Диссертация (1173009), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Ключевымпри использовании условия минимальных материальных затрат становитсяправильное описание функции зависимости затрат на перерасход топливного газамежду промывками ОК, связанных с загрязнением осевого компрессора, от числапромывок или от времени между промывками:C1  цтг  Bt  t  ,(1.15)где цтг – цена топливного газа, руб./м3; Bt  t  – функция зависимостиперерасхода топливного газа между промывками ОК от времени между ними, м3.Для выражения перерасход топливного газа можно воспользоватьсяформулами (1.7) – (1.13).

Переменными величинами, зависящими от наработкиагрегата между очистками, в этом случае будут разность температур на входе ивыходе ОК T '  t  и относительное снижение КПД ОК e  t  в результатезагрязнения. С учетом этих обстоятельств перерасход топливного газа вденежном выражении вследствие загрязнения осевого компрессора (1.15) можетопределяться из следующих соотношений:G hC1  цтг  Bt  t   цтг  В ik ηe  QнрTМП0T '  t  1   dt ,TG hλC1  цтг  Bt  t   цтг  В i ηe  Qнр 1  λTМП0 e  t    dt ,1et(1.16)(1.17)где Т МП – интервал времени между промывками осевого компрессора ГТУ.В качестве одного из способов определения эффективности проведенияпромывок проточной части ОК ГТД предлагается использовать сопоставление34действительной и планируемой экономии топливного газа в результате ихпроведения [95].

При этом планируемую экономию топливного газа ГГПА за счетпроведения промывок проточной части ОК предлагается определять изследующего соотношения:Bt  t   10 3 860 Ne0, K ЭФ  kиз  kОК  τ ПЛГПАQнр e0(1.18)где Qнр – низшая теплота сгорания топливного газа, ккал/м3; N e0 – номинальнаямощность ГТД, кВт; e0– номинальный эксплуатационный КПД ГТД;K ЭФ – коэффициент, учитывающий загрузку, техническое состояние ГТУ идругие эксплуатационные факторы; kиз – коэффициент, учитывающий снижениеэффективностиkОКмероприятияотнаработкиГПАпослеочисткиОК;– коэффициент эффективности промывки проточной части ОК ГТУ;τ ПЛГПА – планируемое время работы ГПА за расчетный период, ч.Коэффициент, учитывающий загрузку, техническое состояние ГТУ и другиеэксплуатационные факторы К ЭФ рекомендуется принять равным 0,9 [95].Это допущение не учитывает реального технического состояния двигателя и еговспомогательных систем, уравнивает как новые, так и находящиеся длительноевремя в эксплуатации агрегаты, не учитывает особенности эксплуатациистационарных, авиационных и судовых ГТУ.Коэффициент, учитывающий снижение эффективности мероприятия отнаработки ГПА после очистки ОКkизпредставлен в табличном виде.Для определенных интервалов времени представлены соотношения междунаработкой ГПА между промывками и эффективностью промывки.

Данныесоотношения не учитывают восприимчивость агрегата к загрязнениям, наличиеспециального покрытия лопаток и других факторов, оказывающих влияние назагрязнение проточной части ОК.35Коэффициент эффективности промывки проточной части ОК ГТУ kОКзависит только от типа двигателя (для стационарных принят равным 0,14;для авиационных и судовых – 0,18) [95].Анализ соотношения (1.18) по определению планируемой экономиитопливного газа ГГПА за счет проведения промывок ОК показывает, что впредлагаемом соотношении не учитываются особенность исследуемого агрегата иреальные условия его эксплуатации, а также способ промывки агрегата(«на холодной прокрутке» или «на ходу»).Таким образом, использование предлагаемого соотношения для расчетавеличины планируемой экономии топливного газа ГПА при проведениипромывки проточной части ОК также может привести к искажению оценкиэффективности промывок.Несмотря на ряд описанных недостатков, выражение (1.18) без дополненийи уточнений используется на газокомпрессорных станциях для оценкисэкономленного топливного газа в результате промывки [74].1.4Комплексные воздухоочистительные устройства иих вспомогательные системыЗагрязнение лопаток осевого компрессора – важный процесс, оказывающийключевое влияние на ухудшение технического состояния газотурбинныхустановок на всём протяжении их эксплуатации.

Причиной этой деградацииявляется прилипание частиц на поверхности проточной части (лопатки, корпусОК). Атмосферный воздух, используемый для работы газотурбинных установок,содержит некоторое количество аэрозолей – взвешенных твердых и жидкихчастиц. Концентрация их включений в атмосферном воздухе зависит от условийвнешней среды и значительно возрастает при наличии неблагоприятных условий:пылевых и песчаных бурь, интенсивных выбросов промышленных предприятий идругих погодных явлений [31, 32].Для защиты от внешних загрязнений газовые турбины оборудуютсякомплекснымивоздухоочистительнымиустройствами,которыеоснащены36эффективнымисистемамифильтрации.Втребованияхпоостаточнойзапыленности КВОУ должно обеспечивать очистку атмосферного воздуха всоответствиестребованиями[75,76].Какправило,этитребованияудовлетворяются применением фильтров класса F7 – F9 по ГОСТ Р 51251.Однако применение самых эффективных фильтрующих элементов не можетполностью исключить попадание частиц, вызывающих загрязнение, в проточнуючасть осевого компрессора.

Частицы, которые вызывают загрязнение, какправило, имеют размер до 10 мкм. При этом наибольшее влияние на процессзагрязнения оказывают частицы с размером 1 – 5 мкм.Среди других требований предъявляемых к КВОУ с точки зренияпредотвращения образования загрязнения и эффективности работы осевогокомпрессора стоит выделить [75]: падение давления циклового воздуха не должна превышать 1000 Па; КВОУ должен быть оборудован осадкозадерживающим козырьком,препятствующим поступлению на фильтрующие элементы и другие узлыбольшей части атмосферных осадков в виде дождя и снега, как приобычных,такиэкстремальныхсостояниях(бури,метели).Осадкозадерживающий козырек должен обеспечивать 95 % очисткувоздуха от снега и 100 % от капельной влаги.Одной из систем обеспечивающих правильную работу КВОУ в осенне–зимнийпериодэксплуатацииГТУявляетсясистемаантиобледенения.Её предназначение в увеличении температуры циклового воздуха поступающего восевой компрессор не менее чем на 3 0С [30, 75].В холодное время года при высокой влажности воздуха возможнообледенениеэлементовнаправляющегоаппаратавоздухоочистительногоосевогокомпрессораустройстваивходногогазотурбинногодвигателя(рисунок 1.4).

Обледенение вызывает опасное уменьшение проходного сечениявоздушноготракта.Из–завозрастаниясопротивленияипоявлениянеравномерностей потока за ВНА осевой компрессор приближается к границенеустойчивой работы, возможен его помпаж. При отрыве кусочков льда и37попадании их в проточную часть осевого компрессора возможно образованиезабоин на пере лопаток и даже их разрушение [93].Для образования обледенения нужны определенные условия: температураокружающего воздуха от +5 0С до –10 0С и относительная влажность воздухаболее 80 % [30] Для исключения возможности образования наледи на элементахВОУ осуществляется подогрев воздуха, поступающего в газотурбинныйдвигатель. При этом воздух расширяется, значение относительной влажностиуменьшается,ипараметрывоздухаперестаютудовлетворятьусловиямобразования наледи.Рисунок1.4 – Обледенение фильтров воздухоочистительного устройстваНесмотря на ограниченное время использования системы антиобледенения,только в период осенне–зимней эксплуатации, данный элемент КВОУ являетсяважным компонентом, оказывающим влияние на эффективность и надежностьработы газоперекачивающего агрегата.

Кроме этого, она является потребителемзначительного количества энергии. Так, например, для ГТУ мощностью 16 МВт срасходом циклового воздуха через КВОУ 100 кг/ч для повышения температурыциклового воздуха на один градус должна быть предусмотрена тепловая38мощность более 100 кВт. Из–за отсутствия сторонних источников приработающем агрегате отбираться требуемое количество энергии будет отгазотурбинной установки, оказывая влияние на располагаемую мощность.Среди известных схем реализации системы антиобледенения в составекомплексного воздухоочистительного устройства газоперекачивающего агрегатаможно выделить следующие, наиболее часто используемые (рисунок 1.5) [101].Каждая из представленных схем имеет свои особенности. Подмешиваниевоздуха, отбираемого из–за последней ступени ОК на вход ГТУ (рисунок 1.5 а)получило наибольшее распространение из–за простоты реализации и высокойэффективности, однако при реализации данной схемы происходит наибольшееснижение располагаемой мощности.Схема с подмешиванием выхлопных газов из выхлопной шахты на входГТУ (рисунок 1.5 б) в настоящий момент не встречается на компрессорныхстанциях.

Связано это в первую очередь с тем, что выхлопные газы попадая впроточную часть ГТУ не только препятствует процессу горения, но и снижаетэффективность её работы из–за загрязнения проточной части ОК осаждающимисяна лопатки компонентами дымовых газов (в основном сажей). Кроме того,процесс горения природного газа происходит с образованием водяных паров: всвязи с этим продукты сгорания, попадая на решетки ВОУ, являетсядополнительной причиной появления наледи [87].

Стоит отметить, что от даннойидеи полностью не отказались и пытаются её улучшать и совершенствовать [17].Промежуточным вариантом двух выше описанных схем является системаантиобледенения с принудительным отбором воздуха, нагретого за счеттепловыделенийотработыГТУиотбираемогоизотсекадвигателя(рисунок 1.5 в). Данный вариант лишен недостатков схемы подмешиваниявыхлопных газов и не вызывает большой потери располагаемой мощности ГТУкак при отборе воздуха из-за осевого компрессора. Опыт эксплуатации даннойсхемысистемыантиобледененияпоказывает,чтоонаимеетнизкуюэффективность из–за невозможности достижения требуемой температуры вотсеке двигателя при низкой температуре окружающего воздуха [87].39Схемасистемыантиобледенениясустановкойнавходеосевогокомпрессора ГТУ электронагревательных элементов (рисунок 1.5 г) также неполучила широко применения из–за необходимости в большом количествеэлектроэнергии для своего функционирования.а) Подмешивание воздуха отбираемого из–за б) Подмешивание выхлопныхпоследней ступени ОК на вход ГТУвыхлопной шахты на вход ГТУгазовизв) Подмешивание горячего воздуха из отсека г) Использование электронагревательныхдвигателя ГПА на вход ГТУэлементовРисунок 1.5 – Способы реализации системы антиобледенения КВОУ ГПАИз выше сказанного следует, что, несмотря на важность системыантиобледенения для надежной и эффективной работы ГТУ и ГПА в целом, донастоящего момента не предложено системы антиобледенения справляющейся сосвоейосновнойфункцией–защитойэлементоввоздухоочистительногоустройства и входного направляющего аппарата осевого компрессора отобразования наледи, которая при этом не оказывает существенного влияния нарасполагаемую мощность ГТУ.401.5Объект исследованияОсновным энергоносителем, используемым в газовой промышленности,является природный газ.

Основная часть расхода природного газа на собственныенужды приходится на его магистральный транспорт (82,6 %). Суммарный расходприродногогазанасобственныенуждывтакихотрасляхгазовойпромышленности как добыча, подземное хранение, переработка, распределениегаза составляют меньше 15 % [44].Расход газа на собственные технологические нужды при магистральномтранспорте распределяется следующим образом [44]:топливный газ – 81,6 %;потери газа – 9,4 %;технологические нужды – 9,0 %.Анализ энергопотребления в газовой промышленности показывает, чтомагистральный транспорт природного газа обладает наибольшим потенциаломэнергосбережения.

Характеристики

Список файлов диссертации