image
energas.ru

Газовая промышленность № 09 2018

Газовая промышленность за рубежом

»  01.09.2018 11:00 РАЗРАБОТКИ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ПРОГРЕССА: СЕМЕЙСТВО ГАЗОВЫХ ТУРБИН MGT6000
Применение газовых турбин в различных областях промышленности предполагает возможность работы в широком диапазоне нагрузок с гарантией низких выбросов в любых климатических условиях. Это касается и установок, использующихся в районах с пиковыми температурами выше 50 °C, и морских установок, эксплуатация которых происходит на отдаленных объектах в Арктике при температурах окружающей среды, достигающих –60 °C. Большинство заказчиков требуют высокой надежности и долговечности газовых турбин для обоснования своих инвестиций, поскольку срок их службы обычно составляет от 20 до 30 лет.

Компания MAN Energy Solutions более чем за 20-летний срок выпуска промышленных газовых турбин (ГТ) накопила глубокие знания в области их проектирования, производства и применения в различных отраслях, а суммарное время наработки всех выпущенных на сегодняшний день компанией турбин превышает 50 млн ч.

Как никогда ранее компания сфокусирована на улучшении экологических показателей газотурбинных установок, требования к которым постоянно ужесточаются. Применение технологий производства двигателей большой мощности и авиационных двигателей позволяет компании успешно трудиться над улучшением экологических показателей и рабочих характеристик ГТ, а также повышать их эффективность.

1.png 

МОДУЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ

Газовая турбина MGT6000 имеет модульную конструкцию, обеспечивающую быстрый и легкий доступ ко всем деталям и узлам во время ее техобслуживания.

Основные конструктивные особенности:

– привод с холодного конца для одновальной и привод с горячего конца для двухвальной ГТ;

– компактный высокопроизводительный 11-ступенчатый осевой компрессор с четырьмя рядами регулируемых направляющих аппаратов;

– массовый расход воздуха согласно условиям ISO – 27 кг/с;

– степень повышения давления в компрессоре ~15;

– шесть легко заменяемых выносных низкоэмиссионных трубчатых камер сгорания типа ACC (Advanced Can Combustor – передовые трубчатые камеры сго-рания);

– одновальная конструкция: трехступенчатая турбина высокого давления (ВД) с охлаждаемыми воздухом рабочими лопатками и направляющими аппаратами на первой и второй ступенях;

– двухвальная конструкция: двухступенчатая турбина ВД с охлаждаемыми воздухом рабочими лопатками и направляющими аппаратами на первой и второй ступенях;

– двухступенчатая неохлаждаемая силовая турбина с широким рабочим диапазоном оборотов – от 45 до 110 %.

Двухвальный вариант ГТ MGT6000 (рис. 1) состоит из модулей, каждый из которых представляет собой группу сборочных единиц. Передний радиальный упорный подшипник расположен в средней части корпуса воздухозаборника ГТ, что обес-печивает легкий доступ к подшипнику. Редуктор для привода вспомогательных систем турбины служит неотъемлемой частью газогенератора ГТ и непосредственно соединен с корпусом ее воздухозаборника. Он крепится к опорной раме для компенсирования термических расширений и дополнительно поддерживает агрегат в передней части.

Осевой 11-ступенчатый компрессор рассчитан на степень повышения давления ~15 и позволяет работать без подогрева воздуха при температуре окружающей среды до –40 °C, а его конструкция обеспечивает упрощенный процесс установки и капитального ремонта. Корпус компрессора выполнен с горизонтальным разъемом. Входной направляющий аппарат и три последующих ряда направляющих аппаратов компрессора имеют возможность регулирования в целях оптимизации его газодинамических характеристик и повышения запаса устойчивости при эксплуатации в режимах с частичной нагрузкой.

1_1.png

За компрессором ГТ установлено шесть внешних отдельных камер сгорания трубчатого типа, которые равномерно распределены по окружности цельного промежуточного корпуса турбины. Такая конструкция упрощает их осмотр и обслуживание за счет легкой установки и снятия камеры сгорания и переходных каналов.

Для снижения тепловой нагрузки на сопловой аппарат и рабочие лопатки турбины ВД предусмот-рено их внутреннее воздушное охлаждение. Внутри рабочих лопаток первой ступени созданы петлевые каналы для протекания охлаждающего воздуха, который перед выходом из лопатки проходит через штырьковую матрицу. Для снижения потерь от перетекания газа в радиальном зазоре между пером лопатки и корпусом турбины на торцевой поверхности рабочей лопатки предусмотрено уплотняющее ребро по обводу. Рабочие лопатки второго ряда выполнены с бандажными полками.

Подшипник газогенератора со стороны выхлопа установлен на задней опоре за турбиной ВД, что позволило свести к минимуму утечки воздуха в корпус подшипника и обеспечило легкий доступ к нему. Кроме того, задняя опора обеспечивает поддержку ГТ и ее фиксацию в осевом направлении.

1_1_1.png

На двухступенчатую турбину низкого давления (НД) двухвального двигателя устанавливаются неохлаждаемые рабочие лопатки с бандажными полками с предварительной закруткой для обес-печения их контакта при сборке. Дополнительная функция корпуса подшипника турбины НД заключается в размещении эффективного выхлопного патрубка.

В дополнение к линейке двухвальных ГТ серии MGT6000 компания MAN параллельно разработала и одновальную турбину (рис. 2) той же мощности, которая конструктивно похожа на двухвальную, за исключением деталей турбины и способа присоединения привода к ней. Одновальная ГТ получается посредством замены консольно установленной силовой турбины в двухвальной ГТ на дополнительно установленную третью ступень к двухступенчатой турбине ВД.

Одновальная ГТ спроектирована для выработки электроэнергии. В отличие от конструкции двухвальной турбины, у которой привод присоединяется со стороны горячего конца, у одновальной привод присоединяется со стороны холодного конца, что позволяет использовать удлиненный выходной патрубок с пониженным гидравлическим сопротивлением, который в сочетании с котлом повышает эффективность выработки электрической энергии и тепла.

1_1_2.png 

ТЕХНОЛОГИЯ СЖИГАНИЯ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ НИЗКИХ УРОВНЕЙ ВЫБРОСОВ

Компания MAN разработала новую конструкцию камер сгорания с сухим подавлением оксидов азота (NOx) – ACC, гарантирующую минимально возможный уровень выбросов. Она впервые была апробирована на ГТ серии THM. Камера сгорания спроектирована для обеспечения идеальных условий при подготовке обедненной топливовоздушной смеси и последующем ее сжигании. При использовании обедненной смеси снижается температура в камере сгорания и, как следствие, снижается уровень образующихся в процессе горения NOx. Уровень выбросов остается низким в широком диапазоне мощности, начиная почти с 50 %, при этом он значительно ниже норм по допустимым уровням выбросов, установленным международными соглашениями. При устойчивой работе ГТ уровень NOx будет ниже 15 мг/дм3 (при содержании сухого кислорода 15 %).

Газовые турбины семейства MGT6000 способны работать при широком диапазоне состава топ-ливного газа, а также на жидком топливе при двухтопливном режиме эксплуатации.

К камерам сгорания, закрепленным на цельном промежуточном корпусе, топливным форсункам, жаровым трубам и переходным каналам предусмотрен легкий доступ. Каждый компонент сделан съемным, что значительно сокращает время обслуживания. При обычной бороскопической инспекции обеспечена возможность осмотра всей камеры сгорания, переходного канала и первого соплового аппарата турбины.

НАДЕЖНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И ПРОСТОТА ТЕХОБСЛУЖИВАНИЯ

Турбины MGT6000 рассчитаны на длительные циклы работы между сервисными интервалами обслуживания установленных в горячем тракте турбины деталей, равными 40 000 эквивалентных часов эксплуатации, включая многочисленные запуски и остановы (табл. 1). Прочность конструкции турбин семейства MGT6000 делает их наиболее подходящими для эксплуатации в широком рабочем диапазоне и гарантирует высокий уровень их надежности.

Конструкция энергетической установки (рис. 3) обеспечивает простоту ее монтажа и эксплуатации и включает все вспомогательные системы, необходимые для работы ГТ. Габаритные размеры всей установки составляют 13,6 м в длину, 3,2 м в ширину и 6,9 м в высоту. Она состоит из двух модулей с возможностью изменения их размеров, необходимых, например, для соблюдения соответствия различным требованиям по шумоизоляции. В нижнем модуле размещаются ГТ, силовой редуктор и генератор, а также все вспомогательные системы, такие как система топливного газа, система смазочного масла и встроенный блок (отсек) с системой управления.

Одно из преимуществ газотурбинной энергетической установ-ки – простота ее обслуживания за счет применения новой системы крепления панелей шумозащитного кожуха. Для планового осмот-ра турбины спроектирована система ее бокового выката из кожуха (рис. 4), а для технического обслуживания других компонентов установки продумано несколько подъемных устройств.

Установленный в нижнем модуле отсек управления включает в себя все системы управления ГТ и генератора, а также низковольтное распределительное устройство для вспомогательных систем. Все соединения между отсеком управления и системами установки предварительно собраны и протестированы на заводе, что значительно сокращает время ее монтажа и ввода в эксплуатацию, а также гарантирует соответствие высоким стандартам качества. В верхнем модуле установлены системы фильтрации воздуха и вентиляции.

 1_1_3.png

ПРОЦЕСС РАЗРАБОТКИ ДВИГАТЕЛЯ – СОЧЕТАНИЕ ИННОВАЦИЙ И ОПЫТА

После успешного завершения проектирования, сборки и проведения отдельных функциональных стендовых испытаний основных компонентов был изготовлен первый прототип опытного двигателя двухвальной MGT6000, оснащенный измерительными приборами для пусковых испытаний. Первые испытания турбины проходили на испытательном стенде MAN в г. Оберхаузене, оборудованном более чем 1300 датчиками и телеметрической системой.

Недавно на базе турбины MGT6000 был разработан и предложен на рынке обновленный вариант двигателя повышенной мощности. Степень повышения давления в компрессоре была увеличена, также были внесены изменения в турбину ВД в целях поддержания на входе в нее более высокой температуры. Проведенные модификации позволили увеличить мощность двухвального двигателя до 8300 кВтмех (табл. 2), а электрическая мощность обновленного одновального двигателя варьируется в диапазоне 6630–7800 кВтэл с максимальным электрическим КПД 33,2 % при условии соблюдения ISO (табл. 3).

ВВОД В ЭКСПЛУАТАЦИЮ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА С ПРИВОДОМ ОТ ТУРБИНЫ MGT6000 НА МАГИСТРАЛЬНОМ ГАЗОПРОВОДЕ

Газотранспортная компания GASCADE, расположенная в г. Касселе (Германия), установила газоперекачивающий агрегат (ГПА) на базе ГТ MGT6000-2S и центробежного компрессора RV50/40-1 на компрессорной станции (КС) «Реден» (рис. 5). Он служит частью подводного участка газопровода «Северный поток», который эксплуатируется с 2011 г. для транспортировки газа из России через Балтийское море в Германию. Компрессорная станция расположена в месте стыковки нескольких газопроводов, перекачивающих газ в разных направлениях. Центробежный компрессор серии RV был произведен на заводе компании MAN в Берлине. Данный ГПА характеризуется с лучшей стороны при работе на частичных нагрузках и гарантирует низкий уровень выбросов в широком рабочем диапазоне за счет разработанной компанией MAN низкоэмиссионной камеры сгорания ACC, установленной на турбине MGT6000. Пожелание оператора получить решение с минимальным уровнем выбросов в сочетании с высоким уровнем надежности было полностью реализовано компанией MAN в ГПА MGT6000.

ВЫВОДЫ

При проектировании ГТ MGT6000 компания MAN Energy Solutions опиралась на свой многолетний опыт в области разработки турбин и использовала новейшие подходы в сфере проектирования, материаловедения, производства и испытаний.

Турбина MGT6000 успешно прошла проверку на достижение заложенных при ее проектировании параметров по эффективности, надежности и уровням выбросов. Вместе с одновальным решением семейство ГТ MGT6000 предлагает рынку турбины мощностью до 8 МВт, используемые для выработки электроэнергии и для применения с механическим приводом.

Для гарантии непревзойденной надежности оборудования компания MAN организовала работу центров по удаленному мониторингу и диагностике работоспособности оборудования в целях предупреждения и устранения на ранней стадии причин возникновения возможных неполадок. Компания MAN продолжит инвестирование в развитие своих локальных компетенций и возможностей в России.

 

 

Таблица 1. Интервалы между капитальными ремонтами основных компонентов турбины

Расчетный срок службы

Компонент

Эквивалентные часы эксплуатации

Жаровая труба

40 000

Коллектор газа

ВД1/ВД2/ВД3* Направляющий аппарат

ВД1/ВД2/ВД3* Лопатка

ВД1/ВД2/ВД3* Диск

80 000

НД1/НД2 Направляющий аппарат**

НД1/НД2 Лопатка**

НД1/НД2 Диск**

* Только одновальное исполнение; ** только двухвальное исполнение

 

Таблица 2. Рабочие характеристики двухвальной газовой турбины серии MGT6000

Параметры

Условия

Двухвальная газовая турбина серии MGT6000

Входная мощность, кВтмех

ISO: 15 °C, уровень моря, без потерь

6900–8300

КПД, %мех

100%-ная нагрузка

ISO: 15 °C, уровень моря, без потерь

34,0–35,0

Массовый расход газа на выхлопе, кг/с

28,1–30,0

Температура газа на выхлопе, °C

460–480

Номинальная частота вращения силовой турбины, об/мин

12 000

Степень повышения давления в компрессоре

15–16

Выбросы NOx

Сухой, 15 % O2

30 мг/Нм³

15 ч/млн

Выбросы CO

Сухой, 15 % O2

<30 мг/Нм³

<24 ч/млн


Таблица 3. Рабочие характеристики одновальной газовой турбины серии MGT6000

Параметры

Условия

Одновальная газовая турбина серии MGT6000

Выходная мощность, кВтэл

ISO: 15 °C, уровень моря, без потерь

6630–7800

КПД, %эл

100%-ная нагрузка 

ISO: 15 °C, уровень моря, без потерь

32,2–33,2

Массовый расход газа на выхлопе, кг/с

26,1–29,4

Температура газа на выхлопе, °C

490–505

Степень повышения давления в компрессоре, об/мин

14,3–16,5

Выбросы NOx

Сухой, 15 % O2

30 мг/Нм³

15 ч/млн

Выбросы CO

Сухой, 15 % O2

<30 мг/Нм³

<24 ч/млн

 

1_1_4.png

ООО «МАН Энерджи Солюшнс Рус»

107061, РФ, Москва,

Преображенская пл., д. 8

Тел.: +7 (495) 258-36-70

Факс: +7 (495) 258-3671

E-mail: info-ru@man-es.com

www.russia.man-es.com

Открыть PDF




← Назад к списку