Підвищення ефективності магістральних газопроводів на пізній стадії експлуатації (стр. 5 из 8)
Далі для знайдених величин U1 іU2 будують відповідні криві для декількох значень напрацювання, де проводять вимірювання (діагностику).
Послідовно, при критичних значеннях з1кр = з2кр = згпа кр визначають відповідні напрацювання Т1кр і Т2кр для кривих 1 і 2.
У п’ятому розділі дисертації розроблені засоби та заходи підвищення ефективності експлуатації компресорних станцій магістральних газопроводів. Відомо, що біля 16% ГПА фізично і морально застаріли, мають порівняно низький ККД – 24-26 %, незадовільні екологічні характеристики за рівнем шуму та концентрації шкідливих (
) та токсичних ( 
) теплових викидів з вихлопними газами у навколишнє середовище. Для зниження токсичності продуктів згорання вуглеводневих палив розроблено науково-технічну програму з модернізації штатних камер згорання ГТК-10, суть якої полягає у заміні периферійних пальників регістрового типу на прямоточні пальники трубчастого типу (І-ий етап модернізації) та збільшенні первинного надлишку повітря (ІІ-ий етап модернізації) за рахунок збільшення подачі повітря через фронтовий пристрій з трубчастими пальниками з одночасним зменшенням подачі паливного газу (приблизно на 10% при однаковій ефективній потужності ГПА). При цьому досягається зниження емісії СО за рахунок поліпшення ефективності сумішоутворення у зоні горіння паливного газу та підвищення однорідності структури цієї зони.В результаті модернізації досягнуто приріст (Dhе)ефективного ККД ГПА порівняно з варіантом, коли ГПА оснащено штатною камерою згоряння з регістровими пальниками та патрубками локального дозованого вдуву (ЛДВ) у середньому на 3,4%, що еквівалентно відносному приросту (dhе = =100*Dh/hе, %) ККД приблизно на 10,7...11,8 % (залежно від режиму експлуатації) і такому ж рівню економії природного газу на привод ГПА (рис. 3).
Рисунок 3 – Діаграма рівнів витрат паливного газу на привід ГПА ГТК-10-4 при різних оборотах ТНД в початковому (І) і в модернізованому (ІІ) варіанті експлуатації
При застосування трубчастої технології тільки на одному ГПА за рахунок зниження витрат паливного газу на власні потреби на 10% економічний ефект складає близько 1 млн. грн. на рік (при терміні реалізації 1 місяць з терміном окупності заходів по застосуванню трубчастої технології 1-2 місяці).
У результаті модернізації камери згоряння досягається: підвищення надійності експлуатації ГПА ГТК-10 за рахунок високої ефективності роботи модернізованої камери згоряння в широкому діапазоні режимів експлуатації ГПА та розширення запасу по ефективній потужності агрегату; підвищення коефіцієнта надлишку повітря у камері згоряння ГПА (приблизно на 10% при однаковій ефективній потужності); утворення однорідної термічної структури потоку та підвищення рівномірності поля температур газів перед сопловим апаратом ТВТ; зниження рівня максимумів температур перед турбіною високого тиску при однозначній ефективній потужності (з оптимізованим і штатним варіантом камери згоряння).
Важливим напрямком підвищення ефективності експлуатації компресорних станцій є використання вторинних енергоресурсів. У ВАТ “Укргазпроект” за участю автора розроблена схема (рис. 4) для одержання вуглекислоти на КС з електроприводним ГПА і газотурбінними агрегатами вуглекислотну установку на імпортному устаткуванні, що використовує побічний продукт - вуглекислий газ, який міститься в продуктах згоряння працюючих газових опалювальних котелень на КС із газотурбінними ГПА.
Рисунок 4 – Принципова технологічна схема одержання вуглекислоти з використанням вторинних ресурсів КС газопроводів: 1 – газотурбінний газоперекачувальний агрегат; 2 – випускний тракт агрегату; 3 – паровий котел-утилізатор; 4, 11 – засувка з електроприводом; 5 – димова труба; 6 – димосос; 7 – вуглекислотна установка; 8 – шибер; 9 – димохід; 10 – котельня; 12 – вентилятор; 13 – блок управління; 14 – газоаналізатор; 15 – відвід; 16 – парова турбіна з електрогенератором; 17 – конденсатор; 18 – конденсатний насос; 19 – блок водопідготовки
Димові гази газових котелень, як сировина для одержання рідкої вуглекислоти, повинні відповідати певним вимогам, що дозволяють вести технологічний процес з максимальною ефективністю. Вміст СО2 в них повинен бути максимальним (не менш ніж 9,0%) при мінімальному вмісті кисню.
Кисень є окислювачем абсорбенту СО2 з димових газів і суттєво впливає на його витрату. Абсорбентом є розчин моноетаноламіну (МЕА). Тому процес спалювання природного газу для одержання димових газів повинен здійснюватись з мінімально-можливим коефіцієнтом надлишку повітря.
Для спільних цілей теплофікації КС і одержання вуглекислоти визначений оптимальний коефіцієнт надлишку повітря a.
Для вибору оптимальних параметрів газової опалювальної котельні, як генератора вуглекислого газу, на ПЕОМ були проведені розрахунки термодинамічно рівноважних складів продуктів згоряння природного газу різних родовищ при коефіцієнтах надлишку повітря в інтервалі 0,8¸1,2.
Аналіз результатів розрахунку, які проведені в Інституті газу НАНУ і ВАТ “Укргазпроект”, показує, що оптимальною величиною a при використанні продуктів згоряння газу для одержання вуглекислоти є a»0,9. При цьому режимі горіння відсутні залишковий кисень, оксиди азоту, а вміст СО2 у продуктах згоряння максимальний. Для продуктів згоряння природного газу різних, вибраних нами, родовищ величини СО2 складають 9,46¸9,71% об.
Згідно з усередненими паспортними даними теплова потужність газових опалювальних котелень КС з різними типами ГПА складає близько 4,2 МВт, а витрата природного газу - 500 м3/год. При цьому витрата повітря при a»0,9 для газу різних родовищ у середньому приблизно дорівнює 4150 м3/год. При спалюванні такої кількості газів з продуктів згоряння можна одержати 500 кг/год (12 т/добу) рідкої вуглекислоти.
Шостий розділ дисертації присвячений розробці науково-технічних заходів та засобів підвищення акустичної ефективності компресорних станцій магістральних газопроводів.
Інтенсивним джерелом шуму на КС є вихлопні шахти газоперекачувальних агрегатів. Як правило, для зниження рівня шуму вихлопу ГПА із судновим та авіаційним приводами типу ГПА-Ц-6,3, ГПА-Ц-16, ГПА-10 й ін. застосовують одно - або двоступінчасті глушники, які представляють собою набір плоских металевих перфорованих пластин, заповнених базальтовим волокном і встановлених паралельно до потоку вихлопних газів ГПА. Ефект глушіння шуму полягає в поглинанні порами звуковбирного волокна звукової енергії, що витрачається на подолання тертя часток повітря і інерції кістяка звуковбирного матеріалу. Однак, такі глушники мають низьку акустичну ефективність (близько 5 дБ) і експлуатаційну надійність. Під впливом швидкісного потоку гарячих (понад 350°С) вихлопних газів ГПА відбувається руйнування поверхонь перфорованих пластин і викид металу та звукоізоляційного матеріалу в атмосферу.
Разом з тим, ці задачі можуть бути більш ефективно вирішені встановленням у вихлопних шахтах ГПА шумоглушників-утилізаторів (ШУТ), які забезпечують зниження шуму вихлопу агрегатів з одночасною утилізацією теплоти їхніх вихлопних газів для підігріву води, повітря і інших теплоносіїв у системах теплопостачання КС. Такий шумоглушник-утилізатор (ШУТ) для ГТУ був запропонований інститутом “Укргазпроект” на рівні винаходу. Конструкція такого шумоглушника наведена на рис 5. Потік вихлопних газів надходить на вхід у шумоглушник-теплоутилізатор, а потім у простір між обтічниками, де відбувається дроблення потоку, його багаторазові звуження й розширення за рахунок прямокутних труб теплообмінників. При цьому відбувається відбиття звукових хвиль від прямокутних стінок і їхній вплив на осьовий потік вихлопних газів ГПА Водночас відбувається інтенсивне охолодження потоку газів циркулюючім в каналах теплообмінника охолоджувачем. Це приводить до додаткового зниження рівня шуму вихлопу завдяки відбиттю звукових хвиль і їхнього накладення на осьовий потік вихлопних газів через різницю імпедансів поблизу стінки теплообмінника і у потоці газів.
Рис. 5 – Шумоглушник-утилізатор для ГПА: 1 - корпус; 2 – впускний отвір; 3 – випускний отвір; 4 - обтічник; 5 - утилізаційний теплообмінник; 6 - підвідний повітряний колектор; 7 –відвідний повітряний колектор; 8 - звуковбирне волокно.
З погляду газової динаміки запропонований шумоглушник можна розглядати як трубопровід із системою місцевих опорів, що мають зверхність в утворенні сумарного протитиску постійному потоку відпрацьованих газів.
Аеродинамічний опір шумоглушника-утилізатора
(11)де
– сумарний коефіцієнт опору шумоглушника-утилізатора, приведений до вхідного перетину дифузора;Qo і Fo - відповідно витрата вихлопних газів (м3/с) і площа вхідного перетину прямокутного дифузора, м2;
с – густина вихлопних газів, кг/м3.
Для розроблювальної конструкції ШУТ коефіцієнт опору з деякими допущеннями може бути наданий у вигляді
(12)де Ашут- постійна, що характеризує конструктивні розміри ШУТ;
N – кількість касет-обтічників;
y - відстань між осями дифузора й касет, м;