Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow Безмашинные методы энергоразделения газовых потоков

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Описание предлагаемого технического решения

Для уяснения поставленной проблемы следует вкратце рассмотреть принцип работы ГПА. Современные газоперекачивающие агрегаты отечественного производства имеют коэффициент полезного действия 34—36%. К таким агрегатам российского производства относятся ГПА серии «Урал» с приводом от газотурбинной установки на базе газотурбинного двигателя ПС-90А. В газотранспортной системе России их эксплуатируется более 300. Обратимся к схеме, иллюстрирующей работу ГПА-16 «Урал» (рис. 7.1), приводом которой служит ГТУ-16П.

Газ из магистрального газопровода поступает в компрессорную станцию для сжатия с давлением 50—55 атм и более. На выходе из компрессорной станции давление газа — порядка 70—80 атм и более. Требуемое давление топливного газа для рассматриваемой установки составляет 28—32 атм (в соответствии с руководством по технической эксплуатации ГТУ-16П). Понижение давления топливного газа от входного значения (50—55 атм) до требуемого (28—32 атм) осуществляется путем его дросселирования в специальном устройстве подготовки и подогрева топливного газа (УПТГ). При дросселировании температура газа понижается (эффект Джоуля—Томпсона), что может вызвать образование и выпадение гидратов (кристаллических соединений, образующихся при определенных условиях из воды и газа) — опасного явления из-за вероятности закупоривания проходного сечения трубопровода. Для устранения этого негативного эффекта газ перед дросселированием подогревают на 20—40 К, сжигая небольшое его количество в УПТГ. Таким образом, избыточное давление топливного газа на некоторых компрессорных станциях является не только неиспользуемым, а даже негативным фактором.

С другой стороны, высокие температуры (1420 К и более) рабочего тела в тракте турбины газотурбинной установки приводят к необходимости тепловой защиты элементов ее конструкции (лопаток, сопловых аппаратов). Защита осуществляется путем создания пленки более холодного воздуха над поверхностью защищаемой детали. Воздух вдувается через специально спрофилированные в охлаждаемой

а)

Магистральный газопровод Р- 50—55 атм

б)

$

Магистральный газопровод Р- 50—55 атм

Топливный газ

УПТГ

Т=

Дросселирование и подогрев топливного газа на 20-40 К

Топливный га]

Р= 28-32 атм

Т= 270-340 К

Топливный газ Р- 50—55 атм

Магистральный газопровод Р- 70—80 атм

Р- 50—55 атм

Т= 270-290 К

Магистральный газопровод Р- 70—80 атм

т

/ ЦН

._|_

Т = 780 К

Т= 1420 К

Т= 700 К

Воздух (Р Т )

атм’ 1 атм/

Воздух в системе охлаждения

Т= 600 к

I_____________|

Рис. 7.1. Схема и основные узлы газоперекачивающего агрегата:

— компрессор; Г — камера сгорания; Т — турбина; ЦН — центробежный нагнетатель; УПТГ — устройство подогрева

топливного газа; БЭ — безмашинное энергоразделение

детали отверстия. Для этих целей из тракта компрессора газотурбинной установки производятся отборы сжатого воздуха. При этом чем больше отборы воздуха в систему охлаждения, тем меньше КПД ГПА в целом. Например, в рассматриваемой ГТУ-16П постоянные отборы воздуха в систему охлаждения составляют 18,42% от расхода воздуха через компрессор. Таким образом, мы имеем, с одной стороны, сжатый топливный газ при температуре 270—290 К, который подогревается и дросселируется, а с другой — воздух, отбираемый для охлаждения элементов ГТУ с температурой до 600 К. Следовательно, организация теплообмена между топливным газом и этим воздухом является выгодной с точки зрения как повышения эффективности системы охлаждения, так и экономии топливного газа. При этом следует особенно отметить, что не происходит внесения изменений в конструктивную схему ГТУ. Изменения касаются лишь взаимного расположения внешних трубопроводов — топливного и системы охлаждения (рис. 7.1, б).

При введении в схему ГПА предлагаемого устройства безмашин-ного энергоразделения избыточный перепад давления топливного газа используется для его разгона до сверхзвуковой скорости, при этом необходимое давление газа перед камерой сгорания обеспечивается при его торможении в сверхзвуковом диффузоре. Воздушный поток пускается по дозвуковому тракту устройства, в котором необходимо обеспечить минимально возможные потери давления. Процесс разгона может сопровождаться конденсацией компонентов топливного газа в ядре сверхзвукового потока и последующим их испарением на горячей стенке устройства, разделяющей сверхзвуковой и дозвуковой потоки, что будет приводить к существенной интенсификации теплообмена в устройстве по сравнению с обыкновенным теплообменным аппаратом типа «труба в трубе» (рис. 7.2).

Воздух

(охлажденный)

т

Топливный газ1

Топливный газ

(горячий)

Воздух

(горячий)

Принципиальная схема устройства безмашинного

Рис. 7.2. Принципиальная схема устройства безмашинного

энергоразделения

Следует особенно отметить важное преимущество, возникающее при использовании данного устройства, — это использование конденсации компонентов топливного газа (считающегося негативным и опасным явлением в обычных условиях) в положительных целях как средства повышения эффективности устройства безмашинного энергоразделения, а следовательно, и ГПА в целом.

Таким образом, схема организации теплообмена в устройстве безмашинного энергоразделения между воздушным и газовым потоками приведет к следующим положительным эффектам:

  • • снижение или исключение необратимых потерь газа, связанных с его сжиганием в устройствах подготовки и предварительного подогрева топливного газа;
  • • снижение расхода топливного газа за счет повышения его температуры перед камерой сгорания;
  • • повышение эффективности системы охлаждения ГТУ, а следовательно, надежности ГТУ в целом.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>