Выбор параметров и конструкции приводной ГТУ с воздушной турбинной теплоутилизирующей установкой в составе ГПА мощностью 16 МВт

Перспективным способом повышения коэффициента использования топлива (перекачиваемого природного газа) и улучшения экологических показателей газотурбинных установок (ГТУ), используемых для привода нагнетателей газоперекачивающих агрегатов, является внедрение комбинированных турбинных установок. Установка такого типа состоит из основной ГТУ, работающей на природном газе, и дополнительной воздушной турбинной установки (ВТУ), утилизирующей теплоту уходящих из ГТУ продуктов сгорания в теплообменном аппарате, за которым охлажденный воздух смешивается с отработавшими в ГТУ продуктами сгорания. Эффективность утилизации теплоты определяется путем решения сложной технико-экономической задачи выбора оптимальных массогабаритных параметров теплообменного аппарата. При модернизации газоперекачивающего агрегата в качестве базовой целесообразно применять незначительно измененную по конструкции и параметрам ГТУ. ВТУ не имеет действующего аналога. Ее параметры должны обеспечивать получение максимального коэффициента использования топлива в комбинированной установке при приемлемых массогабаритных показателях ВТУ и теплообменного аппарата. В качестве примера создания комбинированной установки предложен вариант модернизации ГТУ для газоперекачивающих агрегатов мощностью 16 МВт, которые составляют основу парка ПАО «Газпром». Спроектирована установка, включающая в себя основную ГТУ мощностью 16 МВт и дополнительную ВТУ мощностью 1 МВт для привода электрогенератора. Коэффициент использования топлива в комбинированной установке достигает 39,3 %. Конструкцию разработанной ВТУ отличают простота и надежность. Оптимальные массогабаритные и гидравлические параметры теплообменного аппарата получены благодаря применению пластинчато-ребристых поверхностей ПлР-2/ПлР-2. Предложена компоновка агрегатов комбинированной установки, обеспечивающая приемлемые гидравлические сопротивления в трубопроводах. Проведенный технико-экономический анализ показал, что реализация проекта является экономически целесообразной. Экологический эффект от модернизации газоперекачивающего агрегата с помощью ВТУ характеризуется существенным снижением температуры уходящих газов и уменьшением концентрации вредных выбросов в 1,3 раза.

Литература

[1] Манушин Э.А., Мельников А.И. Применение воздушных турбинных теплоутилизирующих установок для модернизации газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2019, № 7(712), с. 47–58.

[2] Аналитика и исследования Ассоциации «Новые технологии газовой отрасли». Аналитический отчет. Москва, 2016, вып. 2, 11 с.

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

[4] Кучевасов К.П., Саженков А.Н., Тимкин Ю.И., Трубников Ю.А. Способ защиты газотурбинной установки от раскрутки силовой турбины. Патент № 2316665 РФ, 2008, бюл. № 4. 9 с.

[5] Кондратюк В.В., Гулидов Р.В. Газотурбинные установки АО «Дальэнергомаш» для технологических агрегатов УКЛ-7. Химическая техника, 2017, № 4, с. 20–22.

[6] Синхронные генераторы Mecc Alte. URL: http://vecgroup.ru/about/partners/mecc-alte/ (дата обращения 14 августа 2019).

[7] Механические редукторы компании Wikov. URL: https://www.wikov.com/ru/mechanical-gearboxes (дата обращения 14 августа 2019).

[8] Автодвор. Контейнеровоз КамАЗ 53215. URL: https://moscow.autodvor-mpk.ru/production/konteinerovozy/konteinerovozy_1249550.html (дата обращения 17 марта 2019).

[9] Контейнер Лизинг. Технические характеристики и размеры контейнеров. URL: http://www.contlease.ru/catalog/suhogruznye_morskie_kontejnery/tehnicheskie_harakteristiki_kontejnerov/ (дата обращения 17 марта 2019).

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

[11] London A.L., Shah R.K. Offset Rectangular Plate-Fin Surface-Heat Transfer and Flow Friction Characteristics. ASME Journal of Engineering for Power, 1968, vol. 90, pp. 218–228, doi: 10.1115/1.3609175

[12] Газоперекачивающий агрегат ГПА-Ц-16. URL: http://infoks.ru/index.php/produkty/tekhnicheskaya-ucheba-material/59-gazoperekachivashchij-agregat-gpa-ts-16 (дата обращения 15 августа 2019).