Содержание к диссертации
Введение
1.1 Применение детандер-генераторных агрегатов в системе газоснабжения 14
1.4 Реализованные схемы работы ДГА на промышленных объектах 22
1.5 Применение ДГА на компрессорных станциях системы транспорта газа.Постановка задачи исследования 31
2 Разработка и анализ схемы ДГА, работающего на топливном газе ГПА.Определение электрических мощностей* ДГА, которые могут быть получены при внедрении ДГА на КС ОАО «Газпром» 35
2.1 Схема ДГА, работающего на топливном газе ГПА 35
2.2 Анализ влияния установки теплообменника-утилизатора в проходном 39
2.3 Расчет мощности ДГА при работе установки в номинальном режиме... 44
2.4 Определение электрических мощностей ДГА, которые могут быть получены при внедрении ДГА на КС ОАО «Газпром» 56
3 Исследование работы ДГА, установленного на линии топливного газаГПА, в переменных режимах 58
3.1 Показатели работы ДГА при расчете двух установок, спроектированныхна давление 21 и 31 бар 61
3.2 Показатели работы ДГА при расчете установки, спроектированной надавление 21 бар. Переменный режим по давлению (давление за ДГА 31бар) 71
4 Промышленные испытания ГПА 77
4.1 Инструментальные обследования ГПА 77
4.2 Расчёт показателей и анализ энергоэффективности ГПА. Результатыиспытаний 86
5 Влияние ДГА, установленного в системе топливного газа ГПА, на показатели надежности электроснабжения КС 95
5.1 Оценка возможности создания бесперебойного источника электроснабжения на базе ДГА 95
5.2 Оценка надежности электроснабжения ГПА, за счет электрогенери-рующей установки на базе ДГА 110
6 Влияние ДГА, установленного в системе топливного газа ГПА, на технико-экономические показатели работы КС 123
6.1 Сокращение расхода первичного условного топлива компрессорнойстанцией на производство единицы продукции 123
6.2 Эксергетический КПД комплекса «ГПА-ДГА» 126
6.3 Оценка технико-экономической эффективности применения ДГА, установленного в системе топливного газа ГПА 132
Выводы по диссертации 143
Список использованных источников 145
- Реализованные схемы работы ДГА на промышленных объектах
- Анализ влияния установки теплообменника-утилизатора в проходном
- Показатели работы ДГА при расчете установки, спроектированной надавление 21 бар. Переменный режим по давлению (давление за ДГА 31бар)
- Оценка надежности электроснабжения ГПА, за счет электрогенери-рующей установки на базе ДГА
Введение к работе
Энергосбережению в промышленности уделяется значительное внимание. Проблема энергосбережения, являясь одной из важнейших во всех развитых странах, приобретает особую остроту в России, где энергоресурсы дорожают и используются крайне неэффективно. Транспорт газа, несомненно, являющийся одной из наиболее важных отраслей промышленности в современной России, также не лишен этой проблемы.
По магистральным газопроводам газ транспортируется с давлением 5,5 — 7,5 МПа. В перспективе возможно увеличение давления до 10,0 — 14,0 МПа (при передаче газа от новых месторождений на большие расстояния). На транспорт в России тратится 10 - 12 % перекачиваемого природного газа, затрачиваемого в качестве топлива для привода газоперекачивающих агрегатов (ГПА) с газотурбинным приводом. ГПА с газотурбинным приводом составляют более 80% всего парка ГПА в РФ.
По отводам от магистральных газопроводов газ направляется к газораспределительным станциям (ГРС) и от них — к газорегуляторным пунктам (ГРП), а также в системы топливного газа ГПА, в которых давление уменьшается до значений 1,2; 0,15 и 3,1 МПа соответственно. Снижение давления газа обычно производится в дроссельных установках.
Одним из важных направлений экономии энергии в газовой промышленности является применение детандер-генераторных агрегатов (ДГА) для получения электроэнергии за счет использования технологического перепада давлений газа при его транспортировке. Оно было определено как одно из приоритетных направлений Федеральной целевой программой «Энергоэффективная экономика» на 2002-2005 годы и на перспективу до 2010 года, а также программой создания собственных источников электроснабжения ОАО «Газпром» от 20.10.2000 г.
Детандер-генераторные агрегаты представляют собой устройства для использования технологического перепада давления газа в газопроводах для получения электроэнергии. В их состав входят детандер, электрический генератор, теплообменное оборудование (для подогрева газа), регулирующая и запорная арматура, система КИП и автоматики. При прохождении газа через детандер происходит преобразование внутренней энергии газа в электрическую энергию в генераторе.
В мировой практике накоплен значительный опыт успешной эксплуатации ДГА. Рынок детандеров динамично развивается. Достаточно сказать, что на сегодняшний день в странах Западной Европы, США, Японии и других странах работают более 200 установок различной мощности. Наиболее распространены установки мощностью 100 - 1500 кВт (около 80% общего парка). Эти установки производят известные фирмы: «ABB», «Atlas», «Siemens», «RMG» и др. В зарубежной научно-технической периодической литературе дается высокая оценка эффективности ДГА.
В России первый положительный опыт эксплуатации ДГА на ГРП был получен на ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго», где установлены два агрегата единичной мощностью по 5 МВт каждый. По данным ТЭЦ-21, удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии на ДГА при применяемой системе подогрева газа составляет около 100 г/кВт-ч. Применение ДГА позволило снизить удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии на ТЭЦ-21 на1.25г/кВт-ч.
Энергетическая эффективность ДГА определяется самим принципом его работы, а именно тем, что составная часть ДГА - детандер - не является тепловой машиной, так как, несмотря на то, что в нем происходит преобразование внутренней энергии в механическую работу, в основе его действия не лежит циклический процесс. Поэтому теплота, используемая для подогрева газа в ДГА, может быть практически полностью преобразована в детандере в механическую работу. В тепловых машинах, к которым относятся паротурбинные и газотурбинные установки тепловых электрических станций, от 60 до 30% энергии, выделяющейся при сжигании топлива, в соответствии со вторым началом термодинамики, должно быть передано холодному источнику [1].
В настоящее время ведутся работы, направленные на создание программы внедрения собственных источников электроснабжения на базе ДГА на объектах ОАО «Газпром».
Необходимо отметить, что применение ДГА на ГРС, принадлежащих ОАО «Газпром», сопровождается трудностями организационного характера — собственная потребность ГРС в электроэнергии очень мала (от 5 до 30 кВт), а мощность, вырабатываемая на ДГА, может достигать нескольких мегаватт (от 0,5 до 10 МВт). Для передачи электроэнергии в сеть необходима установка трансформатора, при этом электроснабжающие компании зачастую отказываются покупать эту электроэнергию даже по минимальной цене.
При применении детандер-генераторного агрегата на КС эта проблема решена просто - вся выработанная на ДГА электроэнергия направляется на электроснабжение собственных потребителей.
Применение ДГА в системе топливного газа газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом при транспортировке природного газа по магистральным газопроводам позволяет значительно снизить количество электроэнергии, закупаемой газокомпрессорной станцией у электроснабжающей компании.
Использование этой электроэнергии для электроснабжения ГПА дает возможность существенно повысить надежность их работы. Актуальность этой задачи обусловлена значительным количеством аварийных ситуаций в электрических сетях. Так, за 1998 — 1999 гг. зарегистрировано 117 случаев нарушения режима электроснабжения только объектов ООО «Тюменьтрансгаз» по причине возникновения аварийных ситуаций в сетях АО «Тюменьэнерго». При этом каждая аварийная остановка ГПА приводит к повышенному расходу электроэнергии и природного газа за счет дополнительных затрат топлива и энергии на запуск агрегатов и работы газотранспортной системы в неноминальных режимах. Так расход газа, сбрасываемого при пуске ГПА, согласно [2] составляет 750 - 1400 нм , при стравливании контура ГПА расход газа составляет от 360 до 1250 нм3 [2].
В настоящее время для поддержания бесперебойности электроснабжения ответственных узлов КС используются дизельные электростанции (ДЭС), сжигающие органическое топливо. Применение ДГА в системе топливного газа позволяет заменить эти установки на новых и дополнить на существующих КС.
Из сказанного выше ясно, что для успешного внедрения детандер-генераторных агрегатов в промышленности России необходим широкий комплекс работ, включающий в себя как научные разработки, так и организацию производства.
Если принять во внимание непрерывное увеличение потребление газа в мире, повышение доли российского газа, продаваемого за рубеж, а, следовательно, рост затрат на его транспортировку, можно прийти к выводу о необходимости внедрения ДГА как на действующих, так и на строящихся газопроводах.
Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что возможности применения ДГА на газоперекачивающих станциях магистральных газопроводов практически не изучены и имеется необходимость оценки электрических мощностей ДГА, которые могут быть получены при внедрении ДГА в газотранспортной промышленности РФ, разработки схем, составления математической модели и получения зависимостей для определения показателей эффективности применения ДГА, установленного в системе топливного газа ГПА. Цель работы;
Целью работы является теоретическое обоснование целесообразности применения детандер-генераторных агрегатов на газоперекачивающих агрега тах компрессорных станций. Для этого поставлены и решены следующие задачи:
1. Разработать схему установки ДГА в системе топливного газа ГПА с газотурбинным приводом с использованием теплоты отходящих газов ГТУ. Провести анализ работы установки с учетом режимов работы газоперекачивающего оборудования и определить условия работы и типы ГПА, для которых наиболее выгодно применять ДГА.
2. Провести промышленные испытания газоперекачивающего оборудования на действующих газокомпрессорных станциях ОАО «Газпром».
3. Проанализировать и обобщить паспортные и эксплуатационные данные и характеристики ГПА, собранные во время проведения промышленных испытаний ГПА.
4. Проанализировать и обобщить данные об аварийном электропотреблении газоперекачивающих агрегатов.
5. На основе результатов, полученных при обобщении, разработать математическую модель комплекса «ГПА-ДГА» для оценки возможной выработки электроэнергии при установке ДГА на ГПА применяемых в РФ типов с учетом технического состояния ГПА.
6. Определить, для каких типов ГПА и при каких условиях работы оборудования, в случае отключения внешнего электроснабжения, можно полностью или частично поддержать бесперебойную или обеспечить полностью автономную работу газоперекачивающего оборудования за счет применения ДГА.
7. Предложить методы и произвести технико-экономическую и термодинамическую оценку эффективности работы системы «ГПА-ДГА на различных режимах работы оборудования.
8. Определить электрические мощности ДГА, которые могут быть получены при внедрении ДГА на газокомпрессорных станциях ОАО «Газпром».
Реализованные схемы работы ДГА на промышленных объектах
По состоянию на 2002 г. наработка установки составила более 42000 ч, а количество выработанной электроэнергии - более 40000 кВт-ч. Анализ результатов эксплуатации показал, что на всех режимах установка работает устойчиво, системы автоматического управления и регулирования и электрическая силовая часть установки работают надежно [69].
На ГРС-4 «Южная» (г. Москва) установлены четыре энергоблока: 3 по 600 кВт каждый и один — мощностью 300 кВт, вырабатывающие как электроэнергию, так и холод [70]. Как указывает автор, вырабатываемая электроэнергия передается в электрические сети ОАО «Мосэнерго», а холод направляется в холодильник, предназначенный для хранения продуктов питания. Холодный газ с температурой -15...-20 С (температура газа на выходе из ДГА) проходит через теплопередающие поверхности холодильника и затем, после повышения его температуры до -1...+2 С, он возвращается в трубопровод отвода газа от
ГРС. При этом параметры газа {давление и температура) остаются такими же, как и при работе без энергоблока [70].
На ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго» компанией АО «Криокор» в 1995 году установлены два детандер-генераторных агрегата, мощностью 5 МВт каждый. В установку ДГА входят: турбодетандер - двухступенчатая турбина осевого типа с номинальным числом оборотов 9000 в минуту (изготовитель - завод Энергия, г. Кривой Рог); генератор типа Т-6-2Т3.1 на частоту 50 Гц, напряжением 10,5 кВ (изготовитель - АО Привод, г. Лысьва); редуктор - одноступенчатый с передаточным числом 3,2 (изготовитель - завод Энергия, г. Кривой Рог). Кроме того, в схеме имеются фильтры для очистки газа, подогреватели газа, система регулирования работы ДГА.
Подогрев газа перед ДГА осуществляется прямой сетевой водой [9, 27-28]. Газ, с давлением 0,8-1,2 МПа, поступает из магистрального трубопровода в систему газо-водяных подогревателей, где подогревается сетевой водой из общестанционного коллектора до 80...85 С и затем направляется на турбодетан-деры. Греющая вода после газо-водяного теплообменника направляется в общестанционный коллектор обратной сетевой воды. На рисунке 1.3 приведена схема ДГА, установленного на ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго». зультатов работы ДГА, установленных на электростанциях [27 - 28]. В работе [27] приводятся результаты испытаний ДГА, установленного на ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго». Приводятся полученные в результате обработки экспериментальных данных аналитические зависимости, связывающие основные параметры работы ДГА, режимная карта ДГА. Полученные математические модели могут быть эффективно использованы для прогнозирования результатов технологического процесса. В работе [28] описан опыт эксплуатации этого агрегата. Агрегат показал себя высоконадежным, эксплуатация не требует большого числа персонала (один постоянно присутствующий оператор и один - два ремонтника - по необходимости). Отмечается необходимость решения вопроса об усовершенствовании системы подогрева газа в ДГА, что позволит повысить эффективность работы и производство электроэнергии на установке, особенно в летнее время. При работе ТЭЦ по тепловому графику использование ДГА позволяет уменьшить удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии для всей ТЭЦ на 0,1...0,3% исходного. При работе оборудования в конденсационном режиме уменьшение удельного расхода топлива на выработку электроэнергии может составить 1,0...1,2 %. По данным ТЭЦ-21, снижение удельного расхода условного топлива на выработку электроэнергии за счет использования ДГА составило в 2002 г. около 1,25 г/кВт-ч [28].
Пилотный проект установки детандер-генераторных агрегатов на ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго» положил начало внедрению ДГА на электростанциях в РФ. В настоящее время на Новорязанской ГРЭС с успехом эксплуатируются детандер-генераторный агрегат, мощностью 5 МВт, введен в эксплуатацию аналогичный ДГА на ТЭЦ-23 ОАО «Мосэнерго». Отличие ДГА ТЭЦ-23 ОАО «Мосэнерго» от ДГА ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго» заключается в том, что на ТЭЦ-23 подогрев газа осуществляется подпиточной водой теплосети.
На Среднеуральской ГРЭС ОАО «Свердловэнерго» сооружена опытно-промышленная газотурбинная расширительная станция (ГТРС) взамен ГРП с перепадом давлений 1,2/0,17 МПа [71]. Система подогрева газа представляет собой автономный контур: в качестве греющей среды используется конденсат, охлаждаемый со 170 до 70 С. Основными элементами этого контура являются экономайзер низкого давления (ЭНД), установленный непосредственно на одном из действующих котлов, и два подогревателя газа (ПГ), размещенные в здании ГТРС. В ЭНД конденсат нагревается за счет теплоты уходящих газов котлов до 170 С. Затем теплота этого конденсата передается в ПГ природному газу, в результате чего температура последнего перед турбиной повышается до 135 С. Мощность ГТРС, установленной на Среднеуральской ГРЭС, составляет 11500 кВт при частоте вращения 3000 об/мин, эффективный КПД равен 0,87 [71].
На Лукомльской ГРЭС-28 (республика Беларусь) в 2000 г. введена в эксплуатацию детандер-генераторная установка мощностью 5 МВт [48]. Турбоде-тандер подключен параллельно ГРП. Давление перед ГРП 1,1-1,2 МПа, после — 0,125 МПа. Для подогрева газа перед ДГА используется теплообменник «газ-вода», греющей средой которого является сетевая вода из теплотрассы. После этого теплообменника сетевая вода поступает на теплообменники, предназначенные для подогрева газа после турбодетандера до положительной температуры (примерно от 1 до 3С) перед подачей его на котельные агрегаты электростанции. Затем сетевая вода поступает в бак сетевой воды и насосом откачивается в обратную магистраль сетевой воды.
В докторской диссертации Агабабова B.C. «Влияние детандер-генераторных агрегатов на тепловую экономичность тепловых электрических станций» [1] проанализированы основные технические и экономические причины, препятствующие широкому внедрению ДГА в РФ. Отмечается, что это, в первую очередь, риск при долгосрочной окупаемости инвестиций, связанный с тем, что зависимость мощности установки от давления газа на входе в детандер оказывается весьма значительной.
Анализ влияния установки теплообменника-утилизатора в проходном
Применение теплообменника-утилизатора на ГПА при традиционном способе установки теплообменного аппарата приводит к уменьшению мощности ГТУ [77].
Необходимо оценить эффективность применения ДГА, работающего на топливном газе ГПА с газотурбинным приводом, учитывая влияние теплообменника-утилизатора на мощность установки.
Расчеты падения мощности ГТУ ГПА проводились при условиях, близких к условиям одной из существующих КС юга РФ. Исходные данные, принятые для расчета, представлены в таблице 2.2. Таблица 2.2 - Исходные данные для расчета ДГА для ГПА типа ГТК-
Энтальпия природного газа на выходе из утилизатора рассчитывалась по известным формулам теплового баланса теплообменного аппарата.
Для расчета мощности, вырабатываемой на генераторе ДГА, и температуры газа на выходе из детандера, была использована программа расчета ДГА [82]. Расчет проводился по уравнениям для чистого метана.
Для расчета падения мощности ГТУ из-за применения теплообменника-утилизатора были использованы формулы [77]. =1.0-0.55- (2.1) АРгт С =- -, (2.2) атм где АР 2с - аэродинамическое сопротивление теплообменного аппарата, Ратм " атмосферное давление.
По данным производителя теплообменников-утилизаторов (ЗАО «Ухтинский Экспериментальный Механический Завод», г. Ухта) был составлен типо-ряд аэродинамических сопротивлений теплообменных аппаратов, используемый в расчете [83].
Мощность ДГА, полученная при расходе топливного газа 3540 м /ч (один ГПА типа ГТК-10И при выбранном режиме работы), составляет 200 кВт. По формулам (2.1) и (2.2) получена зависимость падения мощности ГТУ ГПА от аэродинамического сопротивления теплообменника-утилизатора. В таблице 2.3 представлены результаты расчета падения мощности ГТУ для ГТК-10И из-за применения теплообменника-утилизатора. в существующем газоходе газоперекачивающего агрегата (рисунок 2.3 а) его применение не приводит к падению мощности ГТУ.
Другим выходом из сложившейся ситуации может быть применение следующей конструктивной схемы расположения теплообменника-утилизатора, представленной на рисунке 2.3 б.
При увеличении проходного сечения А-А, по сравнению с сечением В-В, уменьшается аэродинамическое сопротивление газохода и мощность ГТУ возрастает, причем площадь сечения ArAj больше площади сечения А2-А2.
Схема расположения теплообменника-утилизатора: а. Стандартная, б. Не приводящая к уменьшению мощности ГТУ, 1 Теплообменник-утилизатор .
Анализ собранной информации, полученной на заводах-изготовителях и во время проведения энергетических обследований компрессорных станций (КС), показал, что большинство применяемых на ГПА теплообменников-утилизаторов имеет мощность более 3 МВт. Для подогрева газа в ДГА такая мощность является излишней, так как теплота, необходимая для подогрева газа мала, по сравнению с теплосодержанием уходящих газов. Для использования теплообменника в этом случае наиболее подходит схема, представленная на рисунке 2.3 б. Мощность теплообменника-утилизатора, необходимого для подогрева природного газа ГТК-10-И составляет от 300 до 900 кВт в зависимости от температуры, до которой подогревается природный газ. Это составляет от 4 до 12 % от общей возможной выработки теплоты в теплообменнике-утилизаторе для ГТК-10-И (общая выработка теплоты принята равной 6,25 Гкал/ч, по данным ВНИГШэнергопром).
Внешний вид теплообменника утилизационного 34.0125
Теплообменник-утилизатор, выполненный по схеме 2.3 б, выпускается ОАО «УЭМЗ» и предназначен для горячего водоснабжения компрессорных станций с газоперекачивающими агрегатами ГТН-16 [83]. В данном теплообменнике теплота уходящих газов ГПА утилизируется в летний период с целью обеспечения горячего водоснабжения промплощадки КС и других потребителей. Данный теплообменник может быть применен для подогрева промежуточного теплоносителя, используемого для повышения температуры газа перед детандером. На рисунке 2.4 показан внешний вид теплообменника утилизационного 34.0125. В таблице 2.4 приведена характеристика данного теплообменника [83].
Для определенности расчеты проводились при условиях, близких к условиям существующих КС юга РФ: давление газа в газопроводе высокого давления принималось по паспортным данным нагнетателя pi = 57 - 77 бар; давление газа на выходе из детандера р2 = 21 - 31 бар (расчеты велись как для существующего, так и для планируемого состояния: давление газа за детандером на настоящий момент на большинстве КС составляет 31 бар. Однако существует возможность снизить давление до 21 бар); температура магистрального газа на входе в теплообменник-утилизатор, предназначенный для подогрева топливного газа, to = +5 С (холодный и переходный периоды года); расход газа по пас-портным данным ГПА GTr= 1830 - 9240 м /ч (в зависимости от модели ГПА); внутренний относительный КПД турбодетандера Г0І = 0,85; КПД электромеханический генератора тмг = 0,98, температурный перепад по стороне горячего теплоносителя (уходящих газов ГПА) в теплообменнике ДГА принимался равным 70, 95, 120 и 145 С. Влагосодержание природного газа в диапазоне температур от -10 до + 30 С и давления газа от 0.5 до 8 МПа при его транспортиров-ке изменяется в пределах от 0.05 до 6 г/м
Показатели работы ДГА при расчете установки, спроектированной надавление 21 бар. Переменный режим по давлению (давление за ДГА 31бар)
Опыт проектирования и эксплуатации детандер-генераторных агрегатов (ДГА) на объектах РАО «ЕЭС России» (ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго», Средне-уральская ГРЭС, Новорязанская ГРЭС) и ОАО «Газпром» (ГРС-4 Южная, г. Москва) показал высокую значимость исходных данных при проектировании установки для конкретных условий.
Инструментальные обследования и расчёт энергетической эффективности проводились согласно «Методике проведения энергоаудита компрессорной станции, компрессорных цехов с газотурбинными и электроприводными газоперекачивающими агрегатами СТО Газпром» [81].
Измерения для обследования ГПА ГТК-10-4Б (производство «Дальэнер-гомаш») КС №1 были выполнены при помощи штатных стационарных измерительных приборов, комплексов для технического учета газа и портативных приборов энергоаудиторской фирмы. В таблице 4.1 приведены краткие характеристики приборов, использовавшихся во время проведения испытаний ГПА ГТК-10-4Б.
Сведения о данном средстве измерения не подлежат разглашению согласно соглашению о конфиденциальности Инструментальные обследования проводились на рабочих режимах действующих ГПА. Во время проведения измерений режимы работы ГПА были стационарными. Контроль стационарности осуществлялся по показаниям штатных приборов [2, 81]. Контролировались показания следующих параметров: частота вращения КНД; частота вращения КВД; частота вращения СТ; давление компримируемого газа на входе и на выходе из ЦБН; температура компримируемого газа на входе и на выходе из ЦБН; количество транспортируемого газа; температура топливного газа; давление топливного газа; расход топливного газа. Перед проведением измерений исходные штатные приборы были проверены на работоспособность, государственную сертификацию и наличие поверки.
Данные по составу и теплотворной способности газа были предоставлены химической лабораторией КС №1. Анализ состава и теплотворной способности газа выполнялся в соответствии с ГОСТ 5542-87.
Измерения объёмного содержания продуктов сгорания в уходящих газах проводились на газоперекачивающих агрегатах с газотурбинным приводом на агрегатах ГТК-10-4Б (производство «Дальэнергомаш») ГПА №13, №14.
Измерения объёмного содержания продуктов сгорания в уходящих газах осуществлялись с помощью портативного газоанализатора КМ 900 (Великобритания, фирма Kane May). При использовании газоанализатора КМ 900 соблюдалась следующая последовательность измерения: - перед каждым измерением производилась калибровка прибора на свежем воздухе в соответствии с инструкцией по эксплуатации; - во время измерения не допускалось поступление атмосферного воздуха в место отбора проб; - соблюдались промежутки времени между измерениями для обеспечения стабилизации проб.
При выполнении измерений на ГПА № 13 и №14 было проведено 2 измерения - в левом и правом газоходах. Результаты измерений состава уходящих газов ГПА приведены в таблице 4.2. Для подтверждения достоверности результатов экспериментальных исследований был применен статистический метод их обработки, основанный на дисперсионном анализе. Выбор данного метода объясняется тем, что при проведении испытаний, путем введения соответствующих поправок, была исключена систематическая погрешность в получаемых экспериментальных данных. Ошибка эксперимента была обусловлена только случайной составляющей, для оценки которой и используется дисперсионный анализ.
Конечной целью выполняемого анализа результатов эксперимента являлось определение доверительного интервала для значений расхода топлив з ного газа G-гг (м /ч) (как наиболее важного параметра для расчета ДГА, установленного в системе топливного газа ГПА). Доверительный интервал определялся из выражения [85]. SGTr=±tsrcr{GTr} (4.1) где tst - табличное значение критерия Стьюдента; o{GTr} - средне квадратичное отклонение определения расхода топливного газа по серии экспериментов в целом.
Расчет доверительных интервалов проводился для двух значений доверительной вероятности Рв, равных 0.9 и 0.95. Такие значения Рв применяются обычно при проведении технических экспериментов [85]. Величина среднеквадратичного отклонения a{GTr} определялась из выражения: "{Grr} = l где Ng - число выборочных дисперсий ±ЇШ 1=1 д (4.2) .2, Дисперсии С[ {GTr} определялась из выражения: », 2 ст-{Отг}= (4.3) Пн где a j{GTr} — выборочные дисперсии отдельных наблюдений; пн — число наблюдений. Необходимым условием при определении а является однородность дисперсий. Для проверки однородности выборочных дисперсий производится сравнение выражения imax п 1=\ .2 ах У, (4.4) с критерием Кохрана [86]. Использование данного критерия для проверки од-нородностей выборочных дисперсий объясняется равенством объемов выборок. Результаты расчета доверительного интервала эксперимента показаны в таблице 4.5. Результаты расчета доверительных интервалов по остальным экспериментам приведены в приложении Б.
Из таблицы видно, что величина доверительного интервала при проведении экспериментов по определению Gxr при Рв = 0.95 составляет 5{Gxr} = 0.271 и при Рв = 0.9 величина 8{GTr} = 0.213.
Оценка надежности электроснабжения ГПА, за счет электрогенери-рующей установки на базе ДГА
Данные результаты наглядно показывают, что применение дополнительного источника на 1 — 3 %, по сравнению с первоначальным вариантом.
В настоящее время на КС в качестве резервных источников электроснабжения используются дизельные электростанции собственных нужд (ДЭС). Сравнение ДЭС и ДГА, используемого в качестве источника электроснабжения, позволяет сделать вывод о ряде эксплуатационных преимуществ ДГА перед дизельной установкой.
Постоянное включение в работу ДГА позволяет снизить долю закупаемой у энергоснабжающего предприятия электроэнергии на 10 — 25 % в зависимости от рассматриваемого варианта по сравнению с дизельной установкой. При отключении внешнего электроснабжения время пуска ДЭС составляет 5-10 мин., тогда как ДГА постоянно находится в работе.
Для обеспечения работы ДЭС, требуется дизельное топливо, цена на которое превышает цену на природный газ, затрачиваемый в ГТУ и используемый для подогрева газа перед детандером. Преимущество ДЭС заключается в том, что ее мощности обычно достаточно для полностью автономной работы ГПА, с возможностью пуска и остановки, тогда как ДГА обеспечивает лишь покрытие нагрузки на рабочем режиме (рисунки 5.3-5.13).
Применение детандер-генераторного агрегата в системах газоснабжения, позволяет существенно повысить эффективность работы установки. Выбор критериев оценки эффективности использования ДГА в значительной степени зависит от того, вырабатывает ли предприятие, на котором применяется ДГА, электроэнергию, или только потребляет [79].
Необходимо также отметить сложность термодинамической оценки эффективности работы ДГА на предприятии при выпуске ими разной продукции, например, для газотранспортной промышленности - создания избыточного давления для передачи газа по газопроводу и выработке электроэнергии.
В качестве критерия оценки предложено изменение расхода первичного условного топлива на производство единицы продукции, потребленного компрессорной станцией.
Для этого воспользуемся следующими переводными коэффициентами в первичное условное топливо [91]: Природный газ: 1000 м3 - 1.16 т.у.т. - 1.35 т п.у.т. Электроэнергия: 1000 кВт-ч - 0.123 т.у.т. - 0.389 т п.у.т. В таблице 6.1 приведены затраты топлива и электроэнергии компрессорной станцией, оснащенной ГПА ГТК-10-И, на суточную перекачку газа по газопроводу №1 диаметром 1220 мм.
Энергозатраты компрессорной станции, оснащенной ГПА ГТК-10-И, на перекачку суточной нормы природного газа по газопроводу №1, диаметром 1220 мм, при работе КС в номинальном режиме
Статья потребления КС без ДГА КС с ДГА1; подогрев топливного газа до 75 С КС с ДГА1; подогрев топливного газа до 150 С Натуральный показатель Первичное условное топливо Натуральный показатель Первичное условное топливо Натуральный показатель Первичное условное топливо
Потребление топливного газа 102.6 тыс. м3 138.51 тп.у.т. 102.6 тыс. м3 138.51 т п.у.т. 102.6 тыс. м3 138.51 тп.у.т.
Потребление газа на подготовку топливного газа 0.312 тыс. м3 0.4212тп.у.т. - - - Потребление электроэнергии из электросети 3960 кВт-ч 1.54 тп.у.т. 720 кВт-ч 0.28 т п.у.т. - Итого за сутки: 140.47 т п.у.т. 138.79 тп.у.т. 138.51 тп.у.т. 1 - рассматривается установка теплообменника-утилизатора в байпасном канале газохода 125 Отметим, что в таблице 6.1 приведены значения потребления энергоресурсов для работающей в номинальном режиме компрессорной станции без учета затрат энергоресурсов, производимых на пуск и остановку ГПА.
Из таблицы видно, что применение ДГА, установленного в системе топливного газа, позволяет сократить затраты первичного условного топлива на 1,68 т п.у.т. (1,2 %) или 1.96 т п.у.т. (1,4 %) по сравнению с КС, не оснащенной ДГА, в зависимости от уровня подогрева природного газа в теплообменнике-утилизаторе.
В таблице 6.2 приведены значения сокращения затрат первичного условного топлива на транспортировку газа за сутки для различных типов ГПА, вследствие применения ДГА, установленного в системе топливного газа ГПА
