Повышение энергетической эффективности газоперекачивающего агрегата

INCREASE OF POWER EFFICIENCY OF GAS PUMPING UNIT

Pavel Makarov

Student, National Research Tomsk Polytechnic University, Russia, Tomsk

Аннотация. В данной статье исследованы и проанализированы различные методы повышения энергетической эффективности газоперекачивающего агрегата. Актуальность работы связана с возрастающей ролью энергосбережения в магистральном транспорте природного газа. Из-за особенностей географического расположения месторождений газа в России и его потребителей трубопроводный транспорт находится на первом месте среди всех остальных способов доставки газа, поскольку только по магистральным газопроводам можно обеспечить равномерную и бесперебойную поставку значительного количества газа при минимальных экономических затратах.

Abstract. In this article, various methods for improving the energy efficiency of the gas pumping unit have been investigated and analyzed. The relevance of the work is associated with the increasing role of energy saving in the main transport of natural gas. Due to the geographical location of gas fields in Russia and its consumers, pipeline transport is in the first place among all other gas delivery methods, since only through gas main pipelines it is possible to ensure an even and uninterrupted supply of a significant amount of gas at minimum economic costs.

Ключевые слова: магистральный газопровод, повышение эффективности, компрессорная станция, газоперекачивающий агрегат, газотурбинная установка, эффективность.

Keywords: Main gas pipeline, increased efficiency, compressor station, gas pumping unit, gas turbine plant, efficiency.

Газотурбинные установки являются одним из основных типов привода газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций и широко используются в парогазовых установках при модернизации и обновлении оборудования тепловых электростанций и котельных, а также строительстве новых источников энергообеспечения.

Снижение затрат на техническое обслуживание и повышение уровня энергоэффективности технологического оборудования является основной и приоритетной целью любого производственного комплекса.

Эффективность работы газоперекачивающего агрегата зависит, главным образом, от эффективности работы энергопривода и нагнетателя, а также режимов работы газоперекачивающего агрегата.

Виды технической диагностики, позволяющие повысить энергоэффективность газоперекачивающего агрегата, позволяющие снизить вероятность падения мощности в межремонтный период:

• обнаружение повреждений или дефектов на начальной стадии их развития;
• оценка допустимости и целесообразности дальнейшей эксплуатации оборудования с учетом прогнозирования его технического состояния при выявленных дефектах;
• оптимизация режимов эксплуатации, позволяющая безопасно эксплуатировать агрегат с выявленными дефектами до момента его вывода в плановый ремонт;
• организация обслуживания и ремонта оборудования по техническому состоянию (вместо регламентного обслуживания и ремонта), обеспечение подготовки и выполнения качественных ремонтов [1].

1 Повышения газодинамической эффективности компрессора.

Повышения газодинамической эффективности компрессора можно достичь за счет:

• изменения конструктивной схемы компрессора;
• применения высокоэффективных элементов конструкции;
• применения композиционных материалов в проточной части компрессора;
• оптимизация скорости вращения компрессора

Каждый из этих способов может привести к повышению КПД компрессора на 1-5 %[2].

Увеличение радиальных зазоров в уплотнениях ротора для исключения касания при испытаниях на воздухе, при работе на газе приводит к снижению КПД проточной части до 3–5% и напора на 5–10%.

Повышение скорости вращения может привести к снижению габаритно массовых характеристик компрессора на 20–30%. Если повышенная скорость приблизится к оптимальной скорости проточной части можно будет снизить затраты мощности до 1 МВт, в противном случае ожидается снижение эффективности компрессора.

2 Выбор оптимального количества и типоразмера ГПА, обеспечивающий энергоэффективную работу КС

В настоящее время значительная часть газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях имеют эксплуатационный КПД, существенно ниже паспортного значения, что приводит к значительному перерасходу топливного газа на перекачку. Это связано с двумя факторами - снижением технического состояния газоперекачивающего агрегата  и их недозагрузкой, что требует решения задачи оптимизации режима работы КС.

Периодическое обновление газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях – необходимый и закономерный путь улучшения показателей транспорта газа в целом и уменьшения энергозатрат на его осуществление.

3 Применение модульной компоновки ГПА и КС

Понятие «модульная компрессорная станция» и «модульный газоперекачивающий агрегат» обозначают   агрегатный  принцип   формирования оборудования и систем, т.е. газоперекачивающий агрегат включает в себя аппараты воздушного охлаждения газа, пылеуловитель   и   вспомогательные   системы.  

В настоящее   время   имеется   необходимость   для дальнейшего развития проектных решений, которые можно      сформулировать в        виде концепции «модульной» компрессорной станции.

На сегодняшний день   на   компрессорных станциях России преобладает классическая схема технологической обвязки      оборудования      и трубо-проводов.       

4 Повышение эффективности путём утилизации теплоты

Утилизация теплоты надстроечными утилизационными установками целесообразна на тех станциях, которые оборудованы газоперекачивающими агрегатами, имеющими значительный остаточный ресурс до вывода из эксплуатации и при условии низких дополнительных капитальных вложений.

Размещение утилизационных установок на выходе из базовых газотурбинных двигателей компрессорных станций приводит к увеличению сопротивления, уменьшению срабатываемого в силовой турбине газотурбинного двигателя теплоперепада и вырабатываемой мощности для привода нагнетателей природного газа.

Самым распространенным вариантом использования теплоты уходящих газов является сезонный подогрев в теплообменных аппаратах воды, предназначенной для отопления помещений компрессорных станций, поселков и т.п. Для производства электрической энергии применяют утилизационные паротурбинные установки с невысокими начальными параметрами пара, определяемыми температурой уходящих газов. В качестве рабочего тела используется водяной пар, а также пары низкокипящих жидкостей (пентана, бутана) с термодинамическими характеристиками, позволяющими проектировать более эффективные установки. Следствием увеличения сопротивления движению газа на выходе из газоперекачивающего агрегата со свободной турбиной, которое можно оценить уменьшением коэффициента сохранения полного давления, является снижение мощности базовых установок [2].

5 Увеличение КПД ГТУ

На сегодняшний день существует ряд способов по увеличению эффективности газотурбинной установки, вот некоторые из них[3]:

• Полное устранение границ зерён при производстве лопаток турбины высокого давления;
• формирование плёночного охлаждения за счёт системы мелких каналов;
• “подстуживание” продуктов сгорания, поступающих на лопатки турбины высокого давления посредством их смешения с воздухом;
• подогрев воздуха, поступающего в камеру сгорания.

6 Повышение надёжности газоперекачивающего агрегата

Цели технической диагностики, определяющие экономическую эффективность диагностики:

• обнаружение повреждений или дефектов на начальной стадии их развития;
• оценка допустимости и целесообразности дальнейшей эксплуатации оборудования с учетом прогнозирования его технического состояния при выявленных дефектах;
• оптимизация режимов эксплуатации, позволяющая безопасно эксплуатировать агрегат с выявленными дефектами до момента его вывода в плановый ремонт;
• организация обслуживания и ремонта оборудования по техническому состоянию (вместо регламентного обслуживания и ремонта), обеспечение подготовки и выполнения качественных ремонтов [3].

7 Влияние количества пусков на энергоэффективность установки

Немаловажное значение для поддержания высокого уровня надежности является сокращение числа пусков и остановок газоперекачивающего агрегата, так как работа на этих режимах сопровождается прохождением резонансных зон, резкими теплосменами, неравномерным расширением отдельных узлов и деталей и, наконец, накоплением усталостных и термических повреждений. Экспериментально установлено, что уровень напряжений при пусках из холодного состояния в 1,5 раза превышает уровень напряжений при работе на номинальном режиме. При эксплуатации агрегатов без аварийных остановок и с числом пусков, не превышающим 250, ресурс работы лопаток турбины и деталей камеры сгорания может составлять 42 500 ч. В зарубежной практике эксплуатации частота пусков служит одним из показателей совершенства обслуживания и является важным критерием вывода агрегатов в ремонт [4].

Увеличение числа пусков несомненно укорачивает межремонтный период, так как у газотурбинной установки по паспортным характеристикам, существует определенное, допустимое число пусков за межремонтный период. На планирование и организацию ремонтных работ количество пусков оказывает большое влияние. Надежность является комплексным свойством, включающим безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

При обеспечении надежности допускается возможность появления только таких дефектов или повреждений, которые не приводят к потере работоспособности агрегата в течение межремонтного периода.

Заключение

Энергетическая эффективность режима работы компрессорных станций в значительной степени зависит от типа и числа газоперекачивающих агрегатов установленных на станции, их энергетических показателей и технологических режимов работы. Энергосбережение является основой рационального расходования первичных энергетических ресурсов, которые принято считать невозобнов-ляемыми. Невозобновляемость углеводородного топлива диктует основные задачи для их рационального расходования в настоящее время. Основным углеводородным топливом является нефть и газ.

Энергоемкость промышленных объектов России почти в 2 раза превышает соответствующие показатели развитых стран. Под энергоемкостью понимается величина расходования энергоресурсов на единицу произведенной продукции.