Помощь студентам в учебе
МОДЕРНИЗАЦИЯ ГАЗОКОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ ЧЕЛЯБИНСКОГО ЛПУМГ ПУТЕМ ЗАМЕНЫ ГТК 10-4 НА ГТУ-16П
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБОСНОВАНИЕ И АКТУАЛЬНОСТЬ МОДЕРНИЗАЦИИ
ГАЗОКОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ ЧЕЛЯБИНСКОГО ЛПУМГ ПУЕТМ ЗАМЕНЫ ГТК 10-4 НА ГТУ-16П 8
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 9
3 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ АНАЛОГОВ 11
3.1 Отечественные производители газовых турбин 11
3.1.1 Газовые турбины «Силовые машины» 11
3.1.2 Газовые турбины НПО «Сатурн» 11
3.1.3 Газовые турбины ООО «Русские газовые турбины» 11
3.2 Зарубежные производители газовых турбин 12
3.2.1 Газовые турбины General Electric 12
3.2.2 Газовые турбины Siemens 12
3.2.3 Газовые турбины ALSTOM 13
4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 14
4.1 Тепловой расчет схемы ГТУ-16П 14
4.2 Газодинамический расчет ГТУ 16
5 ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ
МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ ШАРОВОГО КРАНА НА
ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ 23
5.1 Задачи исследования 23
5.2 Математическое описание исследования 23
5.3 Компьютерное моделирование 26
6 АВТОМАТИЗАЦИЯ ГТУ-16П 32
6.1 Назначение системы 32
6.2 Техническая характеристика 33
6.3 Состав системы 34
6.4 Сигнализация 36
6.5 Описание системы 37
7 ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ 41
7.1 Воздействие работы ГТУ-16П на окружающую среду 41
7.2 Поверка соответствия дымовой трубы для модернизации ГКС 41
7.3 Поверочный расчет дымовой трубы 42
8 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ 47
8.1 Принципы энергосбережения 48
8.2 Энергосбережение на газокомпрессорной станции 49
9 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬСНОСТИ 50
9.1 Опасные и вредные производственные факторы при эксплуатации и
ремонте ГТУ 50
9.2 Освещенность рабочих мест и производственных помещений 51
9.3 Опасность поражения электрическим током 52
9.4 Пожарная безопасность 52
10 ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ 55
10.1 Технико-экономический расчет вариантов повышения 55
энергетической эффективности работы ГКС 55
10.1.1 Смета капитальных затрат на модернизацию ГКС 56
10.1.2 Расчет текущих затрат по вариантам технических решений 57
10.2 Модель SWOT - анализа вариантов работы газокомпрессорной станции 61
10.3 Планирование целей проекта модернизации ГКС 64
10.3.1 Планирование целей проекта в дереве целей 64
10.3.2 Ленточный график Ганта по реализации мероприятий проекта 65
10.4 Основные экономические показатели проекта 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 68
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБОСНОВАНИЕ И АКТУАЛЬНОСТЬ МОДЕРНИЗАЦИИ
ГАЗОКОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ ЧЕЛЯБИНСКОГО ЛПУМГ ПУЕТМ ЗАМЕНЫ ГТК 10-4 НА ГТУ-16П 8
2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 9
3 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ АНАЛОГОВ 11
3.1 Отечественные производители газовых турбин 11
3.1.1 Газовые турбины «Силовые машины» 11
3.1.2 Газовые турбины НПО «Сатурн» 11
3.1.3 Газовые турбины ООО «Русские газовые турбины» 11
3.2 Зарубежные производители газовых турбин 12
3.2.1 Газовые турбины General Electric 12
3.2.2 Газовые турбины Siemens 12
3.2.3 Газовые турбины ALSTOM 13
4 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 14
4.1 Тепловой расчет схемы ГТУ-16П 14
4.2 Газодинамический расчет ГТУ 16
5 ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ
МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ ШАРОВОГО КРАНА НА
ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ 23
5.1 Задачи исследования 23
5.2 Математическое описание исследования 23
5.3 Компьютерное моделирование 26
6 АВТОМАТИЗАЦИЯ ГТУ-16П 32
6.1 Назначение системы 32
6.2 Техническая характеристика 33
6.3 Состав системы 34
6.4 Сигнализация 36
6.5 Описание системы 37
7 ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ 41
7.1 Воздействие работы ГТУ-16П на окружающую среду 41
7.2 Поверка соответствия дымовой трубы для модернизации ГКС 41
7.3 Поверочный расчет дымовой трубы 42
8 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ 47
8.1 Принципы энергосбережения 48
8.2 Энергосбережение на газокомпрессорной станции 49
9 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИДЕЯТЕЛЬСНОСТИ 50
9.1 Опасные и вредные производственные факторы при эксплуатации и
ремонте ГТУ 50
9.2 Освещенность рабочих мест и производственных помещений 51
9.3 Опасность поражения электрическим током 52
9.4 Пожарная безопасность 52
10 ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ 55
10.1 Технико-экономический расчет вариантов повышения 55
энергетической эффективности работы ГКС 55
10.1.1 Смета капитальных затрат на модернизацию ГКС 56
10.1.2 Расчет текущих затрат по вариантам технических решений 57
10.2 Модель SWOT - анализа вариантов работы газокомпрессорной станции 61
10.3 Планирование целей проекта модернизации ГКС 64
10.3.1 Планирование целей проекта в дереве целей 64
10.3.2 Ленточный график Ганта по реализации мероприятий проекта 65
10.4 Основные экономические показатели проекта 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 68
В последние годы получают всё более широкое применение в различных отраслях промышленности газотурбинные установки (ГТУ). Они могут работать на органическом топливе различного вида, что позволяет их использовать в стационарном (ТЭС, компрессорные станции и т.д.) и в транспортном варианте (морские суда, железнодорожный транспорт и т.д.).
Поскольку, наиболее экономичным способом транспортировки газа является трубопроводный, следовательно, на компрессорных станциях магистральных газопроводов ГТУ являются основными двигателями для привода газоперекачивающих агрегатов (ГПА). Количество ГПА с газотурбинным приводом по суммарной мощности достигло 80% от общей установленной мощности приводов на газокомпрессорных станциях.
Природный газ из скважин поступает под давлением 100-200 £77. Протекая по газопроводу, газ теряет свою энергию на преодоление гидравлических сопротивлений, следовательно, снижается его давление. Гидравлические потери зависят от диаметра газопровода, качества его стенок и количества местных сопротивлений, вызванных запорной и регулирующей арматурой, а также трением о трубопровод. В связи с этим чрез каждые 150-200 км на магистральном газопроводе устанавливают компрессорные станции, которые включают в себя центробежные нагнетатели, компримирующие природный газ, что позволяет компенсировать гидравлические потери сопротивлений и обеспечить бесперебойный транспорт газа.
Перспективность использования ГТУ на компрессорных станциях связана с их высокой энергоемкостью, автономностью, не требующей подвода дополнительной энергии и большим моторесурсом.
Использование ГТУ в качестве топлива транспортируемый газ исключает зависимость от внешних поставщиков энергии и не требует больших капитальных вложений на строительство линий электропередач. Оснащение ГТУ регенераторами дает возможность эффективно использовать теплоту уходящих газов для подогрева воздуха, что позволяет повысить эффективность работы камеры сгорания. Основная особенность ГТУ заключается в существенной зависимости эксплуатационных характеристик от параметров
термодинамического процесса горения топлива, которые в свою очередь зависят от качественного состава топлива, условий его подготовки и сгорания. Данная особенность, с одной стороны, выгодно отличает ГТУ от других двигателей с точки зрения возможности регулирования в широком диапазоне эксплуатационных параметров (скорость вращения, мощность, КПД и т.д.), с другой стороны, требует подготовки специалистов высокого уровня по их эксплуатации. Они должны обладать знаниями об основных характеристиках применяемых ГТУ, возможной области и граничных значениях регулируемых параметров, перспективах и возможному дальнейшему развитию конструкций ГТУ, что позволит принять обоснованные решения при проектировании конкретных компрессорных станций и разработать оптимальную систему технического обслуживания и ремонта технологического оборудования.
Газотурбинная установка ГТУ-16П разработана в рамках комплексной программы «Урал-Газпром» по созданию ГПА и ГТЭС нового поколения на базе газотурбинной установки ГТУ-12П и предназначена для привода нагнетателя блочного комплектного газоперекачивающего агрегата ГПА-16 «Урал» при
новом строительстве, а её модификации разработаны для реконструкции компрессорных цехов при замете приводов газоперекачивающих агрегатов типа ГТК-10, ГПА-Ц-16, ГПУ-16 и других с учетом конкретных условий реконструируемой ГКС. Компактность ГТУ позволяет производить их в блочномодульном исполнении, что облегчает условия монтажа и технического обслуживания.
Газотурбинная установка ГТУ-16П представляет собой комплекс,
включающий в себя газотурбинный двигатель ПС-90ГП-2 на подмоторной раме, трансмиссию с кожухами, входное устройство, шумоизолирующий кожух, выходное устройство (улитку), агрегаты, трубопроводные и электрические коммуникации систем, шкаф для размещения агрегатов и датчиков топливной системы.
Поскольку, наиболее экономичным способом транспортировки газа является трубопроводный, следовательно, на компрессорных станциях магистральных газопроводов ГТУ являются основными двигателями для привода газоперекачивающих агрегатов (ГПА). Количество ГПА с газотурбинным приводом по суммарной мощности достигло 80% от общей установленной мощности приводов на газокомпрессорных станциях.
Природный газ из скважин поступает под давлением 100-200 £77. Протекая по газопроводу, газ теряет свою энергию на преодоление гидравлических сопротивлений, следовательно, снижается его давление. Гидравлические потери зависят от диаметра газопровода, качества его стенок и количества местных сопротивлений, вызванных запорной и регулирующей арматурой, а также трением о трубопровод. В связи с этим чрез каждые 150-200 км на магистральном газопроводе устанавливают компрессорные станции, которые включают в себя центробежные нагнетатели, компримирующие природный газ, что позволяет компенсировать гидравлические потери сопротивлений и обеспечить бесперебойный транспорт газа.
Перспективность использования ГТУ на компрессорных станциях связана с их высокой энергоемкостью, автономностью, не требующей подвода дополнительной энергии и большим моторесурсом.
Использование ГТУ в качестве топлива транспортируемый газ исключает зависимость от внешних поставщиков энергии и не требует больших капитальных вложений на строительство линий электропередач. Оснащение ГТУ регенераторами дает возможность эффективно использовать теплоту уходящих газов для подогрева воздуха, что позволяет повысить эффективность работы камеры сгорания. Основная особенность ГТУ заключается в существенной зависимости эксплуатационных характеристик от параметров
термодинамического процесса горения топлива, которые в свою очередь зависят от качественного состава топлива, условий его подготовки и сгорания. Данная особенность, с одной стороны, выгодно отличает ГТУ от других двигателей с точки зрения возможности регулирования в широком диапазоне эксплуатационных параметров (скорость вращения, мощность, КПД и т.д.), с другой стороны, требует подготовки специалистов высокого уровня по их эксплуатации. Они должны обладать знаниями об основных характеристиках применяемых ГТУ, возможной области и граничных значениях регулируемых параметров, перспективах и возможному дальнейшему развитию конструкций ГТУ, что позволит принять обоснованные решения при проектировании конкретных компрессорных станций и разработать оптимальную систему технического обслуживания и ремонта технологического оборудования.
Газотурбинная установка ГТУ-16П разработана в рамках комплексной программы «Урал-Газпром» по созданию ГПА и ГТЭС нового поколения на базе газотурбинной установки ГТУ-12П и предназначена для привода нагнетателя блочного комплектного газоперекачивающего агрегата ГПА-16 «Урал» при
новом строительстве, а её модификации разработаны для реконструкции компрессорных цехов при замете приводов газоперекачивающих агрегатов типа ГТК-10, ГПА-Ц-16, ГПУ-16 и других с учетом конкретных условий реконструируемой ГКС. Компактность ГТУ позволяет производить их в блочномодульном исполнении, что облегчает условия монтажа и технического обслуживания.
Газотурбинная установка ГТУ-16П представляет собой комплекс,
включающий в себя газотурбинный двигатель ПС-90ГП-2 на подмоторной раме, трансмиссию с кожухами, входное устройство, шумоизолирующий кожух, выходное устройство (улитку), агрегаты, трубопроводные и электрические коммуникации систем, шкаф для размещения агрегатов и датчиков топливной системы.
В Челябинском ЛПУМГ на ГКС установлены газоперекачивающие агрегаты с приводом от газотурбинной установки ГТК 10-4. На данный момент установки отработали по 160 тыс. часов, после отработки моторесурса был произведен капитальный ремонт, но несмотря на это оборудование часто выходит из строя, возникают сложности с запуском турбин и их дальнейшей эксплуатацией. В связи с этим предлагается проект модернизации ГКС путем замены ГТК 10-4 на ГТУ- 16П.
Работа выполнена с использованием научной литературы, учебно - методических пособий, нормативно-справочной литературы, нормативноправовых актов.
После сравнения газовых турбин отечественного и зарубежного производства, можно сделать вывод, что КПД зарубежных газотурбинных установок в среднем немного выше российских аналогов. Также уровень начальных температур российских ГТУ в среднем составляет 1200 °С, данный показатель был достигнут мировым газотурбостроением в начале 90-х годов. Таким образом, российское газотурбиностроение отстает на 10-12 лет от общего мирового уровня. Однако, нажды на достижение современного уровня связаны с разработкой ГТЭ-180. Эта ГТУ будет вполне отвечать «массовому» мировому уровню и по начальнеой температуре, и по температуре уходящих газов, что позволит создать высокоэффективную ГТУ.
В данном разделе выпускной квалификационной работы были произведены основные расчеты: газотурбинной установки ГТУ-16П, результаты сведены в таблицу 4.4.
Таким образом, газотурбинная установка ГТУ-16П является более эффективной по сравнению со старой ГТК 10-4, следовательно проект модернизации ГКС является целесообразным.
В научной части проведено исследование граничных температурных условий методики испытаний шарового крана на герметичность при отрицательных температурах.
По итогу ряда проведенных экспериментов на заданные условия и на условия с отклонением давления и температуры на 10% получены следующие максимальные значения падений температуры, сведенные в таблице 5.1.
Причина резкого падения температуры ниже рабочего диапазона заключается в эффекте Джоуля-Томпсона, возникающем во время открытия шарового крана при наличии существенной разности давлений на его выходных отверстиях.
В случае, если изделие испытывается на давление или работает под перепадом давления, близким к паспортному максимальному значению, рекомендуется не охлаждать рабочую среду или части конструкции шарового крана ниже -45 C для изделия с пробкой в опорах и ниже -55 C для модели с «плавающей пробкой». В разделе автоматизации рассмотрена система автоматизации газотурбинной установки ГТУ-16П. Также рассмотрены контрольно-измерительные приборы и система автоматического регулирования ГПА. Была проанализирована работа система сигнализации и защиты агрегата.
В вопросы экологии выполнен расчет, в результате которого определили максимальную приземленную концентрацию вредных веществ, полученные данные сравнили с нормами. Дымовая труба, монтируемая в комплексе ГПА-1603 для ГТУ-16П, соответствует требованиям ПДК и может использоваться на ГКС.
В разделе энергосбережение были рассмотрены основные пути повышения и поддержания высокой экономии энергоресурсов. На основе этих методов ГКС Челябинского ЛПУМГ при замене газотурбинных установок ГТК 10-4 на ГТУ- 16П, а также их вспомогательного оборудования, сможет повысить общую энергоэффективность.
В разделе безопасность жизнедеятельности рассмотрено влияние опасных производственных факторов, которые влияют на состояние работника. Представлены меры по недопущению их возникновения, который обязан соблюдать каждый сотрудник ГКС, для обеспечения безопасного рабочего процесса.
В разделе «Экономика и управление» обоснована экономическая
эффективность проекта модернизации газокомпрессорной станции Челябинского ЛПУМГ путем замены газотурбинных установок ГТК 10-4 на ГТУ-16П Для этого решены следующие задачи: определены капитальные затраты для замены ГТК 104 на ГТУ-16П, годовые текущие затраты до и после модернизации. Срок окупаемости проекта составил 4 года 5 месяцев, что подтверждает его экономическую эффективность. Проведен SWOT-анализ вариантов технических решений. Выполнено планирование целей проекта, составлено дерево целей проекта и график Ганта.
Работа выполнена с использованием научной литературы, учебно - методических пособий, нормативно-справочной литературы, нормативноправовых актов.
После сравнения газовых турбин отечественного и зарубежного производства, можно сделать вывод, что КПД зарубежных газотурбинных установок в среднем немного выше российских аналогов. Также уровень начальных температур российских ГТУ в среднем составляет 1200 °С, данный показатель был достигнут мировым газотурбостроением в начале 90-х годов. Таким образом, российское газотурбиностроение отстает на 10-12 лет от общего мирового уровня. Однако, нажды на достижение современного уровня связаны с разработкой ГТЭ-180. Эта ГТУ будет вполне отвечать «массовому» мировому уровню и по начальнеой температуре, и по температуре уходящих газов, что позволит создать высокоэффективную ГТУ.
В данном разделе выпускной квалификационной работы были произведены основные расчеты: газотурбинной установки ГТУ-16П, результаты сведены в таблицу 4.4.
Таким образом, газотурбинная установка ГТУ-16П является более эффективной по сравнению со старой ГТК 10-4, следовательно проект модернизации ГКС является целесообразным.
В научной части проведено исследование граничных температурных условий методики испытаний шарового крана на герметичность при отрицательных температурах.
По итогу ряда проведенных экспериментов на заданные условия и на условия с отклонением давления и температуры на 10% получены следующие максимальные значения падений температуры, сведенные в таблице 5.1.
Причина резкого падения температуры ниже рабочего диапазона заключается в эффекте Джоуля-Томпсона, возникающем во время открытия шарового крана при наличии существенной разности давлений на его выходных отверстиях.
В случае, если изделие испытывается на давление или работает под перепадом давления, близким к паспортному максимальному значению, рекомендуется не охлаждать рабочую среду или части конструкции шарового крана ниже -45 C для изделия с пробкой в опорах и ниже -55 C для модели с «плавающей пробкой». В разделе автоматизации рассмотрена система автоматизации газотурбинной установки ГТУ-16П. Также рассмотрены контрольно-измерительные приборы и система автоматического регулирования ГПА. Была проанализирована работа система сигнализации и защиты агрегата.
В вопросы экологии выполнен расчет, в результате которого определили максимальную приземленную концентрацию вредных веществ, полученные данные сравнили с нормами. Дымовая труба, монтируемая в комплексе ГПА-1603 для ГТУ-16П, соответствует требованиям ПДК и может использоваться на ГКС.
В разделе энергосбережение были рассмотрены основные пути повышения и поддержания высокой экономии энергоресурсов. На основе этих методов ГКС Челябинского ЛПУМГ при замене газотурбинных установок ГТК 10-4 на ГТУ- 16П, а также их вспомогательного оборудования, сможет повысить общую энергоэффективность.
В разделе безопасность жизнедеятельности рассмотрено влияние опасных производственных факторов, которые влияют на состояние работника. Представлены меры по недопущению их возникновения, который обязан соблюдать каждый сотрудник ГКС, для обеспечения безопасного рабочего процесса.
В разделе «Экономика и управление» обоснована экономическая
эффективность проекта модернизации газокомпрессорной станции Челябинского ЛПУМГ путем замены газотурбинных установок ГТК 10-4 на ГТУ-16П Для этого решены следующие задачи: определены капитальные затраты для замены ГТК 104 на ГТУ-16П, годовые текущие затраты до и после модернизации. Срок окупаемости проекта составил 4 года 5 месяцев, что подтверждает его экономическую эффективность. Проведен SWOT-анализ вариантов технических решений. Выполнено планирование целей проекта, составлено дерево целей проекта и график Ганта.
