Содержание

Список графических  документов:

1. Газовая турбина  ГТК-25. Сборочный чертеж.
2. План компрессорной станции.
3. Котел утилизатор. Сборочный чертеж.
4. Компоновка котла утилизатора.
5. Схема автоматизации  ГТК-25.
6. Схема электроснабжения сетевого насоса.

       Реферат

      В дипломном проекте рассмотрим вариант  утилизации теплоты отходящих газов  ГПА для нагрева сетевой воды в котле-утилизаторе применительно  к условиям газоперекачивающей линейной станции п. Пелым 

      Ключевые  слова: газоперекачивающий агрегат (ГПА), котел-утилизатор, тепловая сеть.

Введение.

      При существующем положении на газоперекачивающих станциях магистральных газопроводов теплота отходящих газов за ГПА  обычно теряется.

      Температура  газов за турбиной находится на уровне 450-500°С при расходах газа порядка 25м³ на 1МВт мощности ГПА. Этой теплоты по крайней мере достаточно для подогрева сетевой воды в системе отопления станции.

      Современные требования к энергосбережению предписывают утилизацию теплоты вторичных потоков. Применительно к ГПА это может быть осуществлено с помощью установки  котлов-утилизаторов.

      Данный  дипломный проект посвящен утилизации теплоты отходящих газов ГПА  ГТК-25 производства фирмы «Нуово-Пиньоне», устанавливаемых на газоперекачивающей станции Пелымского ЛПУ газопровода Уренгой-Ужгород.

      Тепловой  нагрузкой котла является система  отопления основных производственных и вспомогательных помещений  станции.

1. Описание  основного оборудования

      Пелымское линейно-производственное управление магистральных газопроводов предназначено для перекачки газа и эксплуатации газопровода.

      Комплектуется различными турбо-агрегатами (ГТН-16,ГТН-25,ГТК-25).

      В данном дипломном проекте мы рассматриваем  наиболее современный агрегат ГТК-25 фирмы «Ново-Пиньон», установленный на газопроводе Уренгой-Ужгород.

1.2. Техническая характеристика.

Газовая турбина, модель    М5352В

Число валов      2

Выходная  мощность, КВт    24,26

Температура на выходе     489 °С

Температура на входе     15 °С

Тип компрессора      осевой, высокопроизводительный

Число ступеней      16

Входной направляющий аппарат (ВНА)  VIGV, с высокой пропускной способностью

Число оборотов рабочего колеса компрессора  5100 об/мин

      Турбоагрегат  снабжен нагнетателем типа RF 2 BB 36 фирмы «КРЕЗО-ЛУАР» («CREASOT-LOIRE») предназначен для компримирования транспортируемого природного газа и работает в составе газоперекачивающего агрегата ГТК-25И на компрессорной станции магистрального газопровода Уренгой-Ужгород.

1.2. Описание работы нагнетателя

      Вращаясь  с большой скоростью, рабочие  колеса ротора нагнетателя передают энергию переходящему через них  газу. Газ поступает во входную  спираль (на входе) нагнетателя и  проходит через входной направляющий аппарат, который направляет газ под соответствующим углом, и далее в осевом направлении во всасывающее "отверстие" рабочего колеса первой ступени. Под действием центробежной силы газ с большой скоростью нагнетается к периферии рабочего колеса. Затем газ поступает в кольцевой проход между стенкой диффузора и диафрагмой первой ступени. Этот проход отклоняется (и расширяется по мере прохождения газа по направлению к П-образному изгибу), превращая, таким образом часть энергии скорости газа в энергию давления. Затем газ проходит по П-образному изгибу через  кольцевой проход в диафрагме, которая направляет газ в рабочее колесо второй ступени. После сжатия во второй ступени, газ проходит по нагнетательной спирали в нагнетательный патрубок корпуса и далее в технологический трубопровод потребителя.

1.3. Технические характеристики.

      1. Производительность, млн. нм³/сутки     47,5

      2. Давление газа, МПа (кгс/см²)

на входе          5,25 (52,5)

на выходе          7,6 (76)

      3. Расчетное повышение температуры, °С     34

      4. Степень повышения давления      1,47

      5. Политропный КПД, %       82

      6. Номинальная (рабочая) частота  вращения ротора, мин^-1  4460

      7. Требуемая мощность, МВт       23,60

      8. Система смазки:

            8.1. Масло        ТП-22

            8.2. Давление в  системе, МПа (кгс/см²)   0,17 (1,7)

            8.3. Рабочая температура, °С     49-55

      9. Система уплотнений:

            9.1. Масло        ТП-22

            9.2. Давление в  системе, МПа (кгс/см²)   9,6 (96)

1.4 Описание конструкции

      Газотурбинная установка предназначена для  привода нагнетателя природного газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Установка выполнена по открытому циклу, с регенерацией тепла по схеме «с разрезным валом» (со свободной силовой турбиной). Это обеспечивает, несмотря на сравнительную простоту конструкции, высокую экономичность и маневренность установки, т.е. наиболее полное удовлетворение требований предъявляемых условиями работы в системе газопроводов.

      Турбина ГТК-25 серии MS5002 разработана фирмой «Дженерал Электрик». По лицензионным соотношениям ГТУ этого типа изготовляют целый ряд фирм, в том числе «Нуово Пиньоне» (Италия). Совместно со своими  лицензиатами фирма выпускает стационарные приводные ГТУ мощностью от 4 до 50 МВт базовых типоразмеров. В каждом типоразмере разные модификации могут существенно отличаться по мощности, начальным параметрам, экономичности, наличию или отсутствию регенерации тепла и т.д. Кроме того, лицензиаты вносят существенные отличия по внешнему оформлению ГТУ, комплектации вспомогательным оборудованием, делению на транспортабельные блоки, противообледенительной системе , конструкции покрытия и т.д.

      На  магистральных газопроводах распространены типоразмеры серии MS5002 мощностью 25 МВт. Особенности этих турбин:

1. Поставка газотурбинных установок как с регенерацией, так и без регенерации на мало отличающиеся степени сжатия. Регенерация здесь обеспечивает экономию топлива около 25% топлива.
2. Применение одноступенчатых турбин привода компрессора (ТВД) и силовых турбин (ТНД). Это ограничивает возможность существенного повышения p_к при одном компрессоре, однако по современным представлениям одноступенчатая турбина привода компрессора в ближайшем будущем сможет приводить однокаскадный осевой компрессор с p_к=12¸15 при h_т»88 %, но ограниченном ресурсе охлаждаемых рабочих лопаток.
3. Наличие и использование регулируемого соплового аппарата силовой турбины. Это позволяет осуществить различные программы регулирования, например n_т.к.=const, t_г=const и др.
4. Деление всего агрегата на блоки, полностью подготовленные к эксплуатации и не требующие разборки при монтаже.
5. Применение литых чугунных корпусов с одним или двумя вертикальными разъемами и дисковых с периферийными стяжными болтами роторов компрессоров. Каждый диск ротора осевого компрессора вначале испытывают разгоном при температуре ниже переходной температуры хрупкости и проверяют на отсутствие трещин, а затем подвергают разгону при более высокой температуре  для повышения предела текучести материала (автофретироание), что обеспечивает остаточные напряжения сжатия на расточке до 80% расчетных. Ступени компрессоров выполняют полностью с дозвуковым обтеканием. Направляющие лопатки заводят с горизонтального разъема.
6. Использование секционной КС, состоящей из отдельных жаровых труб, что позволяет понизить содержание окислов азота в продуктах сгорания, упростить ревизию КС м осуществить унификацию жаровых труб (в принципе). Жаровые трубы имеют развитое пленочное охлаждение. Два индикатора пламени действуют по ультрафиолетовому излучению.
7. Применение консольных роторов турбин, дисков из легированной хромистой стали и рабочих лопаток с удлиненной ножкой и трехопорным елочным хвостовиком. Рабочие лопатки первой ступени имеют демпфирование по корневой полке, рабочие лопатки второй ступени -  бандажирование на периферии. Корневая степень реактивности составляет до 0,1; обтекание трансзвуковое. Сопловой аппарат первой ступени имеет конвективное и пленочное охлаждения.

Материал  лопаток: сопловых первой ступени –  кобальтовый сплав FCX414, сопловых второй ступени – сталь N155, рабочих первой ступени – никелевый сплав УN738;  рабочих второй ступени – никелевый сплав N500.

8. Турбины имеют развитую систему воздушного охлаждения. На воздухоохлаждаемый сопловой аппарат первой ступени расходуется около 2% воздуха. Рабочие лопатки неохлаждамые. Охлаждение дисков турбин постоянно контролируют по их температуре. Полости корпусов подшипников запираются воздухом соответствующего давления.
9. Надежная работа регулируемого соплового аппарата силовой турбины (РСА СТ) осуществляется за счет подбора пары трения (карбид – стеллит) и подпружиненных штоков. Цапфы не охлаждаются.
10. Газотурбинную установку запускают с открытым РСА СТ до достижения номинальных оборотов турбины компрессора (холостой ход). Затем нагружение осуществляется за счет прикрытия РСА и открытия топливного клапана.
11. Использование электронной системы управления «Спидтроник» на полупроводниковых элементах.
12. Применение электрических и механических автоматов безопасности для защиты роторов от разгона.
13. Подшипники №1 и №4 0 опорно-упорные, №2 и №3 – опорные Упорные колодки – с выравниванием нагрузки.
14. Охлаждение масла осуществляется жидкостными горизонтальными охладителями, встроенными в переднюю часть рамы – маслобака. Над ними на раме располагаются маслонасосы, пусковое устройство с редуктором, узлы системы регулирования и защиты, КИП.
15. Во многих случаях ГТУ снабжаются генератором собственных нужд, приводимым от вала турбины привода компрессора. В этом случае осуществляется программа регулирования n_т.к.=const.
16. Противообледенительная система входного тракта компрессора использует подмешивание либо выхлопных газов, либо горячего воздуха после компрессора (tт»300°С.).
17. Корпус ГТУ передает усилия на опорную раму с помощью гибких опор.
18. Конструкция ГТУ предполагает или открытую установку («пэкидж») или индивидуальные здания – укрытия. Возможно и общее здание.
19. Агрегаты приспособлены для осмотра с помощью эндоскопов. Фирма ведет постоянную работу над повышением их ремонтопригодности.
20. Газотурбинные установки серии MS5002 для газопроводов комплектуют нагнетателями нагнетателями фирм «Нуово-Пиньоне», «Ингерсолл-Рэнд», «Купер-Бессемер» (США), «Кларк», «Кредо Луар».

   ГТУ серии MS5002 располагаются на невысокой жесткой раме, пред которой монтируют передний блок в виде маслобака с установленным на нем вспомогательным оборудованием общей массой около 14 т. Шестнадцатиступенчатый осевой компрессор имеет за четвертой и десятой ступенями камеры отбора воздуха. Вокруг осевого компрессора расположен кольцевой корпус секционной КС, в связи с чем входной патрубок смещен влево. Длинные направляющие лопатки компрессора объединяют в пакеты. Двенадцать секций противоточной КС соединены пламеперекидными патрубками. Камеры имеет 2 запальные свечи, убирающиеся из зоны горения во время работы ГТУ.

      Корпус  турбины выполнен из жаропрочного чугуна. Охлаждаемые сопловые лопатки первой ступени объединены в 12 точнолитых сегментов по 5 штук в каждом. На роторе ТВД отсутствуют дефлекторные диски – полости для воздуха статором. Охлаждающий воздух распределяется к дискам ТВД в диафрагме второй ступени. Выходной патрубок турбины имеет жесткий внутренний каркас, так как в нем располагаются подшипники. Опорные подшипники №3 и №4 -–сегментные, пятиклиновые, №1 и №2 – с эллиптической расточкой.

      В конструкции ГТУ серии MS5002 уделено много внимания удобству эндоскопии и замене отдельных деталей и узлов без больших разборочных работ.

1.5 Принцип работы  ГТУ

      Газотурбинная установка состоит из двух, механически  несвязанных между собой турбин (турбина высокого давления – для  привода воздушного компрессора  и силовой турбины – для  привода газового нагнетателя); воздушного компрессора, камеры сгорания, воздухоподогревателя, пускового турбодетандера, а также систем смазки, регулирования, защиты и управления, обеспечивающих нормальную работу и обслуживание установки.

      Воздух  из атмосферы через фильтры засасывается и сжимается осевым компрессором. Затем поступает в воздухоподогреватель, где его температура повышается за счет тепла отработавших в турбине продуктов сгорания. Подогретый воздух направляется в камеру сгорания, куда подводится и топливо. Продукты сгорания из камеры сгорания направляются в турбину высокого давления, мощность которой используется для привода осевого компрессора. Далее продукты сгорания попадают в силовую турбину, вращающую нагнетатель. После турбины продукты сгорания проходят через воздухоподогреватель, отдавая часть тепла воздуху на подогрев и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу.

      Пуск  агрегата осуществляется пусковым турбодетандером, работающем на перекачиваемом по магистрали газе. Рабочим теплом является перекачиваемый природный газ.

      Обе турбины выполнены одноступенчатыми, с консольно расположенными дисками. Консольное расположение дисков требует наличия довольно больших масс в центральной части роторов.

      В турбокомпрессорном блоке это обеспечивается барабаном компрессора, а на роторе силовой турбины предусматривается специальное утолщение в средней части.

      Температура газов на выходе в ТВД-1058К, поэтому  необходимо охлаждать лопатки турбины. Для охлаждения турбины высокого давления воздух подводится в камеру через трубу. При выходе из этой камеры воздух разветвляется на два потока: один направляется к уплотнениям для их запирания и охлаждения центральной части диска, другой – по воздухопроводу подводится к диску. Затем через специальные отверстия воздух обдувает хвостовую часть лопаток и тем самым осуществляет охлаждение левой стороны диска турбины высокого давления. Правая сторона диска этой турбины и диск другой турбины охлаждаются аналогично из камер, куда воздух подводится по турбопроводу.

      Обе турбины размещаются в одном  литом корпусе, причем их  направляющие лопатки крепятся в соответствующих полукольцах обоймы, опирающихся на наружный корпус. Корпус турбин связан с выхлопным патрубком диффузора, который сокращает потери с выходной скоростью.

      Корпус  турбины покрыт внутренней тепловой изоляцией, имеющей по внутреннему контуру тонкую металлическую оболочку обоймы. Такая изоляция позволяет иметь довольно низкую температуру корпуса и тем самым сокращает время его прогрева при запусках установки.

      Воздушный компрессор осевого типа имеет 15 ступеней. Рабочие лопатки компрессора размещаются на барабанном роторе с приваренными концевыми частями. Корпус компрессора выполнен литым с одним вертикальным разъемом. Направляющие лопатки крепятся непосредственно в корпусе. Для увеличения эффективности компрессора за его проточной частью имеется развитый радиальный диффузор, переходящий в выхлопной патрубок. Для предотвращения помпажа в компрессоре предусмотрен противопомпажный клапан, обеспечивающий на опасных режимах сброс воздуха в атмосферу.

      Камера  сгорания выносная, прямоточная, состоит из корпуса, фронтового устройства с горелками, огневой части и смесительного устройства. Вся турбогруппа смонтирована на общей сварной раме маслобака.

      Воздухоподогреватель  трубчатый выполнен заодно с дымовой  трубой.

      Пусковой  турбодетандер установлен на блоке переднего подшипника компрессора, соединяется с ротором турбины высокого давления зубчатой передачей и снабжен расцепным устройством.

      Соединение  роторов нагнетателя и газовой  турбины осуществляется при помощи промежуточного вала с зубчатыми соединительными муфтами. Масляная система агрегата состоит из главного маслонасоса, установленного на валу турбины высокого давления, пускового электронасоса, резервного электронасоса, насосов уплотнения нагнетателя, маслобака, маслопровода с арматурой, подогревателя масла и фильтров тонкой очистки.

     Система управления, регулирования и защиты агрегата обеспечивает [3] :

• поддержание заданной частоты вращения;
• поддержание перепада давлений « масло - газ » в уплотнениях;
• поддержание на всех режимах в статике и динамике температуры газа перед турбиной в допустимой зоне;
• предотвращение помпажных и близких к ним режимов;
• поддержание допустимой температуры масла на всех режимах и при любой температуре наружного воздуха;
• предотвращение попадания газа в мануал;

- управление  операциями пуска и остановка.

     Пуск, загрузка и управление агрегатом  осуществляется автоматически с  центрального щита управления.

1.6 Система  контроля за работой  турбины

      Система контроля и управления предназначена  для ГТУ с центробежными нагнетателями природного газа и может быть использована для основного и резервного агрегатов при их последовательной или параллельной работе.

     Система может работать с гидравлическими  и пневматическими системами  регулирования и позволяет осуществить:

• автоматический пуск агрегата и дистанционное управление режимами его работы;
• нормальный и аварийный остановы агрегатов;
• световую и звуковую сигнализацию отклонения параметров работы от номинальных;
• аварийную сигнализацию;
• технологическую сигнализацию;
• режимную сигнализацию;
• избирательный контроль и цифровую регистрацию технологических параметров.

1.7 Система регулирования  ГТУ

      Внешней функцией системы регулирования  ГТУ является поддержание на заданном уровне режимных параметров: частоты  вращения, степени сжатия и расхода перекачиваемого газа.

      Внутренней  функцией системы регулирования  и защиты ГТУ является поддержание  в допустимом диапазоне эксплуатационных параметров:

частоты вращения роторов ГТУ, температуры газа перед  турбиной, удержание турбины и  нагнетателя в зоне работы безопасной по помпажу, поддержание положительного перепада давлений « масло – газ » в уплотнениях нагнетаталя, обеспечение безопасного пуска ГТУ.

      Кроме основных контуров регулирования, обеспечивающих поддержание параметров ГТУ в  рабочей зоне, в ГТУ имеются вспомогательные системы, необходимые для нормальной эксплуатации установки. Это системы автоматического пуска и останова турбоагрегата, охлаждение масла, вентиляции маслобака, противопомпажная, подготовки воздуха перед всасыванием, вентиляции кожуха, шумоглушения и др., многие из которых управляются системой регулирования. Система регулирования выполнена по схеме непрямого регулирования.

      В систему регулирования, как взаимосвязанная  единица входит также система  дистанционного управления.

2. Теплоснабжение

      Теплоснабжение  промышленных площадок №1, 2 осуществляется от автономно расположенных утилизаторов. Теплоснабжение жилого поселка Пелым  осуществляется от индийской и румынской  котельных.

      Общая располагаемая мощность источников теплоснабжения котельных жил. Поселка составляет 16,1 Гкал/час, из них располагаемая мощность котельной финского комплекса с котлами «ИМПАК» - 5,6 Гкал/час, индийской котельной с котлами «ТЕРМОКС» - 10,5 Гкал/час. Общая тепловая нагрузка потребителей поселка составляет 5,52 Гкал/час.

      Общая протяженность тепловых сетей поселка  составляет 12 км.

      Отключение, регулировка и подача воды осуществляется при помощи секущей арматуры. Контроль ведется при помощи измерительных  приборов, установленных на ГЩУ. Для  циркуляции воды установлены сетевые насосы марки Д-315 в количестве 2 шт., Д-320  - 1 шт.

      Подготовка  горячей воды и подача потребителю  осуществляется через скоростные водоподогреватели, установленные на котельных финского комплекса и жилого поселка по наружным сетям и внутренним системам горячего водоснабжения. Отключение регулировка и подача осуществляется на узлах водопотребителей и в узлах отключения на разводящих участках сетей тепловодоснабжения. Качественное регулирование горячего водоснабжения и теплоснабжения производится непосредственно в центральном  тепловом пункте (ЦТП), находящиеся в котельных.

      Тепловые  сети финского комплекса выполнены  из стальных труб Æ100 и 50 мм наружного исполнения на стальных опорах. На ответвлениях к потребителям установлена запорная арматура. Тепловые сети жилого поселка Пелым выполнены из стальных труб Æ200-100 мм с подземной и надземной прокладкой в лотках. На ответвлениях к потребителям сооружены тепловые камеры, в которых размещена запорная арматура.

      За  истекший 2000 год в Пелымском ЛПУ МГ было выработано тепловой энергии:

• котельными установками жилого поселка   51,0 тыс. Гкал/час;
• котельной 1-ой промплощадки     8,9 тыс. Гкал/час;
• утилизаторами промплощадок     130,7 тыс. Гкал/час.

      На  промплощадках установки ХВО отсутствуют.

      Котельные жилого поселка оборудованы блоками химводоподготовки в количестве двух штук, производительностью 10 м³/час каждая.

      Общая площадь отапливаемых помещений  жилого фонда Пелымского ЛПУ составляет 36,2 тыс.м², соцкультбыта – 1,2 тыс.м², потребителей субабонентов - 4,6 тыс.м².

3. Система  водоснабжения

      Для обеспечения хозяйственно-питьевых и производственных нужд промплощадок в2000 году было получено с ВОС поселка  Пелым для 1-ой и 2-ой промплощадок 66 тыс.м³ воды.

      Водоснабжение 1-ой промплощадки питьевой водой осуществляется из поверхностного источника реки Пелым насосной станцией третьего подъема. Очистка воды производится на станции ВОС  производительностью 1600 м³/сутки. Насосами станции ВОС подается по водоводу Æ150 мм (способ прокладки водовода  - подземный), протяженностью 2 км к  первой промплощадке.

      Подача  технической воды для 1 и 2 промплощадок осуществляется с реки Пелым насосной станцией второго подъема без  очистки по двум трубопроводам Æ150 мм в аварийные емкости, из которых насосными станциями вода подается в пожарное кольцо. С пожарного кольца по трубопроводу Æ50 мм техническая вода подается потребителям, т.е. в каждый цех и в каждое укрытие. На водоводах стоят секущие задвижки для отключения в случае необходимости каждого потребителя. Для аварийных ситуаций имеются емкости объемом 250 м³ – 2 шт. на 2-ой промплощадке, 150 м³ – 1 шт на 1-ой промплощадке. Для повышения давления в пожарном кольце имеются на 1-ой промплощадке 2 насоса марки 3К-6, на 2-ой промплощадке – 4 насоса марки К90-20.

      Водоснабжение жилого поселка Пелым осуществляется насосами станции ВОС по водоводу Æ150 мм (способ прокладки водовода – подземный), протяженностью 1,5 км к потребителям: к котельной финского комплекса, общепоселковой котельной, котельной МУП «Коммунальщик», автономно, через секущие задвижки к каждому потребителю, а также имеется аварийный обводной водовод, положенный по эстакаде через финский комплекс с Æ65 мм протяженностью 1 км. Состав сооружений по очистке воды представлены в приложении.

      Техническое состояние систем и сооружений ВОС п. Пелым – удовлетворительное, но из-за все возрастающего потребления питьевой воды, проектная мощность сооружений очистки не обеспечивает требуемого качества очистки воды согласно санитарным нормам. Требуется проведение работ по расширению существующих ВОС с изменением методов очистки воды. Имеются в наличии две электролизные установки ЭН-25 для обеззараживания воды, техническое состояние – удовлетворительное. Имеется проект зон санитарной охраны ВОС п. Пелым от 11.08.98, состояние ЗСО – удовлетворительное.

      Подача  холодной воды в жилые дома осуществляется через прямую врезку в общий водовод  и через внутриквартальные водопроводные  сети. Имеются секущие задвижки для  отключения каждого потребителя  в случае аварийной ситуации. Обслуживание ВОС жилого поселка осуществляют обученные и аттестованные операторы химводоочистки в составе 5 человек.

      Водоснабжение КС Ново-Пелымская осуществляется через  водоразборные сооружения (скважин  – 4 шт, с насосами ЭЦВ). Подача воды производится через водовод Æ80 мм, 2 линии, протяженностью 1,5 км, через ВОС в два пожарных резервуара по 250 м³ каждый.

      Внутриплощадочное водоснабжение производится насосной станцией УНС-6. Насосная станция укомплектована насосами:

21. Циркуляционные – 2 шт., марки ВК 2/26-У2, производительностью 7,2 м³/час, мощностью 4,6 кВт;
22. Для хозяйственно-питьевого водоснабжения – 3 шт., марки ВК-5/24А-У2 производительностью 18 м³/час, мощностью 8,8 кВт;
23. Пожарные – 2 шт., производительностью 95 м³/час мощностью 50 кВт.

      Протяженность надземного водовода 1,2 км, Æ200 мм; подземного водовода 1,5 км, Æ200 мм; подземного КС – КОС 2,5 км, Æ50 мм.