Применение воздушных турбинных теплоутилизирующих установок для модернизации газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом

Повышение топливной экономичности и улучшение экологических показателей газотурбинных установок (ГТУ), используемых для привода нагнетателей газоперекачивающих агрегатов, является одной из актуальных задач совершенствования системы транспорта природного газа. В связи с этим устаревшие ГТУ с низкими коэффициентами полезного действия заменяют установками нового поколения, в том числе и регенеративного цикла. Однако это требует значительных капитальных затрат, вследствие чего исследуются возможности модернизации эксплуатируемых установок. Значительная доля энергии газа, сжигаемого в действующих приводных ГТУ, теряется в виде теплоты отработавших продуктов сгорания, имеющих температуру не ниже 670 К. Для утилизации теплоты отработавших продуктов сгорания предложено дополнить основную ГТУ воздушной турбинной установкой (ВТУ), простой по конструкции и недорогой по затратам на изготовление. Эта известная идея пока не нашла практического использования, поэтому не существует никаких рекомендаций по применению такой комбинированной установки в качестве привода нагнетателей природного газа. Показано, что для обеспечения возможности модернизации приводных ГТУ при минимальных затратах целесообразно использовать кинематически независимую от них ВТУ, мощность которой задействована для покрытия собственных нужд компрессорной станции и других целей. В результате расчета установлено, что при равных условиях комбинированная установка уступает ГТУ регенеративного цикла по коэффициенту полезного действия, однако обеспечивает значительно более плавное протекание зависимости этого параметра от режима работы, что имеет важное значение для газоперекачивающего агрегата. Оценены перспективы применения ВТУ для модернизации приводных ГТУ. Отмечено, что, помимо получения дополнительной мощности, использование ВТУ позволяет снизить температуру уходящих газов и массовую концентрацию вредных выбросов.

Литература

[1] Отчет руководства ПАО «ГАЗПРОМ» за 2018 г. URL: https://www.gazprom.ru/f/posts/ 65/760043/2018-mgt-report-ru.pdf (дата обращения 29 июня 2019).

[2] Чурикова М.М. Эффективность использования газоперекачивающих агрегатов различной единичной мощности на магистральных газопроводах. Дис. … канд. техн. наук. Москва, 2009. 122 с.

[3] Анализ состояния систем газоперекачивающих станций. URL: https://studbooks.net/ 1208622/menedzhment/analiz_sostoyaniya_sistem_gazoperekachivayuschih_stantsiy#58 (дата обращения 28 января 2019).

[4] Булыгина Л.В., Ряжских В.И. Методы повышения энергоэффективности компрессорных станций с газотурбинными газоперекачивающими агрегатами на стадии реконструкции. Вестник Воронежского государственного технического университета, 2017, № 2, т. 13, с. 32–39.

[5] Забелин Н.А., Лыков А.В., Рассохин В.А. Оценка располагаемой тепловой мощности уходящих газов газоперекачивающих агрегатов единой системы газоснабжения России. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование, 2013, № 4(183), т. 1, с. 136–145.

[6] Коваль В.А., Ануров Ю.М., Васильев А.И. Энергетические возможности газотурбинных установок с воздушной утилизацией тепла. Восточно-Европейский журнал передовых технологий, 2013, № 8(66), т. 6, с. 15–19.

[7] Торопчин С.В., Кузнецов В.А. Газотурбинный двигатель с регенерацией тепла. Пат. № 2192552 РФ, 2002.

[8] Шапиро Я. Газотурбинный двигатель. Патент № 4,506,502 США, F02 C 7/10, 1983.

[9] Ануров Ю.М., Скворцов А.В. Газотурбинный двигатель с регенерацией тепла. Пат. № 2346170 РФ, 2007, бюл. № 4.

[10] Коваль В.А., Тарелин А.А. О выборе термодинамической схемы газотурбинной установки промышленного назначения. Вестник Национального технического университета «ХПИ», 2008, № 35, с. 72–77.

[11] Торопчин С.В. Оптимальное предложение пермских двигателестроителей. URL: http://www.pmz.ru/pr/other/ntex/ib9/ib9_19-21/ (дата обращения 21 декабря 2018).

[12] Тарелин А.А., Коваль В.А., Ковалева Е.А. Оценка эффективных путей развития отечественных приводных двигателей для газотранспортной системы. Восточно-Европейский журнал передовых технологий, 2009, № 4(40), т. 4, с. 4–8.

[13] Кучеренко О.С., Мовчан С.Н., Филоненко А.А., Чобенко В.Н., Кузнецов В.В., Шевцов А.П. Характеристики газотурбинных двигателей с воздушными турбинными теплоутилизирующими установками. Восточно-Европейский журнал передовых технологий, 2010, № 3(45), т. 3, с. 26–31.

[14] Авиагазцентр. Теплообменное оборудование. Регенераторы. URL: http://www.aviagc.ru/ data/doc/Teploobmennoe%20oborudovanie-Regeneratory-Svodnaya%20spetsifikatsiya.pdf (дата обращения 14 октября 2018).

[15] Аналитика и исследования Ассоциации «Новые технологии газовой отрасли». Аналитический отчет. URL: http://newgaztech.ru/upload/АНАЛИТИКА%202.pdf (дата обращения 13 сентября 2018).

[16] Кейс В.М., Лондон А.Л. Компактные теплообменники. Москва, Энергия, 1967. 224 с. (Kays W.M., London A.L. Compact Heat Exchangers. Malabar, Fla Krieger Pub. Сo., 1998, 335 p.).