Турбогенераторные установки opra icon

Турбогенераторные установки opra









Скачать 83.08 Kb.
НазваниеТурбогенераторные установки opra
Размер83.08 Kb.
ТипДокументы

Турбогенераторные установки OPRA


Почему OPRA работает на попутном газе

История разработки

Турбогенератор DTG16 представляет собой результат эволюционного развития турбины KG2, разработанной в конце 60-х годов подразделением норвежской компании Kongsberg. Автором разработки и руководителем этого подразделения был норвежский Ян Мовилл, который является исполнительным директором компании Opra – разработчика системы OP16.

Генераторы на основе турбины KG2 продавались на рынке в течение семнадцати лет сначала под маркой Kongsberg, а затем Dresser-Rand. Общее количество установленных турбин за этот период превысило 1000 единиц, а суммарная наработка составила более 15 миллионов часов.

KG2 снискала репутацию надежного и легкого в эксплуатации генерирующего оборудования в различных отраслях промышленности и климатических условиях. Многие потребители зачастую полагались на единственный турбогенератор KG2 без установки резервных систем для производства электрической и тепловой энергии.

Пользователями KG2 являются различные промышленные производства непрерывного цикла, компьютерные и телекоммуникационные центры, больницы, аэропорты, банки, водо- и теплоснабжающие предприятия. Нефтегазовые компании использовали KG2 на морских платформах и компрессорных станциях. В приложении № 14 приведен список мест установки данных ГТУ в нефтегазовом секторе.

Конструкция форсунок

В случае, если компонентный состав топливного газа выходит за рамки принятых стандартов, при подготовке турбогенератора OPRA к установке производится не только калибровка топливного клапана в соответствии с характеристиками газа, но и расчет геометрических параметров инжекторов с тем, чтобы обеспечить стабильное горение в камере сгорания на всем диапазоне мощностей станции. В турбогенераторе установлены четыре инжектора с премиксерными камерами, объединенные в одну кольцевую камеру сгорания.

Указанные настройки позволяют обеспечить стабильную работу станции при изменении теплотворной способности топлива в диапазоне ± 10% от расчетной.



Конструкция лопаток

Устойчивость к агрессивным компонентам в топливном газе обеспечивается за счет применения специальных сплавов в конструкции горячей части двигателя: колесо воздушного компрессора выполнено из титана, колесо турбины – из жаропрочного никелевого сплава. Из никелевого сплава выполнены также кольцевая камера сгорания и другие части горячей зоны двигателя.

Форма лопаток также оптимизирована так, что угловая скорость вращения и скорость потока газов совпадают, следовательно, снижаются требования по фильтрации в топливе и воздухе твердых частиц. Этим снижается риск эрозии лопаточной части и как следствие возникновения дисбаланса ротора.


Конструкция ротора

Ротор турбины имеет один консольный подшипник установленный вне зоны горения и высоких температур. Поэтому, система смазки также вынесена из горячей зоны и масло не выгорает в процессе работы. Это позволяет увеличить интервал его замены до одного раза в год. Это обеспечивает неприхотливость, легкость обслуживания в условиях нефтепромысла. Практически всегда можно совместить замену масла и регламент по станции с теплым временем года (или в период зимника – кому это удобно), что очень важно с точки зрения организации, стоимости и проведения регламентных работ в наиболее благоприятное для работы время.

Непрерывность горения

При использовании турбогенератора в принципе отсутствуют такие проблемы как изменяющееся метановое число и детонация – поскольку процесс горения происходит непрерывно, система управления поддерживает постоянную скорость вращения вала двигателя, а наличие четырех инжекторов обеспечивает стабильность горения на всех диапазонах мощности. При этом, чем меньше нагрузка на турбогенератор – тем дольше межрегламентные интервалы работы и длиннее цикл до капремонта горячей части двигателя.

Управление горением – система COFAR

ГТУ OPRA работает при пониженном избытке воздуха, что обеспечивает снижение температуры в камере сгорания. Это необходимо не только для снижения температурной напряженности материалов ротора и камеры сгорания, но и приводит к значительному снижению выбросов вредных веществ и прежде всего окислов азота.
По незначительности выбросов ГТУ OPRA занимает лидирующее место в мире:



OPRA (ppm): NOx < 6, CO < 6, другие HC < 5, O2 > 15%

Требования к блоку подготовки топливного газа ГТУ OPRA

Таким образом, для работы ГТУ OPRA достаточно иметь топливный газ произвольного состава с теплотворной способностью 30 – 120 мДжм3, обеспечить его подачу с давлением 10 ата и температурой +50 0Ц. Капельная влага должна быть полностью удалена, а вода в виде пара допускается до 5%V.

Для нагрева газа до нужной температуры достаточно его просто сжать в компрессоре, который и так необходим для получения нужного рабочего давления.

Остальные элементы газоподготовки, как правило присутствуют на промыслах, это – горизонтальные нефтяные сепараторы и вертикальный газовый сепаратор первой ступени. Поэтому, можно считать, что ГТУ OPRA не требует дополнительных затрат на газоподготовку сверх обычных затрат на строительство факельных систем. Факельная система строится всегда, а при 100% использовании попутного газа на выработку электроэнергии необходима для обеспечения аварийных сбросов газа.

Технологические ограничения Waukesha 12V-AT27GL для попутного газа.

Детонация на смесевых топливах

Принцип работы поршневого двигателя предполагает цикличную работу и как следствие возникает необходимость периодического сжигания топливной смеси в моменты нахождения поршня вблизи верхней мертвой точки (ВМТ). При приближении к ВМТ в камере сгорания растет давление и повышается температура топливной смеси. Это способствует нарастанию окислительных реакций в топливе. Поджиг топлива от искры производится в период до прохождения ВМТ и традиционно связан с углом установки зажигания. Такое упреждение необходимо чтобы согласовать скорость пламенного окисления топлива с временем прохода поршнем ВМТ и максимально полно сжечь топливо увеличивая эффективность рабочего цикла (период после прохождения ВМТ). Если топливо состоит из смеси горючих компонентов с разными октановыми числами, то, как правило, увеличивается риск возникновения неконтролируемого горения, когда часть топлива горит в виде пламени от искры с распространением фронта горения со скоростью 40-50 мс, а часть менее детаностойких горючих компонентов в условиях резкого увеличения температуры от факела может просто взорваться. Скорость фронта взрывного горения составляет 2000 мс и более. Взрывная волна, многократно отражаясь от стенок камеры сгорания и поршня, в состоянии вызвать механические повреждения деталей двигателя вплоть до разрушения деталей (поршень, цилиндровые гильзы, головка блока, клапаны). Это и есть детонация, и поэтому ее стараются избежать, для чего применяют несколько способов.

Понижение степени сжатия

Понижение степени сжатия наиболее эффективный способ предотвращения детонации. Однако, понижая степень сжатия уменьшают эффективность двигателя (КПД) и теряют в мощности. Применительно к электростанциям это приводит к увеличению массы и размеров двигателя для того чтобы получить желаемую единичную мощность энергоблока. Как следствие растет стоимость агрегата.

Регулирование угла опережения зажигания

Газопоршневые двигатели оснащают электронными блоками (Knock detection). Это дорогие электронные модули (15 000 долларов на один агрегат), в задачу которых входит управление моментом поджига свечой смеси в камере сгорания по результатам анализа информации от датчиков скорости вращения, температуры, вибрации, давления, установленных на двигателе.

Было подмечено, что, уменьшая угол опережения зажигания, можно сократить время горения топлива в период прохождения ВМТ и тем самым снизить вероятность возникновения детонации. Это приводит к потере мощности, но если состав топлива переменен, то это единственный способ оперативно препятствовать детонации, поскольку снижение степени сжатия это уже реализованный конструкционный ресурс. При уменьшении УОЗ ухудшается полнота сгорания топлива и увеличивается количество вредных выбросов в выхлопе.

Увеличение скорости вращения

Увеличивая скорость вращения коленчатого вала можно уменьшить время нахождения поршня в ВМТ, сократить время на горение и снизить риск детонации. В электростанциях этот путь не применим, поскольку есть обратная тенденция делать частоту коленчатого вала не более 1500 обмин или еще менее 750 или 1000 обмин. Это вызвано желанием разработчиков уменьшить эксплуатационные расходы двигателя и увеличить интервалы периодического обслуживания и периоды капитальных ремонтов. Кроме того, уменьшение скорости вращения сокращает отдачу (удельную по массе мощность) двигателя.

Применение топлив с фиксированными детонационными свойствами

Эти ограничения и трудности возникают, когда совершаются попытки работать поршневым двигателем на смеси газов. В ряде случаев это оказывается возможным, если смириться с неизбежными потерями и неудобствами ради необходимости генерации собственной электрической мощности на попутном газе. Но все становится гораздо проще, когда в поршневом двигателе применяют топлива с фиксированным известным и постоянным составом. Только благодаря этому весь парк автомобильных двигателей устойчиво работает на гостированных топливах и мы имеем возможность ездить на автомобилях.

Сложный узел подготовки топлива

Эта же идея положена в основу поршневиками, когда на месторождениях предлагается строить станции подготовки топливного газа, чтобы сделать возможным применение поршневых машин на газе, из которого удаляют проблемные компоненты (бутан, его изо соединения, газовый бензин).

Эти установки, сами по себе, сложны и дороги не только при строительстве, но и в эксплуатации. Как правило, применяют низкотемпературную сепарацию, мембранную фильтрацию, обессеревание. Стоимость таких установок может быть соизмерима со стоимостью самих генераторов. Мембранные системы наиболее перспективны, поскольку просты и относительно менее дороги, но мембраны боятся соединений серы и разрушаются даже при самых мизерных ее концентрациях, а это резко ограничивает возможности их применения только на месторождениях с гарантированным отсутствием серосодержания. Но и это не дает полных гарантий, поскольку известно, что состав газа в процессе разбуривания месторождения может меняться и в нем часто появляется сера.

Кроме этого, сам состав газа при расширении добычи меняется, особенно на точках сбора (ДНС и УПН). Это приводит к дополнительным затратам на модернизацию установки подготовки газа.

Риск выхода из строя при появлении сернистых газов

Поршневые двигатели очень чувствительны к наличию сернистых примесей. Эти примеси вызывают прямую коррозию элементов двигателя, приводят к раскислению смазочного масла и как следствие к сокращению срока его службы. Это увеличивает эксплуатационные затраты.

Малые интервалы обслуживания

Большое количество трущихся частей, сложность вспомогательных систем (масляная, жидкостного охлаждения) уменьшают межсервисные интервалы до 1000 -2000 часов, требуют останова машин, сокращают время полезной работы и увеличивают затраты на обслуживание. Так для машины 1 МВт только затраты на обслуживание за 50 000 часов составляют 600 000 долларов, а капитальный ремонт составит в конце этого периода до 60% первоначальной стоимости агрегата, плюс стоимость замены масла. В приложении №9 приведен типовой регламент поршневых агрегатов с двигателями Perkins на основе данных завода изготовителя.

Ограничение по минимальной продолжительной мощности

Важным ограничением является невозможность работы продолжительное время поршневых газовых двигателей на нагрузках менее 50% номинальной мощности. Эта проблема связана с повышением риска детонации из-за повышения температуры в камере сгорания и как следствие не полным сгоранием топлива, что приводит к появлению нагаров, отложений на стенках цилиндра и выходу агрегата из строя. Следствием такой продолжительной работы является сложный и дорогой ремонт, связанный с разборкой поршневой группы двигателя.



©Компания ТехноКластер/ КТК _ Почему ОПРА работает на ПНГ_ Страница


Добавить документ в свой блог или на сайт
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:

Похожие:



Руководство по установке и обслуживанию газовые погодозащищенные теплообменники/приточные установки
Хранение бензина и других летучих легковоспламеняющихся жидкостей в открытых емкостях в непосредственной близи от данной установки...



Инструкция для установки автомобиля на стапель Для установки автомобиля на стапель подкатите домкрат и приподнимите стапель со стороны винтовых стоек



Учебно-методический комплекс по дисциплине «локомотивные энергетические установки» Специальность/направление: 190301 Локомотивы
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Локомотивные энергетические установки» составлен в соответствии с требованиями Государственного...



Установки компрессорные



Установки компрессорные



Элементы силовой установки



Технологический процесс установки двигателя



Некоторые особенности установки системы



Комплектные однотрансформаторные подстанции наружной установки



Подробное описание установки чехлов «автопилот»

Поделиться в соцсетях



Авто-дневник






База данных защищена авторским правом ©ucheba 2000-2020

обратиться к администрации | правообладателям | пользователям

разработчик i-http.ru

на главную