Файл: Программа Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 110
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
15
Рисунок 3.2 – Внешние характеристики газовой турбины
Наличие прямолинейной тяговой характеристики газовой турбины (см. рис.
3.2) приводит к тому, что на всех режимах работы агрегата, кроме одного (опти- мального), имеет место потеря мощности и его КПД.
Обычно газотурбинная установка проектируется так, что режимы ее макси- мальной экономичности и оптимальной мощности совпадают с режимами макси- мальной частоты вращения. В этих условиях вся ее рабочая зона лежит на левой ветви кривой мощности (см. рис. 3.2). Соотношение крутящих моментов в этом слу- чае составляет 2 - 2,3, что является вполне удовлетворительным для условий работы
ГТУ с мало меняющейся внешней нагрузкой, что имеет место при эксплуатации
ГТУ на магистральных газопроводах.
Если принять во внимание, что мощность ГТУ зависит в основном от темпера- турного перепада по турбине и расхода газов через турбину, то возможность измене- ния расхода газов при изменении частоты вращения турбины позволяет раздвинуть диапазон оптимальной мощности турбины в значительном диапазоне изменения час- тоты вращения (пунктирная трапеция (см. рис. 2.2). При этом мощность, развиваемая турбиной при различной частоте вращения, определяется соотношением N = Mω.
3.2. Нагнетатели природного газа и их характеристики
Нагнетателями природных газов принято называть лопаточные компрессор- ные машины с соотношением давления сжатия свыше 1,1 и не имеющих специаль- ных устройств для охлаждения газа в процессе его сжатия. Все нагнетатели природ- ного газа условно делятся на два класса: неполнонапорные (одноступенчатые) и полнонапорные.
Первые, имеющие степень сжатия в одном нагнетателе 1,25-1,27 используют- ся при последовательной схеме компремирования газа на КС, вторые – полнонапор- ные, имеющие степень сжатия 1,45-1,51, используются при коллекторной схеме об- вязки компрессорной станции.
Важной характеристикой нагнетателя является его производительность. При- менительно к газопроводу различают объемную Q, м
3
/мин, массовую G, кг/ч. и ком- мерческую подачу газа Q
к
, млн. нм
3
/сут. Перевод одних величин в другие осуществ-
16 ляется с использованием уравнения Клапейрона с поправкой на сжимаемость газа z, pv = zRT. При использовании G кг газа применяется уравнение Клапейрона-
Менделеева также с использованием поправки на сжимаемость газа z, pQ = GzRT, где Q – объемная подача газа, G – массовая подача, характеризующая количество газа, протекающее в единицу времени через сечение всасывающего патрубка. Ком- мерческая подача Q
к определяется по параметрам состояния во всасывающем пат- рубке, приведенным к нормальным физическим условиям (t = 20 0
C; p = 0,101 МПа).
Для определения коммерческой подачи используется уравнение Клапейрона для
«стандартных» условий: р
0
v
0
= RT
0
; Q
k
= G/
0
;
0
= p
0
/RT
0
Каждый тип нагнетателя определяется своей характеристикой, которая строит- ся при его натурных испытаниях. Под характеристикой нагнетателя принято пони- мать зависимость степени сжатия
, политропического КПД (
пол.)
и удельной приве- денной мощности (N
i
/
н.пр
) от приведенного объемного расхода газа Q
пр.
Строятся такие характеристики для заданного значения газовой постоянной R
пр.
, коэффициента сжимаемости z пр.
, показателя политропы, принятой расчетной температуры газа на входе в нагнетатель Т
в в заданном диапазоне изменения приведенной относительной частоты вращения вала нагнетателя (n/n
0)пр.
Типовая характеристика нагнетателя типа
370-18-1 приведена на рис. 3.3. Характеристики других типов нагнетателей имеют та- кой же вид, как для неполнонапорных, так и для полнонапорных нагнетателей.
Рисунок 3.3 – Приведенные характеристики нагнетателя 370-18-1
17
3.3. Измерительная аппаратура и методы измерений
Измерительная аппаратура, методы и меры предосторожности, которые долж- ны выполняться при испытаниях ГТУ, их узлов и систем, регламентированы ГОСТ
Р 52782-2007 (проект ИСО 2314) «Установки газотурбинные. Методы испытаний.
Приемочные испытания».
Указанный стандарт предписывает применение современных электронной ап- паратуры и устройств совместно с регистрацией контролируемых компьютером данных и системой их обработки, что является предпочтительным для получения данных и результатов испытаний с наивысшей степенью точности. Допускается ручная запись с аналоговых приборов в случаях, когда используют неэлектрические средства измерения.
3.3.1. Измерение давления
Для обеспечения наивысшей степени точности измерения должны быть ис- пользованы предварительно откалиброванные преобразователи давления, принцип действия которых основан на сенсорной технике, такой как пьезо, емкостная и т.д., с температурной компенсацией. Также можно использовать манометры упругого ти- па, такие как манометры типа U-образной или прямой трубки, манометры с весовой нагрузкой Бурдона и другие. Методология, число и тип приборов, используемых для измерения давления, должны быть тщательно оценены, принимая в расчет значение и диапазон изменения параметра, требование к точности, а также колебание задан- ного расхода и конструкцию оборудования.
Измерители давления должны быть установлены таким образом, чтобы ника- кие дополнительные погрешности, создаваемые окружающими условиями, такими как излучение, вибрация и т.д., или утечками из трубопровода и соединительных фитингов, не увеличивали неопределенность показаний.
Абсолютное атмосферное давление следует измерять датчиками барометриче- ского давления, откалиброванными с максимальной неопределенностью 0,05%. При- бор должен располагаться снаружи любого закрытого помещения в установившейся и защищенной среде на уровне, равном высоте расположения оси симметрии вала ГТУ.
Давление на входе в компрессор определяют как давление торможения, дос- тигнутое на входе в компрессор. Оно является абсолютным давлением, базирую- щимся на алгебраической сумме барометрического давления, манометрического статистического давления и динамического давления, когда эти значения измеряют и оценивают отдельно. Динамическое давление обычно рассчитывают, используя среднюю скорость и плотность воздуха в сечении, где измеряют статистическое давление. Эту среднюю скорость рассчитывают, используя площадь поперечного сечения в этом сечении и номинальный расход.
Если воздухозаборное устройство, шумоглушитель или фильтр отсутствуют, то давление на входе следует рассматривать как барометрическое давление.
В тех случаях, когда средняя скорость у соединительного фланца компрессора или вблизи лемнискатного компрессорного входа ниже 20 м/с, статистическое дав- ление может быть измерено только в одной точке. В случае, когда скорость свыше
18 20 м/с, статистическое давление берут как среднеарифметическое значение показа- ний трех точек измерения, расположенных симметрично, насколько это возможно в сечении, перпендикулярном к осредненному течению.
Давление на выходе из турбины определяют как статическое давление, дос- тигнутое на фланце турбины (после выхлопного патрубка) для соединения с выхло- пом тем же самым способом, как и для давления на входе в компрессор.
Если температура на входе в турбину определяется косвенными методами, то может стать необходимым измерение давления на выходе из компрессора или на входе в турбину.
19
1 2 3 4 5 6
Лекция № 4
ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
4.1. Измерение температуры
Приборы, рекомендуемые для измерения температуры, следующие:
- термометры сопротивления по ГОСТ Р 51233;
- термопары по ГОСТ Р 8.585;
- жидкостные прозрачные термометры.
Другие устройства измерения температуры, такие как термисторы, также мо- гут быть использованы при условии, что они должным образом откалиброваны и имеют неопределенность, соответствующую ограничениям.
В случаях, когда температуру потока измеряют с динамической составляющей температуры, превосходящей 0,5 К, следует использовать термометр с торможением среды в точке измерения (термометр измерения температуры торможения) или, на- оборот, соответствующую поправку относительно измерений, проведенных эталон- ным датчиком.
В зависимости от установленного контрольного объема для испытаний темпе- ратура воздуха на входе равна или температуре окружающего воздуха, или темпера- туре на входе в компрессор.
Приборы, требующиеся для измерения температуры окружающего воздуха, следует устанавливать в месте, где струя воздуха пересекает заданный контрольный объем для испытаний, обычно у секции фильтрации воздухозаборного устройства.
Особая осторожность требуется для защиты и экранирования температурных датчи- ков от солнечных и иных источников излучения, а также от высокой (более 10 м/с) скорости воздушного потока через чувствительный элемент.
Число приборов должно зависеть от формы и размера системы фильтрации воздуха на входе. Ее следует измерять, как минимум, четырьмя приборами, равно- мерно распределенными по площади поперечного сечения входного участка. Реко- мендуется размещать, как минимум, один датчик на каждые 10 м площади попереч- ного сечения потока на входе. В случае, когда существует неравномерный профиль температуры в поперечном сечении, число датчиков должно увеличиваться соответ- ственно. Если разница между минимальной и максимальной температурами больше
5 К, как и в случае, когда находящееся рядом оборудование установки является ис- точником горячих струй, направленных на воздухозаборное устройство, то причина этих явлений должна быть исследована и, где это возможно, ликвидирована.
Температура воздуха на входе в компрессор может быть использована для рас- чета баланса энергии. Ее
следует измерять приборами, имеющими максимальную не- определенность, равную 0,2 К. Для расчета среднего значения следует использовать, по крайней мере, два датчика, а показания - снимать одновременно. Если температуру измеряют в месте, где скорость воздуха свыше 10 м/с, то измеренную температуру следует скорректировать с помощью рассчитанной динамической составляющей тем- пературы торможения, используя вычисленную скорость воздуха.
В случае применения в эксплуатации испарительного охладителя или других аэрозольных систем необходимо обращать внимание на выбор точек измерения,
20 чтобы предотвратить побочное охлаждение чувствительных элементов датчиков температуры при бомбардировке водяными каплями.
Работа ГТУ при заданной настройке температуры в течение испытаний является очень важной для определения термогазодинамических характеристик. Обычно ГТУ проектируют на основе температуры на входе в турбину, которая, за исключением спе- циальных случаев, таких как турбины замкнутого цикла, не поддается измерению в ре- альной действительности. Поэтому температура на входе в турбину может быть опре- делена только косвенными способами, основанными на расчетах баланса тепла.
Температуру выхлопных газов следует измерять вблизи граничной поверхности контрольного объема для испытаний, которая часто является соединительной плоско- стью между ГТУ и котлом-утилизатором или дымовой трубой ГТУ. Поток выхлопных газов из ГТУ обычно имеет неравномерный профиль температуры и скорости. Поэто- му температуру выхлопных газов следует рассчитывать как среднемассовую.
Обычно ГТУ включает в себя устройства для измерения температуры на вы- ходе из турбины, так как эту температуру используют в системе защиты, управления и оперативного контроля в качестве самого важного выходного параметра. Изгото- вители ГТУ путем доводки и накопления опыта определяют количество и места ус- тановки датчиков температуры в выхлопном устройстве или в зоне между ступеня- ми (для многовальных ГТУ или ГТУ с промежуточным подогревом), учитывая не- равномерные профили скорости и температуры, а также тепловое излучение, эффек- ты теплопроводности.
Если для измерения температуры на выходе из турбины используют времен- ную испытательную аппаратуру, то, как минимум, четыре датчика температуры должны быть размещены в центрах равных площадей поперечного сечения, учиты- вая пространственные градиенты температуры и скорости потока. Если из практиче- ских соображений существует необходимость поместить датчики температуры бли- же к выходному фланцу турбины или в его сечении, то может потребоваться более четырех датчиков для обеспечения адекватной точности. Для ГТУ замкнутого цикла может быть достаточно двух датчиков температуры. Корпус и газоход между вы- ходным фланцем турбины и точкой измерения должны быть тщательно теплоизоли- рованы. Температура торможения в выхлопе должна быть рассчитана как средне- арифметическое значение индивидуальных измеренных величин.
Может потребоваться определение средней температуры торможения на входе в камеру сгорания для оценки прироста температуры.
Методы измерения средней температуры торможения на входе в камеру сго- рания могут изменяться в соответствии с детальным проектом установки. Необхо- димые предупредительные меры должны быть предприняты против лучистых пото- ков тепла.
4.2. Измерение расхода
В случаях, когда для определения косвенными методами мощности ГТУ или внутренней мощности приводимых ГТУ агрегатов требуются измерения расходов рабочего тела ГТУ или приводимых ею агрегатов, эти измерения должны произво- диться с помощью нормальных дроссельных устройств. Точность используемых при