image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 1-2 2017

Транспорт и хранение нефти и газа

01.1-2.2017 10:00 Определение оптимальной периодичности промывки проточной части осевых компрессоров газотурбинных двигателей
Очистка проточной части осевого компрессора в настоящее время является основным способом поддержания технического состояния газотурбинного двигателя в межремонтный период. Правильная оценка влияния эффективности промывки на эксплуатационные расходы позволит организациям, эксплуатирующим газоперекачивающие агрегаты, оптимизировать график промывок с учетом наработки и допустимых издержек. Установлено, что существующие методики оценки очисток проточной части осевых компрессоров газотурбинных двигателей в режиме холодной прокрутки не дают достоверных результатов, получаемых в реальных условиях эксплуатации.
Авторами в статье на основании ранее выявленных закономерностей изменения коэффициента технического состояния газотурбинного двигателя по расходу топливного газа предложен критерий экономической оценки эффективности промывки проточной части осевого компрессора газотурбинного двигателя в режиме холодной прокрутки. Коэффициент эффективности определяется как разность стоимости сэкономленного топливного газа и денежных затрат на проведение данных работ за расчетный период, складываемых из стоимости моющих средств и затрат на дополнительный расход топливного и пускового газа в процессе проведения промывок.
Получено соотношение для определения сэкономленных денежных средств в результате выполнения указанных мероприятий. С помощью предложенного соотношения для газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-16 в реальных условиях эксплуатации и предложенных условиях однозначности найден примерный экономический эффект, получаемый при различной периодичности выполнения промывок проточной части осевого компрессора газотурбинного двигателя. Дано обоснованное заключение по выбору оптимального интервала между промывками с учетом получения максимального экономического эффекта и минимальных трудовых и материальных затрат.
Ключевые слова: газоперекачивающий агрегат, газотурбинный двигатель, оценка экономического эффекта от промывок осевого компрессора газотурбинного двигателя, оптимальная периодичность выполнения промывок.
Ссылка для цитирования: Федосеев А.Ю., Калинин А.Ф. Определение оптимальной периодичности промывки проточной части осевых компрессоров газотурбинных двигателей // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 1–2. С. 108–112.
Открыть PDF


Одной из причин снижения энергетической эффективности работы газотурбинных установок (ГТУ) – основного вида энергопривода газоперекачивающих агрегатов (ГПА) на компрессорных станциях является загрязнение проточной части осевого компрессора (ОК) газотурбинного двигателя (ГТД).

Промывка проточной части осевых компрессоров ГТД является одной из самых эффективных и обязательных процедур для поддержания технического состояния газотурбинных установок на всем протяжении их эксплуатации. Анализ рекомендуемой методики по определению планируемой экономии топливного газа ГПА за счет проведения промывок проточной части ОК ГТД показал, что ее использование для оценки эффективности данных мероприятий может привести к искажению оценки эффективности промывок [2, 3].

На основании обнаруженных закономерностей изменения коэффициента технического состояния ГТУ по расходу топливного газа в качестве критерия оценки качества проведения промывок проточной части ОК ГТД был предложен коэффициент эффективности промывок КЭП (%) (рис. 1) [3]:

1_1_5.png             (1) 

где КТГ(до пр) и КТГ(пос пр) – значения коэффициента технического состояния (КТС) ГТУ по расходу топливного газа до и после промывки проточной части ОК ГТД, полученные в результате обработки теплотехнических испытаний ГПА;
kТГ = tg(α) – коэффициент наклона зависимости КТС ГТУ по расходу топливного газа от времени между промывками ОК, час–1; kТГ(mc ГТУ) = tg(β) – коэффициент наклона зависимости изменения КТС ГТУ по расходу топливного газа от времени по причинам, не связанным с загрязнением проточной части ОК, ч–1; 1_1.pngМП – наработка ГПА от предыдущей промывки, ч.

1_1_18.png
Рис. 1. Зависимость значений коэффициента технического состояния ГТУ по расходу топливного газа КТГ от наработки для ГПА-Ц-16 с ГТД НК-16СТ

Fig. 1. The dependence of the coefficient values of the technical condition of gas turbine unit (GTU) at the consumption of fuel gas (КТГ) from the elaboration of gas-compressor unit ГПА-Ц-16 with a gas turbine engine

При этом ставится задача разработки методики определения экономического эффекта от проведения промывок осевых компрессоров газотурбинных двигателей на холодной прокрутке (ХП) CЭФ и расчета их оптимальной периодичности 1_1.pngМП(опт).

Экономический эффект в зависимости от периодических промывок осевого компрессора ГТД CЭФ можно определить как разность стоимости сэкономленного топливного газа ∆СТГ за расчетный период времени и денежных затрат на проведение данных работ, которые состоят из стоимости моющих средств СМС и затрат на дополнительный расход топливного и пускового газа в процессе проведения промывок СЗАТ

CЭФ = ∆СТГ – (СМС + СЗАТ).                    (2) 

Для расчета объема топливного газа, сэкономленного в результате промывок проточной части ОК ГТД, можно воспользоваться схемой, изображенной на рис. 2.

Снижение энергетических затрат в денежном выражении за счет экономии топливного газа в результате промывок ОК ГТД может быть рассчитано как произведение цены топливного газа цТГ на снижение расхода топливного газа ∆ВТГ, полученного в результате проведения η  промывок за расчетный период времени Т:

1_1_1.png          (3) 

При этом снижение расхода топливного газа в результате проведения i-й промывки ∆QТГ(i) может быть определено из соотношения

 

1_1_2.png     (4) 

где T – наработка газоперекачивающего агрегата за расчетный период времени, ч; 1_1.pngi – наработка газоперекачивающего агрегата с начала расчетного периода до i-й промывки проточной части ОК ГТД, ч; ∆KТГ(i) – снижение значения КТС ГТУ в результате i-й промывки проточной части ОК ГТД; BТГ – расход топливного газа при среднегодовой загрузке агрегата (м3/ч);

 

1_1_3.png,                                     (5)

 

где Nе  – среднегодовая эффективная мощность газотурбинной установки ГГПА, кВт; Qнр – значение низшей теплоты сгорания топливного газа, кДж/м3; ηe – значение действительного эффективного КПД газотурбинной установки при идеальном техническом состоянии ГТУ, среднегодовой загрузке и среднегодовых значениях температуры и давления атмосферного воздуха в регионе эксплуатации ГПА;

 

1_1_4.png,                                   (6)

 

где ηe0 – паспортное значение эффективного КПД ГТУ; 1_1_6.png – относительный КПД ГТУ при среднегодовом режиме работы агрегата [1]

 

1_1_7.png.                         (7)

 

Значение приведенной относительной мощности ГТУ в рассматриваемом режиме 1_1_8.png определяется по формуле [1]:

 

1_1_9.png ,                        (8)

 

где Tвх0 – температура воздуха на входе в осевой компрессор при стандартных станционных условиях, Tвх0 = 288 К; Tвх – температура воздуха на входе в осевой компрессор при среднегодовых значениях температуры и давления атмосферного воздуха в месте работы ГПА, 1_1_10.png – среднегодовое значение температуры атмосферного воздуха, К; ρа0, ρа – давление атмосферного воздуха при стандартных станционных условиях и среднегодовое значение атмосферного давления, мм рт. ст.; Nе0 – номинальная (паспортная) мощность ГТУ в номинальном режиме работы и идеальном техническом состоянии установки, кВт.

1_1_19.png
Рис. 2. Расчетная схема изменения значения коэффициента технического состояния ГТУ по расходу топливного газа КТГ при промывке проточной части осевого компрессора с периодичностью МП
Fig. 2. The design scheme of changing the value of the coefficient of technical condition of by the fuel gas consumption (КТГ) with cleaning of the flow path of the axial compressor with a frequency МП

Следует отметить, что относительное снижение расхода топливного газа в результате проведения i-й промывки может определяться как площадь параллелограмма, одна из сторон которого определяется как значение снижения коэффициента технического состояния ГТУ по топливному газу в результате i-й промывки ОК ГТД ∆KТГ(i), а другая – временем наработки агрегата после проведения i-й промывки до конца расчетного периода времени (T – i) (рис. 2). Таким образом, графическую интерпретацию интегрального относительного снижения расхода топливного газа при проведении n промывок ОК ГТД за расчетный период времени T можно представить как сумму площадей n заштрихованных параллелограммов (рис. 2).

При этом соотношение (3) по определению снижения энергетических затрат в денежном выражении за счет экономии топливного газа в результате промывок ОК ГТД при проведении n промывок ОК ГТД за расчетный период времени T принимает следующий вид:

 

1_1_11.png                (9) 

Значение экономического эффекта от периодических промывок ОК ГТД CЭФ с использованием соотношений (3), (9) можно определить из выражения

 

1_1_12.png. (10) 

Рассмотрим в качестве примера вариант, когда очистка проточной части осевого компрессора газотурбинного двигателя производится с одинаковой периодичностью 

1_1_13.png 

а снижение значений КТС ГТУ по топливному газу в результате проведения каждой из промывок одинаково и с учетом соотношения (1) может быть определено по формуле

 

1_1_14.png             (11) 

С учетом формулы (11) соотношение по определению снижения энергетических затрат в денежном выражении за счет экономии топливного газа в результате проведения n промывок ОК ГТД за расчетный период времени Т принимает следующий вид:

 

1_1_15.png(12)

 

Используя соотношение (12), выражение по определению экономического эффекта от периодических промывок ОК ГТД (10) можно представить следующим образом:

 

1_1_16.png      (13)

 

С помощью выражения (13) можно определить экономический эффект при различной периодичности промывок проточной части ОК ГТД и на основе полученных результатов провести обоснованный выбор оптимальной их периодичности для выбранного типа ГТД в реальных условиях эксплуатации.

В качестве примера определялись значения экономического эффекта при различной периодичности промывок проточной части ОК ГТД НК-16СТ в составе агрегата ГПА-Ц-16 и оптимальная периодичность их проведения. Характеристики kТГ, kТГ(mc ГТУ) и KЭП для рассматриваемого двигателя были получены в результате проведения и обработки теплотехнических испытаний ГПА до и после промывок [3]. Значения коэффициента наклона зависимости КТС ГТУ по расходу топливного газа от времени между промывками ОК kТГ и коэффициента наклона зависимости изменения КТС ГТУ по расходу топливного газа от времени по причинам, не связанным с загрязнением проточной части ОК, kТГ(mc ГТУ) составляют, соответственно: 1_1_17.png, а значения критерия эффективности промывки ОК ГТД KЭП в зависимости от времени между промывками представлены в табл. 1 [3]. Экономический эффект при различной периодичности промывок проточной части ОК ГТД НК-16СТ рассчитывался с использованием средних значений коэффициента эффективности промывок проточной части ОК ГТД, полученных в результате аппроксимации результатов теплотехнических испытаний ГПА до и после проведения промывок.

1_1_20.png
Рис. 3. Значения экономического эффекта в зависимости от периодичности промывок проточной части ОК газотурбинного двигателя НК-16СТ «на ХП»

Fig. 3. Values of the economic effect due to the frequency of cleaning of the flow part of AC of gas turbine engine НК-16СТ «KHP» in cold scroll

Средняя годовая наработка рассматриваемого газотурбинного газоперекачивающего агрегата составляет 4800 ч, цена топливного газа в регионе эксплуатации ГПА – 4500 руб/1000 м3, расход топливного газа при среднегодовой загрузке агрегата – 5000 м3/ч, денежные затраты на дополнительный расход топливного и пускового газа в процессе проведения промывок и моющий раствор (СМС + СЗАТ) составляют около 100 тыс. руб. на одну промывку.

Результаты определения годового экономического эффекта от промывок проточной части ОК ГТД на холодной прокрутке в зависимости от наработки агрегата ГПА-Ц-16 между промывками представлены в табл. 2 и на рис. 3.

Анализ результатов определения значений экономического эффекта от периодичности промывок проточной части ОК ГТД НК-16СТ в составе агрегата ГПА-Ц-16 позволяет сделать следующие выводы (табл. 2, рис. 3):

  • наиболее оптимальной является периодичность промывок порядка 1_1.pngМП(опт) = 800 ч, так как при такой периодичности получаемый годовой экономический эффект практически максимален, а объем трудовых затрат ниже, чем при большем числе промывок;

  • при увеличении периодичности свыше 800 ч наблюдается резкое снижение экономического эффекта от выполняемых мероприятий, что обусловлено снижением коэффициента эффективности промывок проточной части осевого компрессора, возможно, из-за образования загрязнений такого рода, которые не могут быть устранены при используемой технологии промывок ОК ГТД;

  • переход с 2 на 6 промывок проточной части ОК газотурбинного двигателя НК-16СТ в составе агрегата ГПА-Ц-16 «на ХП» в год позволит повысить экономический эффект от проведения промывок приблизительно на 340 тыс. руб. в год.

 

 

Таблица 1. Значения коэффициента эффективности промывок «на ХП» КЭП агрегата ГПА-Ц-16 с газотурбинным двигателем НК-16СТ
Table 1. Values of coefficient of cleaning effectiveness in off-line washing КЭП of compressor units ГПА-Ц-16 of gas turbine engine НК-16СТ

КТГ(до пр)

КТГ вefore cleaning

КТГ (пос пр)

КТГ after cleaning

τМП, ч

КЭП, %

1

1,0138

1,0116

329

100,9

2

1,0630

1,0597

454

109,7

3

1,0457

1,0417

547

110,3

4

1,0321

1,0285

700

77,6

5

1,0128

1,0075

727

110,0

6

1,0342

1,0296

732

94,8

7

1,0600

1,0565

750

70,4

8

1,0273

1,0219

804

101,3

9

1,0773

1,0714

843

105,6

10

1,0142

1,0084

851

102,8

11

1,0480

1,0435

886

76,6

12

1,0501

1,0453

918

78,9

13

1,0252

1,0205

951

74,6

14

1,0519

1,0485

1048

48,9

15

1,0313

1,0255

1103

79,3

16

1,0072

1,0020

1189

66,0

17

1,0944

1,0875

1274

81,7

18

1,0182

1,0118

1463

66,0

19

1,0133

1,0069

1618

59,7

20

1,0190

1,0100

2016

67,3

21

1,0472

1,0395

2198

52,8

 

 

Таблица 2. Результаты определения годового экономического эффекта от промывок проточной части ОК газотурбинного двигателя НК-16СТ «на ХП» в зависимости от наработки агрегата ГПА-Ц-16 между промывками
Table 2. The results of the determining the annual economic effect of cleaning flow part of AC of gas turbine engine НК-16СТ in off-line washing due to elaboration of GPA-C-16 between flushes

Число промывок в год

The number of cleanings per year

Интервал между промывками МП, ч

The interval between cleanings МП, h

Коэффициент эффективности промывок КЭП

Efficiency coefficient of the cleaning КЭП

Объем сэкономленного топливного газа, тыс. м3

Volume of the saved fuel gas, thsd. m3

Стоимость сэкономленного топливного газа, тыс. руб.

The cost of the saved fuel gas, thsd. RUB

Стоимость проведения промывок, тыс. руб.

The cost of the cleaning, thsd. RUB

Годовой экономический эффект, тыс. руб.

Annual economic effect, thsd. RUB

10

480

1,05

360,8

1623,7

1000

623,7

9

533

1

339,0

1525,4

900

625,4

8

600

0,95

317,4

1428,3

800

628,3

7

686

0,90

294,8

1326,6

700

626,6

6

800

0,85

270,5

1217,1

600

617,1

5

960

0,78

238,3

1072,2

500

572,2

4

1200

0,72

206,2

927,8

400

527,8

3

1600

0,65

165,5

744,6

300

444,6

2

2400

0,56

106,9

481,1

200

281,1




← Назад к списку


im - научные статьи.