Статья содержит методический материал позволяющий решить одну из актуальнейших проблем эксплуатации систем подготовки и транспорта углеводородного сырья. Проблема заключается в достоверном определении технического состояния и качества ремонта энергетического оборудования служащего не только для обеспечения технологических нужд, но и для реализации задач программу энергосбережения в части утилизации попутного нефтяного газа. В статье предложена методика расчета номинальных параметров газотурбинных двигателей (ГТД) ГТЭ-6,3/МС, установленных на теплоэлектростанции «Мотор Сич ЭГ 6000Т-Т10500-3ВН М1УХЛ1», источником топлива которой является попутный нефтяной газ Тямкинского месторождения Уватского района, Тюменской области. Теплоэлектростанция используется для обеспечения собственных нужд систем подготовки и транспорта углеводородного сырья. На основе ограниченного количества номинальных параметров ГТД завода-изготовителя авторы разработали методику расчета номинальных параметров по всей проточной части двигателя.
Анализ номинальных параметров проектируемых газотурбинных двигателей (ГТД) показывает, что заводы-изготовители предоставляют заказчику ограниченное количество номинальных параметров ГТД. В связи с этим несомненна актуальность результатов расчета номинальных параметров по всей проточной части двигателя. При проведении приёмочных испытаний ГТД у заказчика появляется возможность проверить соответствие фактических номинальных параметров проектным параметрам и достоверно оценить техническое состояние ГТД. В свою очередь это позволит обеспечить надёжную работу систем подготовки и транспорта углеводородного сырья.
В статье представлены методика, алгоритм и результаты расчета номинальных параметров всей проточной части газотурбинного двигателя (ГТД) ГТЭ-6,3/МС, входящего в состав теплоэлектростанции (ТЭС) «Мотор Сич ЭГ 6000Т-Т10500-3ВН М1УХЛ1» изготовителя АО «Мотор Сич» г. Запорожье, Украина.
Для обеспечения производственных процессов подготовки и транспорта углеводородного сырья на промплощадке Тямкинского месторождения предназначена теплоэлектростанция оснащенная газотурбинным двигателем, электрогенератором и котлом-утилизатором тепла продуктов сгорания, уходящих из силовой турбин.
Общий вид газотурбинного двигателя ГТЭ-6,3/МС представлен на рисунке 1.
ГТД – трехвальный, предназначен для привода синхронного генератора электростанции, что обеспечивается передачей крутящего момента от ведущего вала свободной турбины через редуктор и валопровод с фрикционной и мембранной муфтами на вал генератора.
На рисунке 2 представлена принципиальная схема ГТД с номинальными термогазодинамическими параметрами.
В таблице1 представлено ограниченное количество номинальных параметров ГТД.
Для расчёта дополнительных параметров разработана методика и составлены уравнения по данным литературы [1, 2, 3].
Расход воздуха:
Номинальный расход реального топлива:
Теоретически необходимое количество воздуха на 1 кг топлива:
В формуле (5) неизвестно среднее значение удельной теплоёмкости продуктов сгорания в интервале температур Тs (таблица 1) и Тs'.
Среднее значение удельной теплоёмкости продуктов сгорания:
Температура за компрессором высокого давления (КВД):
где, исходя из вышеуказанного метода итерации принимаем Tz=1270K и определяем t = (Тz +T's)/2 – 273 = (1270+876)/2 – 273=800°С. Тогда:
КПД камеры сгорания определим по формуле:
где, при значении t = (Тz +Tс)/2 – 273 = (1265+724)/2 – 273=721,5°С:
СPсм=1,03721,5×9,355×10-5+721,52×3,7×10-7-721,53×2,77×10-10=1,1904 кДж/кг·°С.
Эффективный КПД агрегата:
Коэффициент политропного процесса повышения давления воздуха в осевом компрессоре:
При значении коэффициента адиабатного процесса повышения давления воздуха (к = 1,4) в осевом компрессоре:
где, исходя из вышеуказанного метода итерации принимаем T'z=964K и определяем
t = (Тz +T's)/2 – 273 = (1265+964)/2 – 273=841,5°С.
Тогда:
Для проверки достоверности разработанной методики определения термодинамических параметров проточной части газотурбинного привода ГТЭ-6,3/МС составлена таблица 2.
В таблице 2 приведены заводские и расчетные значения мощности и КПД узлов газотурбинного привода ГТЭ-6,3/МС: компрессора низкого давления (КНД); компрессора высокого давления (КВД); камеры сгорания (КС); турбины высокого давления (ТВД); турбины низкого давления (ТНД); турбины силовой (ТС).
После капитального ремонта необходимо провести испытания газотурбинного привода для определения номинальных параметров, отремонтированного, и сравнивать текущее значение параметров с номинальными параметрами этого агрегата, а не нового. Проверка по общим результирующим параметрам доказывает достоверность методики контроля номинальных параметров газотурбинного двигателя ГТЭ-6,3/МС. По изменению эффективной мощности и КПД ГТЭ-6,3/МС можно оценить изменение технического состояния в зависимости от регулирования режимов работы ГПА и (или) зарождения и развития неисправностей. Необходимо различать изменение Nе и ηе при регулировании режима работы и при появлении неисправности. Поэтому каждое исследование проводится при идентичных условиях: частота вращения роторов, температура наружного воздуха, режим работы генератора, отборы воздуха должны быть идентичными.
Заключение
Рассчитанные по разработанной методике параметры газотурбинного двигателя имеют погрешность в сравнении с заводскими данными не более 4% по КПД и 1% по мощности, что говорит о возможности применения разработанного алгоритма для целей контроля качества проводимых ремонтов и диагностики технического состояния газотурбинного двигателя ГТЭ-6,3/МС в условиях эксплуатации. Расширенный ряд определяемых параметров позволяет повысить достоверность и глубину диагностических исследований, что положительно сказывается на общей надёжности не только газотурбинного привода, но и всей системы подготовки и транспорта углеводородного сырья Тямкинского месторождения.
Литература
1. Чекардовский М.Н., Чекардовский С.М., Илюхин К.Н. и др. Сравнительный анализ методик определения термогазодинамических параметров работы газоперекачивающих агрегатов. // Сб. докл. научн. – практ. конф., посвященной 30летию ТюмГАСА. – М: 2001. С. 459 – 472.
2. Поршаков Б. Н., Бикчентай Р. Н., Романов Б. А. Термодинамика и теплопередача (в технологических процессах нефтяной и газовой промышленности). - М.: Недра, 1987 - 351 с.
3. Чекардовский М. Н. Методология контроля и диагностики энергетического оборудования системы теплогазоснабжения. – СПб.: ООО «Недра», 2001. –145с.
