Für den Erdgastransport werden in der Regel ein- oder mehrstufige Turboverdichter ohne Zwischenkühlung und mit relativ kleinen Verdichtungsverhältnissen (1,2 bis 1,6) eingesetzt. Zur Berechnung der Verdichtungsarbeit von Turboverdichtern wird ein thermodynamisches Modell vorgestellt, das auf der direkten Berechnung der Enthalpiedifferenzen zwischen dem Anfangs- und Endpunkt des Verdichtungsprozesses im Enthalpie-Entropie-Diagramm (h,s-Diagramm) basiert (direkte Methode). Bei der indirekten Methode wird die Verdichtungsarbeit über die technische Arbeit der Thermodynamik unter Verwendung des Isentropenexponenten und des Realgasfaktors berechnet. Beiden Verfahren liegt die gleiche Zustandsgleichung für reale Gase, hier beispielhaft die Zustandgleichungs von Benedict, Webb und Rubin (BWR) zugrunde. Es werden die Enthalpiedifferenz für den Ansaugzustand und den Austrittszustand iterativ nach der Methode von Newton - Raphson sowie die Entropiedifferenzen des realen Gases berechnet. Der Verdichtungsprozeß ist im h,s-Diagramm dargestellt. Enthalpien und Entropien sowie das h,s-Diagramm in Abhängigkeit von Druck und Temperatur für ein Erdgas der Beschaffenheit 'Ruhrgas Verbundgas H' sind in Abbildungen wiedergegeben. Als Abgleich zwischen indirekter und direkter Berechnungsmethode wird der Schultz-Faktor herangezogen. In einem Diagramm ist der Schultz-Faktor in Abhängigkeit vom Verdichtungsverhältnis bei verschiedenen Gasbeschaffenheiten (Nordseegas, Verbundgas, russisches Erdgas und Gasunie L-Gas) dargestellt. Der Schultz-Faktor ist für den Erdgastransport als Korrekturgröße von geringem Einfluß (<0,5 %) und deshalb für praktische Probleme der Planung und Steuerung von Erdgastransportsystemen vernachlässigbar. In Anhängen sind die BWR-Zustandsgleichung und die Berechnung des Realgasfaktors sowie die analytische Berechnung der Enthalpie- und Entropieänderung unter Verwendung der BWR-Zustandsgleichung, die Berechnung der isentropen Endtemperatur und die Ableitung von Differentialquotienten 1. Ordnung aus der BWR-Zustandsgleichung angegeben.
Ein thermodynamisches Modell zur Berechnung der Verdichtungsarbeit von Turboverdichtern beim Transport von Erdgas
A thermodynamic model for the calculation of the compression work of turbo compressors during natural gas transport
Das Gas- und Wasserfach. Ausgabe Gas, Erdgas ; 137 , 11 ; 639-650
1996
12 Seiten, 7 Bilder, 6 Quellen
Aufsatz (Zeitschrift)
Deutsch
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