WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

На рис. 2 представлено распределение модуля отклонений КПД (ГТУ, нагнетателя) параллельных агрегатов. Прослеживается корреляция между модулем отклонения политропного КПД нагнетателей и КПД ГТУ. Ранговый коэф фициент корреляции равен единице. Таким образом, связь между отклонениями энергетического и политропного КПД нагнетателя является значимой. Следовательно, основной причиной смещения рабочих точек является различие реальных энергетических КПД параллельных агрегатов.

0.0.0.0.0.0.КПД ГТУ Политропный КПД Рис. 2. Отклонения КПД параллельных ГПА В третьем разделе главы проводится анализ причин различия в энергетических КПД параллельных агрегатов. Показано, что основной причиной различия КПД в паре являются плохое техническое состояние компрессора (низкий КПД) и регенератора (низкий коэффициент регенерации) одного из агрегатов.

Таким образом, несогласованность характеристик нагнетателя в основном обусловлена отличием КПД ГТУ. Поэтому для оперативного контроля и регулирования параметров работы ГПА необходим постоянный оперативный контроль энергетического КПД ГТУ всех работающих агрегатов.

Последний раздел главы посвящен исследованию возможности диагностирования нестационарных режимов работы ГПА на основании измерения содержания кислорода в рабочем теле за силовой турбиной. На рис. 3 представлеМодуль разнрости КПД ны результаты испытаний агрегата ГТН-6, работающего вблизи точки помпажа.

Измерения содержания кислорода в уходящих газах проводились в течение одного часа, с интервалом 30 сек.

Временные вариации содержания кислорода при осложненных условиях работы ГПА 18.18.18.18.18.18. 18.17.17. 17.0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Время, мин Рис. 3. Временные вариации содержания кислорода при осложненных условиях работы ГПА Показатель Херста для рассматриваемого процесса, равный 0,8, указывает на то, что рассматриваемый процесс не является чисто стохастическим и полученный результат не связан с погрешностью измерений. Таким образом, контроль содержания кислорода в уходящих газах позволяет диагностировать осложненные режимы работы ГПА. Как будет показано ниже, измерение содержания кислорода в уходящих газах позволяет определять энергетическую эффективность работы ГТУ.

Третья глава посвящена разработке унифицированной методики оперативного контроля энергетической эффективности работы ГТУ. В постановке задачи были сформулированы следующие требования к методике:

1) методика должна быть применима ко всем типам ГПА с газотурбинным приводом;

в % Содержание кислорода 2) методика не должна опираться на характеристики ГТУ, которые могут изменяться во время эксплуатации;

3) методика должна позволять повышать точность определения энергетической эффективности с увеличением объема измерений;

4) методика должна позволять контролировать энергетическую эффективность работы ГТУ в реальном масштабе времени с учетом конкретных режимов эксплуатации.

Требования 1 и 2 невозможно обеспечить, используя паспортные характеристики ГТУ. Поэтому в основу методики положены основные термодинамические принципы работы ГТУ.

Уравнение теплового баланса ГТУ можно представить в виде q G = Ne + NУХ + NП, (1) где q – удельная теплота сгорания топливного газа; G – расход топливного газа;

Ne – мощность, передаваемая нагнетателю; Nух – потери тепловой энергии с уходящими газами; Nп - суммарные механические, гидравлические и тепловые потери непосредственно в ГПА.

Величина Nух может быть определена из соотношения Nух = G iух - eр Gв iр + Nх, (2) ух где: Gух – расход уходящих газов; Gв – расход воздуха; iух – уменьшение энтальпии уходящих газов после турбины; iр – увеличение энтальпии воздуха в регенераторе; eр – доля воздуха поступающая в камеру сгорания через регенератор (для ГТУ с регенератором eр = 1, для ГТУ без регенератора eр = 0); NХ – потери от неполного сгорания топлива.

Из уравнения теплового баланса турбины получаем Ne = т G iт - Gв iк, (3) ух к где: iт – уменьшение энтальпии рабочего тела в турбине; iк – увеличение энтальпии воздуха в компрессоре; т – механический КПД турбины; к – механический КПД компрессора.

GВ Определим коэффициент избытка воздуха соотношением =, где G mm0 – теоретически необходимая масса воздуха для сжигания одного килограмма топлива. Разделив соотношения (2) и (3) на (q G), получим два безразмерных параметра:

т ( m0 +1) iт - m0 iк Ne к =, (4) q G q Nух ( m0 +1) iух - eР m0 iР + qх K =, (5) ух q G q где: – КПД ГТУ; Kух – относительные потери тепловой энергии с уходящими Nх газами; qх = – относительная теплота несгоревшего топлива, которая для G условий ГПА, как правило, мала.

Изменение энтальпии рабочего тела определяется по измерениям температуры по тракту ГТУ. Таким образом, для применения формулы (4) необходимо измерение температуры рабочего тела в различных точках ГТУ, а также коэффициента избытка воздуха. Рассмотрение баланса энергии в камере сгорания позволяет исключить коэффициент избытка воздуха из формулы для определения КПД ГТУ. В результате может быть получена методика определения энергетической эффективности ГТУ, основанная только на измерении температуры рабочего тела по тракту ГТУ. Однако поле температур непосредственно за камерой сгорания (как правило, не регистрируемое с помощью штатных приборов) и на выходе из турбины высокого давления (ТВД) характеризуется высокой степенью неоднородности. В частности, для ГПА-12 «Урал» среднеквадратическое отклонение показаний 12 термопар, установленных за ТВД, составляет 30-40 С. Поэтому погрешность определения средней температуры за ТВД при использовании 12 термопар превышает 17 С. Таким образом, не удается создать методику определения энергетической эффективности ГТУ на основании измерений только температуры рабочего тела в различных точках ГТУ.

Непосредственно из уравнения (1) следует, что КПД ГТУ может быть определен из соотношения = 1- K - Kп, (6) ух где Кп = Nп/(qG) - относительные суммарные механические, гидравлические и тепловые потери непосредственно в ГПА.

Как показывает анализ работы реальных ГТУ, потери с уходящими газами составляют основную часть всех потерь. На рис. 4 представлен баланс полезной работы и основных видов потерь для ГТНР-25И.

Потери с уходящими газами 64% Механические Потери в камере Полезная работа потери сгорания 33% 1% 2% Рис. 4. Баланс полезной работы и потерь для ГТНР-25И Как следует из диаграммы, более 95% всех потерь приходится на потери с уходящими газами. Поэтому точность определения КПД ГТУ по формуле (6) в основном определяется точностью определения Кух. Последняя величина может быть определена по результатам измерения температуры рабочего тела на выходе из силовой турбины, температуры воздуха на входе и выходе из регенератора (для ГТУ регенеративного типа) и коэффициента избытка воздуха (5).

Как показал анализ ГТУ различного типа, поле температур уходящих газов за силовой турбиной достаточно равномерно. Также достаточно надежно может быть определена температура воздуха на входе и выходе регенератора. Таким образом, для определения Кух по формуле (5) необходимо иметь надежный способ определения коэффициента избытка воздуха.

В работе предлагается определять коэффициент избытка воздуха на основе измерения содержания кислорода в уходящих газах:

20,95 - О =, (7) 20,95 - Oгде относительное уменьшение объема продуктов сгорания по отношению к объему воздуха; O2 – процентное, объемное содержание кислорода в уходящих газах, измеряемое с помощью газоанализатора. Параметры q, m0, определяются по составу топливного газа.

Эта достаточно простая методика определения потерь с уходящими газами не использует паспортных характеристик ГТУ. Методика была апробирована при проведении энергетических обследований различных ЛПУ МГ ОАО «Газром» на агрегатах ГТН-6, ГТ-6-750, ГТК-10-4, ГПА-10, ГПА-12-Урал, ГПА-16 Урал, ГПА-16 МЖ, ГТН-25, ГТНР-25И. Во всех случаях методика позволила определить КПД ГТУ.

Следует отметить, что погрешность определения КПД в единичном измерении существенно зависит от величины. Для большинства ГТУ единичное измерение не позволяет получить достаточно точную оценку КПД ГТУ. Поэтому, для получения достаточно точного значения КПД ГТУ необходимо проведение серии измерений. Возможность повышения точности метода при проведении дополнительных измерений основана на случайном характере ошибок измерения и отсутствия систематических ошибок. Отсутствие систематических ошибок является основой для применения рассматриваемой методики. В связи с этим в работе уделено большое внимание контролю смещения показаний датчика кислорода используемых газоанализаторов.

Необходимость проведения серии измерений для получения достаточно точной оценки КПД ГТУ ограничивает возможность применения разработанного метода для оперативного контроля энергетической эффективности ГТУ в реальном масштабе времени. Для применения метода в оперативном контроле работы ГТУ необходима установка на каждом ГТУ стационарных приборов кон троля содержания кислорода в уходящих газах. Это требует существенных финансовых затрат. Поэтому в работе исследована возможность оперативного контроля энергетический эффективности ГТУ на основе теоретических формул для КПД ГТУ. В частности, для ГТУ без регенератора КПД может быть определен по формуле kк - к kk -1-kт т - тk т к =, (8) kк - к kk - -1 к где к – степень повышения давления в компрессоре; т – степень расширения в турбине; kк и kт – реальные показатели соответствующих процессов; к и т – механические КПД компрессора и турбины. Параметр определяется по формуле kт -Т1 Т2 kт = =, (9) Т0 Тгде Т1, Т2 – абсолютные температуры на входе и выходе турбины; Т0 – абсолютная температура атмосферного воздуха. Соотношение (8) определяет реальный КПД ГТУ при условии, что известны реальные показатели процесса сжатия в компрессоре (kк) и расширения в турбине (kт), которые зависят от реального технического состояния соответствующих элементов ГТУ. Указанные параметры могут быть определены по реальным измерениям давления и температуры рабочего тела в соответствующих точках ГТУ.

p2i ln p1i ki =, (10) p2i T2i ln - ln p1i T1i где ki – показатель процесса сжатия в компрессоре (i=1) и расширение в турбине (i=2); p1i p2i T1i T2i – давление и температура на входе (1) и выходе (2) компрессора и турбины. Как следует из анализа исходных данных информационных систем оперативного контроля, для большинства ГТУ показатель процесса сжатия компрессора может быть определен в режиме реального времени. Для определения показателя расширения в турбине необходимо измерение температуры на входе в турбину. Поле температур на входе в турбину очень неравномерно. Поэтому прямые измерения температуры на входе в турбину (которые, как правило, не производятся) не позволяют с достаточной точностью определить T12. Однако, измеряя параметры уходящих газов, величину T12 можно определить по формуле q T12 = Tкс +, (11) ( m0 +1) cp где Tкс – температура воздуха на входе в камеру сгорания; cp – средняя теплоемкость воздуха.

Таким образом, измерения коэффициента избытка воздуха позволяет определить показатель процесса расширения в турбине, а на его основе - определить КПД ГТУ (8). Как показывает опыт эксплуатации ГТУ показатель расширения в турбине изменяется гораздо медленнее, чем показатель сжатия в компрессоре. Поэтому для оперативного контроля энергетической эффективности ГТУ постоянный контроль коэффициента избытка воздуха может быть заменен на периодическое определение показателя процесса расширения в турбине по формулам (10),(11).

Для ГТУ с регенераторами может быть использована формула, аналогичная формуле (8). Таким образом, все требования к методике определения КПД ГТУ выполнены.

Четвертая глава диссертации посвящена возможности применения вероятностно-статистических методов для минимизации расхода топливного газа.

В первом разделе главы рассматриваются особенности применения вероятно стно-статистических методов (корреляционного и регрессионного анализа) для определения оптимальных режимов работы ГПА. Основой применения вероятностно-статистических методов является независимость измерений. Однако энергетическая эффективность не может быть определена на основе прямых измерений. Косвенные измерения энергетической эффективности могут приводить к ошибочным статистическим выводам. В работе даны четкие критерии для обеспечения достоверности статистических выводов об энергоэффективности работы ГПА.

Второй раздел главы посвящен определению оптимальных параметров работы компрессорных цехов. Основой для анализа являются фактические данные по работе четырех последовательно работающих компрессорных станций двухниточного газопровода давлением 7,5 МПа. Степень повышения давления на обследованных КС варьировалась в различные моменты времени в пределах от 1,23 до 1,45. На основании статистических исследований, с применением алгоритма самоорганизации, была получена зависимость удельного расхода топливного газа на единицу политропной работы H (м3/кВтчас) в зависимости от степени повышения давления на КС.

4,442 -11,42 + 7, H = (12) 320,25 10-4 z T (0,3 -1).

Зависимость (12) имеет минимум при = 1,41, который явно виден на рис.5. Полученный результат означает, что оптимальные параметры работы КС соответствуют номинальным режимам эксплуатации соответствующего оборудования. Казаченко А.Н., Никишиным В.И., Поршаковым Б.П. было показано, что необходимая для транспортировки газа политропная работа существенно уменьшается при снижении средней степени повышения давления на каждой КС. Однако указанный результат получен без учета эффективности работы соответствующего оборудования. Как показали проведенные исследования, эффект снижения политропной работы при уменьшении степени повышения давления нивелируется снижением эффективности работы ГПА.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»