-S (entropie))
Gazele arse: se destind si rotesc turbina de antrenare a compresorului axial de aer.
Gsazele arse las iesirea din turbina sus arata de pe axa nr 1 printr-un circuit hidrodinamic trec si actioneaza turbina de putere utila, care pe axul nr 2 fara intermediul unui multiplicatorde turatie, antreneaza compresorul centrifugal de fgaze, care constituie axa nr 2, care nu are nici o legarura mecanica cu axa nr 1 si de aceea:functie de cuplul rezistent la c.c de G, cele 2 axe pot avea aceasi turatie.
-axa nr 2 poate avea o turatie> decat axa nr 1 dk cuplul rezistent al Lm efectuat de comp centrifugal de gaze este sub valoarea nominala.
-axa nr 2 poate avea turatie mai coborata decat axa nr 1 dk cuplul rezistent al compresorului centrifugal ce gaze este la nivel nominal sau peste nivelul nominal cu 5-10%.
Nota: Din cele expuse mai sus c.c.de G poate avea variatii de turatie intre 50 -110 % respectiv o putem prelua in aceste limite variatia de Q (Q= f(R), deci este cea mai indicata solutie tehnica pt accedrea functionarii compresorului de GN cu fluctuatiile de debit intre pozitiade pornire- autonomie regim nominal oprire, ca si cu variatiile de debitr in conductele pe care le deserveste.
Compresorul de aer : este ansamblul principal de el depinzand functionarea si puterea grupuli turbocompresor, si are rolul turbosuflantei de la motoarele termice.
Dk aerul aspirat fiin d din atm inconjuratoare pe langa variatia presiunii fct de altitudine si a debitului masic fct de temperatura pt care exista curbe de corectiea puterii, aerul aspirat contine si impuritati solide si lichide (praf, particule solide de dimensiuni mai mari) pasari gheata, zapada, formatiuni cetoase) toate acestea putand:
-distruge mecanic paletajuil comprasorului axial de aer
-se poate depune pe paletajul compresorului axial de aerschimband aerodinamica si eficienta acestuia ducand la scaderea de aer expirat, respectiv la scaderea puterii intregului ansamblu.
De acea se iua masuri:
a) amplasaea statiei de comprimare in afaara directilor predominanate a dcurntilor de aer, care pot antrena de la chimice, particule evacuate de la cos (CO2, Subst Chimice, Etc. ,praf).
b) Curtea statiei de comprimare si drumurile din apropierea acesteia trebuiesc asfaltate cu un asfaltspecial de calitate tocmai pentru a evita prin circulatie producerea prafului.
Instalatiile industriale nu si la turbinele de avion aerul aspirat se face prin camera de aspiratie a aerului, care are urmatoarele compunere si roluri:
-un filtru grosier dintr-o sarma speciala pt a retine particulel solide (praf, pietris, grindina, gheata, etc.) cu dimensiuni intre 1-3 mm.
-dupa acest filtru grosier de sarma metalica exista un siatem de incalzire a aerului aspirat pt distrugerea formatiilor tip (zapada, grindina, gheata, ceata aglomeratas0 el bucatilor cu dimensiuni ce au putut trece prin filtru grosier.
-intrucat cel mai mare zgomot intr-o statie de comprimare se produce la spiratia aerului, camera de aspiratie este dotata cu placi Fono absorbante.
-inainte de intrarea aerului in compresorul axial de aer exista un filtru de mare finete a ochiurilor pt retinerea particulelor cu diametrul sub 10 microni, acest filtru evident ca are un grad de inbaxire f rapid pres de dinaintea lui si de dupa el fiind controlata permannt si la un anume delta T acest filtru se roleaza inre 2 mosoare se curata suprafata inbaxita si de acea acest filtru se numeste de regula ROLL-O-MATIC.
Turbinele de antrenare a compresorului axial de aer si compresoruluii centrifugal de gaze:
Ca la toate masinile rotative, maiales la turatii mari problema echilibrarii perechilor de paklete opuse, si a echilibrarii generale a ansamblului turbinei este esentiala.
De asemenea coaxialitateas intre turbina axa 1 si cursul axial de aer, turbina de putere utila axa 2 trebuiede asemenea echilibrata si asigurata concentricitatea.
Legaturile axului 1 si axului 2 trebuie sa asigure durabilitatea in timp, o frecare minima si coaxialitate.
Tot ce am spus mai sus au drept scop reducerea vibratiilor esentiale urmarite in timp real, semnalizat permanent si si respecivul intrand in softul de comanda (logica de comanda ca semnal de alarmare si oprire dk se tinde catre depasirea vol maxim admis0
In afara acestor elemente de geometrie si dinamica exista cea mai importanata problema si anume:
fluajul paletajului , se intelege tendinta acestor palete care cu o masa suporta turatii pana la 30000 rot/min si lucreaza sub actiuneea temp gazelor arse intre 690 ac, ca o bucata de metal incalzita la rosu-visiniu, de a se alungi dk acest fenoomen se produce, respectiv alungirea paletelor aceasta vpleaca inlab statici , se supraincalzeste prin fercare si in final se rupe.
Pt a preveni acest fenomen ce se intampla din diferite consecinte destul de fecvent, fabricantii iau urmatoarele masuri:
a) Paletajul turbinelor este racit prin interior cu aer provenit de la primele etaje (1-3) ale compresorului axial de aer
b) Odatas cu cresterea temp G arse de la 72-950 C paletajul turbinelor sa miniaturizat pt scaderea grautaii acestora
c) Aliajul din care sunt confectionate paletele s-a perfectionat pt marci de otel superior NIMONIK
d) Prinderea paletajului in axul rotorului se realizeaza printr-un sistem ca de
e) Profilul aerodinamic al paletilor se relizeaza cu masini unelte cu cel putin 4 axe de prelucrare.
f) Ca urmare celoor mai sus rezistenta in utilizare a paletajului turbinelor depaseste 30000 ore de functionare dar pretul unei astfel de palete depaseste greutatea ei in aur.
Duypa turbina de putere utila gazele arse sunt evacuate la cos la o temp de 450650 C cea ce favorizeaza utilizarea energiei termice existente in acestea ce depaseste de 2-3 ori energia ce se utilizeaza pt turbocompresor in aplicarea solutiei cogenerative, adik utilizarea lor ca agent termic in producerea de abur in cazane auxiliare, abur ce poate fi utilizat pt antrenarea unei turbine de abur cuplata cu un generator electric, sau pt producerea de energie termica.
Curs7 (25.05.2008)
Automatizarea statiilor de turbo-compresoareStatiile de turbo compresoare sunt instalatii de importanta majora intrucat in ele ca moduri tehnologice ajung debite mari de gaze pe subsisteme de transport sunt presiuni mari, mergand pana la 45-50 de bar, pentru debite Q=10-25 mil mc/zi, utilajele sunt complexe lucrand la temperaturi inalte (peste 900 C). Turatiile de pana la 30 000 tur/min si alte elemente de complexitate tehnologica si grad ridicat de periculoziatate. Din aceasta cauza atat agregatele turbo-compresoarelor cat si statiile de comprimare au un grad inalt de automatizare .
Grupurile turbo-compresoare(GTC)
Fiecare grup turbo-compresor are un panou de comanda-control si protectie, inzestrat cu o logica de comanda sau un un soft, calculator de proces. Toate operatiunile incepand cu pornirea(buton de pornire) si oprirea(normale si de urgenta) se bazeaza pe o succesiune de variatii de parametrii(temperatura, gaze arse, turatie, putere, raport de compresie, ratie, ungerea cu temperatura aferenta uleiului, racirea, accelerarea axului 1 si 2 cu componentele lui dupa oprire), toate acestea sunt functie de o programare, astfel la pornirea grupului, demarorul care poate fi pe gaze, hidraulic, pe aer comprimat sau electric si este cuplat la un compresor axial de aer, il invarte pe acesta furnizand aer de combustie in camera de arderefurnizand pana la 3500 rot/min. In jurul acestei valori se aprinde scanteia in camera de ardere, respectiv incepe sa-si faca prezenta gazele arse ce actioneaza turbina de incarcare a compresorului axial si turbina de putere utila ce actioneaza compresorul centrifugal de gaze si daca acest lucru se intampla demarorul iee automat din functiune, iar agregatul se accelereaza ( se mareste cantitatea de combustibil) manual sau printr-un gradient de accelerare pana cand se ajunge la regimul de autonomie, aflat sub regimul de lucru la parametrii nominali. La acest regim de autonomie se verifica toti parametrii (temperaturi, presiuni , vibratii, etc.) dupa care se se comanda automat sau manual trecerea functionarii in regim nominal si incepe defapt comprimarea gazelor pe conducta.
La oprire care poate sa fie comandata manual(opreire normala) sau autocomandata, adica in mod automat cu afisarea pe panou a parametrilor si cauzelor care au produs oprirea automata, secventa opririi se face rapid fara a se trece prin palierele descrise pentru pornire. La orpirea comanadata palierele se respecta.
In ambele situatii dupa ce s-au taiat gazele arse, respectiv alimentarea din camera de ardere se masoara timpul de autorotire inertiala, se compara cu cel prescris si se determina astfel daca exista frecare intre paletajele rotorice sau statorice.Tabloul de comanda la o unitatea de turbo-compresoare curpinde:
a)afisare:
-temperatura gazelor aspirate
-temperatura gazelor refulate
-temperatura gazelor arse la iesirea din camera de ardere
- debitul de gaze consumat pentru camera de ardere
-temperatura aerului aspirat de compresorul axial de gaze
-temperatura aerului aspirat de compresorul axial de aer
-turatia axei1 (compresorul axial de aer + turbina de incarcare)
-turatia axei2 (turbina de putere utila + copresorul centrifugal de gaze)
-temperatura gazelor arse la intrarea si iesirea din turbina de incarcare
-temperatura gazelor arse la intrarea si iesirea din turbina de putere utila
-temperatura gazelor evacuate la cos
-presiunea de intrare si iesire in compresorul centrifugal de gaze
-debitul gazelor comprimate si temperatura acestora dupa comprimare
-vibratiile pe axa 1 si 2
-temperatura pentru apa de racire si ulei(ulei pe cele 2 componente de ungere si etansare)
b)alarmare si protectie:
Tot pe tablou exista becuri care semnalizeaza pentru parametrii socotiti vitali (temperatura gazelor arse, turatia axa 1 si 2, vibratii , ungere si etansare ) care semnalizeaza functionare normala.
-apropierea unui parametru cu usoara depasire a valorilor prescrise
-alarma in cazul depasirii valorilor de mai sus
-cauza opririi datorita depasirii unuia dintre parametrii
Automatizarea statiei
De regula intr-o statie de turbo-compresoare sunt 2 sau mai multe grupuri de turbo-compresoare si exista o camera de comanda dinc are de regula se emit comenziile si se iau hotararile ce se impun. De aceea pentru fiecare grup din statie exista un panou pe care sunt afisate si urmarite un numar mai redus de parametrii decat la grup dar de importanta vitala pentru siguranta comenzi.Cel mai important lucru in camera de comanda in afara de panouri il constituie afisarea analogica sau digitala a schemei tehnologice cu toate robinetele din cadrul statiei pentru acestea:
-indicarea pozitiei (inchis, dechis , cursa spre inchis sau spre deschis)
- buton de comanda pentru fiecare din robinetele de pe schema astfel ca daca logica de comandasi de corelare a pozitiei robinetului (vezi robinetele antipompaj) nu a efectuat pozitionarea corecta aceasta sa fie facuta prin coamanda manuala
De asemea de importanta vitala sunt robinetele de pe aspirtie, refulare, si a refulatoarelor care permit la comanda manuala sau automata evacuarea gazelor din incinta.
Sistemul SCADA
Din considerentele sus aratate rezulkta ca pentru activitatea de extractie, de inmagazinarea a substantelor, de trasnport, statiile de comprimare constrituie obiectul de importanta majora care trebuie cunoscut la nivelul superior statiilor (sectii, regionale, sucursale, companii) la dispeceratul acestora prin bransarea statiilor la un sistem SCADA care consta din:-principalii parametrii sub aspect tehnololgic (presiune de aspiratie, presiune de refulare, debitul comprimat, temperatura gazelor dupa comprimare) sa fie transformati din marimi fizice in semnale electrice cu ajutorul traductoarelor, sa fie amplificate aceste semnale prin amplificare de semnal si transmise la nivelul superior prin:-linii elefonice clasice sau fibra optica
-prin radio in diferite frecvente
-prin sisteme GSM
-prin satelitAlte lucruri ce se transmit prin sisteme SCADA sunt :
-numarul total de agragate din dotare
-numarul de turbo-compresoare in functiune
-numarul de turbo-compresoare in rezerva
-numarul de turbo-compresoare in reparatii
-puterea(cuplul) de incarcare pentru fiecare agregat in functiune.
Protectia mediului ambiant
Este de importanta mondiala atat sub aspectul protejarii mediului, a oamenilor, florei si faunei, a apelor, a evitarii unor dezastre dar si cu implicatii deosebt de grave mai ales prin perspectiva crizei care s-a conturat in domeniu:
-criza combustibililor fosili(gaze naturale, pretol, carbune, materie lemnoasa)
-criza alimetara
-criza apei si calitatea acesteia
Concluzionand protectia mediului ambiant inseamna:
-evitarea poluarii aerulu atmosferic
-evitarea poluarii apelor de suprafata si a stratelor freatice de ape
-evitarea poluarii florei si faunei
-evitarea poluarii fonice
-evitarea poluarii olfactive
-evitarea poluarii vizuale
Poluarea atmosferica
Atmosfera este grav poluata prin diferite cauze (praf, deseuri, etc)dar mai ales prin :
-efectul de sera care inseamna crearea unui invelis de particul de praf, CO, CO2, alte suspensii situate pana la 3000 m de jur imprejurul scoartei terestre de grosimi variabile si care nu permite reflectarea razelor infrarosii din compunerea luminii solare inapoi in spatiul extraterestru. Efect ce prin cumulare in timp creaza efectul de sera respectiv incalzirea globala cu riscurile de topire a ghetariilor desertizarii, distrugerea cofortului termic.
-ferestrele create in stratul de ozone care un strat superior atmosferei si care are rolul de filatrare, respectiv de diminuare a componentei ultraviolete din razele solare, raze ce in anumite cantitati si filtrate de ozon sunt benefice pentru purificarea atmosferei si a unor microorganisme ajuta la asimilarea vitaminelor A,B si in special D, Contribuie la fenomenul de formare a clorofilei, dar in exces devin daunatoare , cancerigene si alte mul te complicatii nocive.
Garurile in stratul de ozon se datoreaza spargerii acestora de rachete, experimente spatiale, zboruri extraatmosferice, etc.
Protectia atmosferi in cadrul unei statii de comprimare
Toate statiile de comprimare cu piston sau cu turbina cau randamente termice medii intre 20-30% ceea ce inseamna ca 70-80% din combustibilul consumat se evacueaza in atmosfera prin gaze arse la temperaturi de 400-650 C. Acesta realitate poate fi combatuta prin implementarea ciclului cogenerativ care inseamna: utilizarea de cantitati foarte mari de gaze arse la temperaturi ridicate, ca agent termic pentru incalzire in formula cea mai complexa a unui cazan de apa trasformata in abur numai pe seama acestor gaze sau si cu aport de gaze proaspete -aburul astfel obtinut poate fi utilizat pentru termoficare ca agent termic sau pote fii destins intr-o turbina de abur ce antreneaza un generator electric.In acest fel randamentul rspectiv utilizarea creste de la 20-30% la 62-92%, randamentul de 62% corespunzand unei ponderi semnificative pentru producera curentului electric. Iar 92% pentru agentu termic.Poluare apelor
Statiile de comprimare mai ales cele cu turbina pot avea un efect de poluare a apelor daca:
-nu exista o canalizare a apelor menajere si a celor industriale dotate cu statii de epurare si regenerare a apelor si acestea sunt deversate in ape de suprafata
-daca nu se inlocuiesc sitemele de racire a apei necesare racirii uleiului, a gazelor comprimate, a unor parti din instalatie dotate cu turnuri de racire prin evaporare adica apa incalzita coboara dinspre varful turnului spre baza in contracurent cu aerul ambiant in acest sistem mai ales vara cand cantitatea de apa ce se pierde prin evaporare ajunge la 8-20% situatie ce poate fii inlocuita pentru economisirea de apa prin racirea in circuit inchis cu ventilatoare si radiatoare.Poluarea fonica
Normele EU prevad un nivel de poluare de 35-70 Db fata de normele Rom care theoretic nu mai sunt in vigoare(90dB). Zgomotul produs intro statie de comprimare se datoreaz:
-aerul aspirat prin camera de aspiratie a compresorului axial de aer si poate fi dominat prin dotarea acestora cu placi antifonice
-zgomotul produs de circuitul de gaze arse in special in partea de evacuare care de asemenea poate fi diminuat prin diferite metode si in special plin aplicarea ciclului cogenerativ;
Poluarea olfactiva
Este practic inexistenta, cu exceptia scaparii printro exploatare necorespunzatoare, a gazelor odorizate in atmosfera.
Poluarea vizuala
Poate fi rezolvata prin incadrarea in peisaj a construirii statiei prin solutii arhitectonice adecvate, prin mentinerea instalatiilor externe in stare de aspect placut, evitandu-se preruginirea si a diferitelor improvizatii.
Poluarea florei si faunei
Automat acestea sunt agresate prin amplasarea statiilor de comprimare, in cursul montarii, prin drumurile de acces, etc. Cea mai mare poluare care vizeaza nu numai fauna si flora din zona, o reprezinta metoda complet necorespunzatoare de tratare a gazelor si implicit existenta unor cantitati masive de apa in conducte in cazul refularii inunda vecinatatile.
Bilanturi energetice
In statiile de comprimare se consuma energie prin:
-gazele naturale ce folosesc drept combustibil;
-energia electrica necesara iluminatului si actionarii pompelor din sistemele de ulei si apa;
-apa sub forma de aburi;
-consumul de ulei si alte componente care inglobeaza sub o anume forma energia;
Bilanturi planificate
La proiectarea unei statii de comprimare este prevazuta intrun capitol special consumul de energie sub toate formele in care aceasta este prezenta, in fct de acest bilant se stabilesc si cheltuielile de investitii si exploatare.
Bilantul real
Trebuie sa se tina evidente primare zilnice, lunare si anuale a tuturor acestor consumuri care comparate cu bilantul theoretic din proiect reflecta gradul de utilizare a energiei si ar trebui sa se expliciteze si cauzele care au condus la consumuri energetice suplimentare si masuri care trebuie luate pentru o serie de relatii teoretice si evidente statistice pt a se urmari aspectul consumurilor energetice.
Cauze ce prevad consum energetic suplimentar
-Functionarea unui nr de compresoare la parametrii care nu le asigura incacrcarea, fapt pt care fiecare grup turbocompresor trebuie sa aiba un sistem de evidenta a cuplului motor real functie de care sa se reduca sau sa creasca numarul de aggregate in functiune pentru a se asigura o incarcare optima.
-Introducerea unui ciclu cogenerativ pt a creste randamentul termic;
-evitarea recircularii intre aspirare si refulare a gazului prin manevre gresite sau starea necorespunzatoare a unor robinete;
-evitarea pierderilor in circuitele de racire, de ungere sau de etansare;
Compunerea unei statii de comprimare
Statiile de comprimare indifferent ca sunt cu piston actionate de motoare termice sau electrice sau aggregate turbocompresoare, au in principiu aceeasi compunere cu diferenta in anumite componente mai ales ca amplasare a acestora . Compunerea statiilor de comprimare este urm:
-circuitul tehnologic al gazelor:
a)grupul de robinete care racordeaza statiile la sistemul de conducte pe care le deservesc;
b)grupul de filtrare pentru retinerea impuritatilor solide;
c)grupul de filtrare, separatoare de lichide libere;
d)conductele principale de aspiratie a statiilor la care sunt legate conducte de aspiratie a fiecarui grup compresor, conducta generala de aspiratie dotata cu robinete de sectionare dupa grupul de separatoare de lichide, refulatoare,supape de siguranta, termometre.
Pe aceasta conducta de aspiratie dupa robinetele de sectionare, dupa barierele de filtrare si separare este racordul care alimenteaza statia de reglare si masurare a gazului destinata asigurarii combustibilului pt motoarele termice si in cele mai multe cazuri la turbinele compresoare si pt actionarea demarorului cuplat la compresorul axial de aer. Dupa acest racord pe conducta principala de aspiratie se monteaza panoul de masurare a gazelor supuse comprimarii.
e)De la fiecare grup de comprimare cu care este dotata statia pleaca conducte de refulare, toate intrand in conducta generala de refulare a statiei.
Toate conductele de aspiratie si refulare a fiecarui grup sunt dotate cu robinete si intre aceastea by-passurile ce inglobeaza si robinetul de manevra la compresoarele cu piston, sau robinete antipompaj la compresoarele centrifugale de gaze.Dupa ultimul racord de refulare a grupului de compresoare pe conducta de refulare generala este montata bateria de separatoare de ulei ce pot ajunge in circuitul gazului refulat.
g)Dupa bateria de separare de ulei urmeaza grupul de robinete ce branseaza refularea statiei la conducte sau sistemul de conducte ce il deserveste.
h)Si pe aceasta conducta sunt prevazute supape de siguranta, refulatoare,termometre/
i)in situatia in care se impune racirea gazelor dupa refulare( cand se depasesc 60-80 grade) se monteaza bateria de racitoare a gazului comprimat tehnologic;
j)intre conducta de aspiratie generala si refulare a statiei poate sa existe si un by-pass cu robinetul respective.
Componentele electrice
a)tensiunea ce se asigura este de 0,5 kW in situatia antrenarii cu motoare termice si turbocompresoare si 6 kW la antrenare cu motoare electrice.
b)in cadrul statiei exista panouri electrice care masoara caracteristicile curentului, puterea activa si reactiva si transformatoare de current alternative la 220 V pt iluminat si alte utilitati si 0,38 kW pt masini-unelte si pompe.
c)indifferent de tipul statiei de comprimare, toate trebuie dotate cu grupuri electrogene alimentate cu combustibil lichid sau gazos si care trebuie sa intre automat in functiune cand se intrerupe alimentarea primncipala de current a statiei.
d)toate statiile trebuie sa aiba o gospodarie de acumulare de current continuu la 12 V sau 24 V pt asigurarea iluminatului de siguranta sau curentul .
Gospodaria de ulei
a)Rezervoare de ulei pe diferite categorii dotate cu rampa de incarcare;
b)rezrvoare de pompe pt circuite de ulei;
c)in unele cazuri regeneratoare de ulei uzat;
Gospodaria de ape
a)rezervoare de apa dupa caz pt apa dedurizata sau pt sezonul rece pt apa dedurizata +antigel;
b)statii de pomp;
c)schimb de caldura intre apa calda si apa rece, apa rece si ulei cald;
d)sistem de racire a apei prin turnuri de racire sau ventilatoare si radiatoare in sistem circuit inchis;
e)surse de apa, dupa caz cu statii de pompe;
Gospodaria de antiincendiu(PSI)
a)centura de hirant prevazuta cu capete de racordare pt fortune in care sa existe
permanent apa la 4 bar.
b)anexa PSI dotata cu scule de interventii;
c)motopompa;
d)substante, spumigene si instinctoare
e)echipament de protectie specific activitatii pompieristice;
f)cladiri administrative, hala compresoarelor, , spatiile de depozitare vor fi prevazute cu planuri de evacuare in caz de incendiu;
Protectia contratraznetelor
a)paratraznete luand in considerare ca fiecare paratraznet asigura un cerc de protectie cu o raza de din inaltimea paratraznetului;
b)punerea la pamant a tuturor cladirilor, instalatiilor ce pot fi afectate de traznete;
Hala(cladirea) administrative
a)birouri;
b)instalatii de transmisie si calcul si telecomunicatii;
c)vestiare si depozite de echipament la care trebuie sa se asigure apa potabila separat de apa menajera;
d)depozitul de scule care trebuie sa fie antiscanteie;
e)depozitul de echipament de lucru si protectie speciala care nu trebuie sa produca scantei;f)magazia de piese de schimb;
g)ateliere dotate cu masini-unelte, bancuri, etc.
Instalatii de securitate
Statiile de comprimare sunt socotite obiective speciale in care accesul este permis numai persoanelor autorizate sau celor autorizate permamnent(in conformitate cu o lista speciala si insosite de seful de statie sau seful turei).
a)este interzis accesul cu tigari, brichete, chibrituri sau alte surse de foc;
b)utilizarea lanternelor care nu sunt speciale scopului, este permisa in cazuri extreme numai dc sunt aprinse sau stinse in afara statiei;
c)gardul ce inconjoara si delimiteaza spatiul statiei trebuie dotat cu camere de luat vederi cu depozite de siguranta in infrarosu, etc. Toate fiind conectate la o alarma in cazul unei prezente straine si a unei incercari de intrare.
d)accesul in statie(poarta) este in permanenta inchis cu actionare automata, dupa identificarea persoanei, mijlocului de transport, etc.
e)caile de acces incepand cu racordul de la o cale rutiera din vecinatate in statie trebuie sa fie in permanenta libera, fara masini parcate, utilaje, etc.
Securitatea muncii, norme de protectie
a)toate statiile de comprimare pt toate subansamblele si genurile de activitati cu norme detaliate de lucru, de manevre, de echipament si de informare;
b)nici o manevra in afara celor normale nu este permisa intro statie de comprimare decat in baza unui program riguros si detaliat aprobat pe langa seful de statie si din partea organizatiei teritoariale de care apartine statia;
c)nu sunt admise improvizatii in cadrul statiei si nementinerea in perfecta stare de functionare a echipamentelor de control a parametrilor, de protectie si automatizare.
d)in permanenta trebuie sa existe legaturi de comunicare cu unitatile de pompieri, spitale, SMURD.
