Некоторые вопросы системного анализа эффективности компрессорных установок с газотурбинным приводом для нефтяной и газовой промышленности
На основе применения эксергетического метода выполнен термодинамический анализ технологической схемы турбокомпрессорной установки нефтяного газа, созданной на основе агрегата ТКА-Ц-8БД/0,3-8,16 с газотурбинным двигателем НК-14СТ и центробежным компрессором мощностью 8 МВт. Определены показатели эффе...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы машиностроения |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99062 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Некоторые вопросы системного анализа эффективности компрессорных установок с газотурбинным приводом для нефтяной и газовой промышленности / С.А. Прилипко, И.Н. Тертышный, Р.А. Лазоренко // Проблемы машиностроения. — 2012. — Т. 15, № 3-4. — С. 88-96. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860264113721049088 |
|---|---|
| author | Прилипко, С.А. Тертышный, И.Н. Лазоренко, Р.А. |
| author_facet | Прилипко, С.А. Тертышный, И.Н. Лазоренко, Р.А. |
| citation_txt | Некоторые вопросы системного анализа эффективности компрессорных установок с газотурбинным приводом для нефтяной и газовой промышленности / С.А. Прилипко, И.Н. Тертышный, Р.А. Лазоренко // Проблемы машиностроения. — 2012. — Т. 15, № 3-4. — С. 88-96. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы машиностроения |
| description | На основе применения эксергетического метода выполнен термодинамический анализ технологической схемы турбокомпрессорной установки нефтяного газа, созданной на основе агрегата ТКА-Ц-8БД/0,3-8,16 с газотурбинным двигателем НК-14СТ и центробежным компрессором мощностью 8 МВт. Определены показатели эффективности установки как для проектного, так и фактического режимов работы в составе комплекса.
З використанням ексергетичного методу виконано термодинамічний аналіз технологічної схеми турбокомпресорної установки нафтового газу, створеної на основі агрегату ТКА-Ц-8БД/0,3-8,16 з газотурбінним двигуном НК-14СТ і відцентровим компресором потужністю 8 МВт. Визначені показники ефективності установки як для проектного, так і фактичного режимів роботи у складі комплексу.
On the basis of the use of exergy method is made thermodynamic analysis of the technologica scheme of a turbo-generator installation petroleum gas, created on the basis of the unit TKA-Ц-8БД/0,3-8,16 with a gas-turbine engine НK-14СТ and centrifugal compressors with the capacity of 8 MW. Defined performance indicators as the installation for the project, and the actual operation modes in the complex.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:58:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 15, № 3–4 88
УДК 621.515
С. А. Прилипко
И. Н. Тертышный
Р. А. Лазоренко
ПАО «Сумское НПО им. М. В. Фрунзе»
(г. Сумы, e-mail: tkm@frunze.com.ua)
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК
С ГАЗОТУРБИННЫМ ПРИВОДОМ ДЛЯ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
На основе применения эксергетического метода выполнен термодинамический анализ
технологической схемы турбокомпрессорной установки нефтяного газа, созданной на
основе агрегата ТКА-Ц-8БД/0,3-8,16 с газотурбинным двигателем НК-14СТ и центро-
бежным компрессором мощностью 8 МВт. Определены показатели эффективности
установки как для проектного, так и фактического режимов работы в составе ком-
плекса.
З використанням ексергетичного методу виконано термодинамічний аналіз технологіч-
ної схеми турбокомпресорної установки нафтового газу, створеної на основі агрегату
ТКА-Ц-8БД/0,3-8,16 з газотурбінним двигуном НК-14СТ і відцентровим компресором
потужністю 8 МВт. Визначені показники ефективності установки як для проектного,
так і фактичного режимів роботи у складі комплексу.
Введение
Настоящая работа посвящена дальнейшему развитию метода проектирования блоч-
но-комплектных турбокомпрессорных установок (ТКУ) нефтяного газа (н.г.) на основе сис-
темного подхода и эксергетического метода анализа технологических схем (ТС) компрес-
сорных установок на примере анализа эффективности рабочего процесса ТКУ, созданной в
ПАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе» (далее ПАО) на основе газотурбинного двигателя
(ГТД) НК-14СТ-8 производства ОАО «Моторостроитель» (г. Самара, Россия), трехкаскадно-
го центробежного компрессора (ЦК) и технологического оборудования конструкции ПАО.
Объект исследования
ТКУ для утилизации н.г. является многофункциональным энерготехнологическим
комплексом, который может обеспечивать не только сбор, транспорт и осушку газа, но и
отбор конденсата, а также производство тепла в процессе утилизации теплоты выхлопных
газов в ГТД. Основными функциональными единицами ТКУ являются: система предвари-
тельной подготовки н.г. (СППГ), турбокомпрессорный агрегат (ТКА), оснащенный установ-
кой утилизации теплоты выхлопных газов (УТВГ), и система низкотемпературной сепара-
ции (СНТС) н.г. на основе использования дроссель-эффекта. Кроме того, в составе ТКУ
имеется весьма сложный технологический контур, состоящий из элементов трубной обвязки
и арматуры.
Структурная схема комплекса оборудования в составе КС Уренгойского нефтегазо-
конденсатного месторождения (НГКМ) представлена на рис. 1. Ее основными элементами
являются: С1…С6 – сепаратор; СН – сепаратор низкотемпературный; АВО1…АВО3 – аппа-
рат воздушного охлаждения; АТ – аппарат теплообменный; Др – дроссельное устройство;
ГТД – газотурбинный двигатель; КНД – компрессор низкого давления; КВД1, КВД2 – 1-я и
2-я секции сжатия компрессора высокого давления.
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2012, Т. 15, № 3–4 89
Подготовку газа на входе в ТКУ обеспечивает СППГ, состоящая из двух ступеней
очистки. Для реализация процесса компримирования н.г. в ТКУ применяется трехкаскадный
ЦК в составе агрегата ТКА-Ц-8БД/0,3-8,16. При этом в составе каждого каскада сжатия ком-
прессора (КСК) работает одна секция сжатия компрессора (ССК), система охлаждения, со-
стоящая из аппаратов воздушного охлаждения (АВО), и система сепарации газа после каж-
дого АВО (рис. 1).
Подготовка газа перед подачей его в магистральный газопровод (МГ) осуществляет-
ся в СНТС, созданной на основе использования дроссель-эффекта. Основные энерготехноло-
гические параметры объекта, полученные на этапе технологического проектирования ТКУ,
представлены в табл. 1.
Особенности работы технологической схемы и оборудования в составе ТКУ
При создании и термодинамическом анализе установки рассматриваются особенно-
сти рабочего процесса:
1. ТКУ является совокупностью технологических систем, реализующих основные
этапы ее рабочего процесса.
2. В процессе эксплуатации ТКУ возможно изменение в широком диапазоне пара-
метров н.г. на входе.
3. Система предварительной подготовки газа должна обеспечивать не только очист-
ку, но и защиту технологического оборудования от залповых забросов жидкости на вход
ТКУ.
4. Проектирование систем охлаждения и сепарации газа в ТКУ должно выполняться
с учетом отвода теплоты конденсации углеводородного газа и необходимости обеспечения
безгидратного режима работы технологического контура установки.
5. В связи с потребностью подготовки газа перед подачей его в МГ возникает необ-
ходимость анализа и учета зимнего и летнего режимов работы ТКУ, в т.ч. СНТС.
Рис. 1. Структурная схема ТКУ КС Уренгойского НГКМ:
С1…С6 – сепаратор; СН – сепаратор низкотемпературный; АВО1…АВО3 – аппарат воздушного
охлаждения; АТ – аппарат теплообменный; Др – дроссельное устройство; ГТД – газотурбинный
двигатель; КНД – компрессор низкого давления; КВД1, КВД2 – 1-я и 2-я секции сжатия компрессо-
ра высокого давления
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 15, № 3–4 90
Таблица 1. Энерготехнологические параметры исследуемой установки
Значения
Проектные режимы Наименование параметра
«лето» «зима»
Фактический
режим «зима»
коммерческая производительность
на входе при стандартных условиях, млн.м3/сут
(Т = 293 К, р = 0,1013 МПа) массовая, кг/с,
1,141
10,4
1,199
11,01
давление газа: на входе КС (ТКУ), МПа 0,33..0,59 (0,3..0,56) 0,431 (0,401)
на выходе КС (ТКУ), МПа 5,55 (8,44) 4,55 (8,16) 4,55 (7,58)
температура газа: на входе КС, К 279…290 272
на выходе КС, К 293 285 291
температура точки росы газа на выходе КС:
по воде, К 261 251 253
по углеводородам, К 261 251 253
Энергетические показатели
потребляемая мощность ТКА, кВт 7175 7753 7170
эффективный КПД ГТД 0,290 0,295 0,281
расход топливного газа, кг/с 0,513 0,545 0,529
потребляемая электрическая мощность ТКУ, кВт 412,5 202,5 225
тепловая мощность утилизатора тепла
(при температуре теплоносителя 343/ 388 К), МВт – 4 –
Некоторые особенности методики анализа и расчет эффективности блочно-
комплектной ТКУ для КС Уренгойского НГКМ мощностью 8 МВт
Решение задачи анализа эффективности ТС блочно-комплектной ТКУ осуществляется
в постановке прямой задачи термодинамики, т.е. определяется эффективность схемы уста-
новки, получаемой на этапе технологического проектирования [1].
На рис. 2 представлена схема потоков энергии блочно-комплектной ТКУ, к которым
относятся: GТГ, GИВ – энергия, подводимая с потоком топливного газа и импульсного возду-
ха; ТКА
ЭЛN , СППГ
ЭЛN , АВО
ЭЛN , СНТС
ЭЛN – электрическая мощность, подводимая к потребителям
ТКА, СППГ, АВО и СНТС соответственно; QУТВГ – тепловая мощность, отводимая из утили-
затора ТВГ; QВЕНТ, АВО
ОТВQ – тепло, отводимое за пределы установки с вентиляционными
сбросами ТКА и воздухом на выходе АВО.
В ТС компрессорной установки происходят разнокачественные энергетические пре-
образования [1]. В связи с этим термодинамический анализ ТС выполняется на основе ис-
Рис. 2. Схема энергетических потоков блочно-комплектной ТКУ
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2012, Т. 15, № 3–4 91
пользования общей меры работоспособности для всех видов энергии – эксергии. Эксергети-
ческий метод, базирующийся на первом и втором законах термодинамики, – наиболее уни-
версальный метод термодинамического анализа сложной технической системы. Критерием
эффективности системы при этом является, как известно, эксергетический КПД ( ТКУ
exη ) [2–
7]. При этом величина ТКУ
exη определяется при условии обеспечения материального, мощно-
стного и эксергетического балансов в ТКУ.
Схема эксергетических потоков и потерь эксергии для рассматриваемой ТС блочно-
комплектной ТКУ н.г. представлена на рис. 3.
К установке подводятся следующие потоки эксергии: топливного газа (т.г.) – ЕТГ;
компримируемого газа на входе – ЕКГ1; электроэнергия для приводов вентиляторов АВО в
системе охлаждения и электропотребителей ТКА соответственно – ЕЭАВО, ЕЭТКА; эксергия
ингибитора – ЕИНГ. К полезно используемой эксергии относятся: эксергия компримируемого
газа на выходе установки – ЕКГ2; выделившегося конденсата – ЕКОНД; утилизированной ТВГ
двигателя – ЕУТ; сжатого воздуха, отведенного от ГТД агрегата, для нужд соседней ТКУ –
ЕВ.
Потери эксергии (диссипация эксергии) представлены в виде DТВГ, DВЕНТ, DМО, DМЕХ,
DАВО1, DАВО2, DАВО3, DАП, DАРМ, DТР – потерь ТВГ двигателя, с вентиляционными выбросами
из ТКА, с охлаждающим воздухом, отводимым от маслоохладителей (МО) и АВО; механи-
ческих потерь в мультипликаторе (мех); потерь, связанных с наличием сопротивления в тех-
нологических аппаратах (ап), арматуре (арм) и трубопроводах (тр) технологического конту-
ра соответственно. Учет потерь в процессе эксергетического анализа установки осуществля-
ется путем включения соответствующих эксергетических КПД в уравнения эксергетическо-
го баланса при анализе как отдельных подсистем, так и ТС в целом.
Исходные данные для проведения анализа эффективности ТКУ как при расчетных,
так и фактических параметрах установки представлены выше в табл. 1.
Анализ эффективности ТКУ осуществлялся при ее работе на установившемся режи-
ме с учетом ряда допущений и особенностей реального рабочего процесса:
− потоки эксергии, связанные с вводимым ингибитором, импульсным воздухом и подачей
электроэнергии к СППГ и СНТС по причине их незначительного влияния на эксергетиче-
ский и мощностной балансы ТКУ не учитываются;
− утилизатор ТВГ двигателя при фактическом режиме работы ТКА не используется.
Для каждого из режимов работы, представленных в табл. 1, анализ эффективности
установки выполнен по следующим вариантам:
1. С учетом потоков эксергии только на входе и выходе из установки, т.е. по прин-
ципу «черного ящика». При этом расход т.г. в ГТП определен расчетным путем;
Рис. 3. Схема эксергетических преобразований потоков энергии в блочно-комплектной ТКУ
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 15, № 3–4 92
2. С определением эффективности отдельных подсистем, входящих в состав уста-
новки – СППГ, ТКА, СНТС.
Значения эксергии потоков определялись с использованием выражения для удельной
эксергии компримируемого газа eКГ = h2 – hОС – TОС⋅(s2 – sОС) [4] и с учетом теплофизических
характеристик реального газа.
При этом эксергетический КПД ТКУ по параметрам газа на входе и выходе опреде-
лялся согласно выражению
ЭТГ
КГТКУ
EЕ
Е
Σ+
Δ
=ηex ,
где ΔEКГ – изменение эксергии компримируемого газа; EТГ – эксергия, подведенная к ГТД
агрегата с потоком т.г.; ΣEЭ = NЭ + ΣNABO – суммарный поток эксергии, подведенный в виде
электрической мощности: NЭ – мощность электропотребителей ТКА; ΣNABO – мощность
привода вентиляторов АВО.
Анализ эффективности ТКУ по второму варианту выполнен с использованием ана-
литической зависимости, позволяющей установить взаимосвязь между эксергетическими
показателями эффективности установки и ее подсистем [7]
( ) ( )[ ]НТС
НТС
СППГ
СППГ
ТКА
ТКАТКУ β⋅η−+β⋅η−−βη=η exexexex 11* ,
где ТКА
exη , СППГ
exη , НТС
exη – эксергетические КПД ТКА, СППГ и СНТС соответственно;
PC
P
E
E
=β – доля располагаемой эксергии (EP) соответствующей подсистемы установки к рас-
полагаемой эксергии всей анализируемой системы (EPC).
Располагаемая эксергия установки (EPC) определяется суммой располагаемой эксер-
гии всех ее головных элементов. Головным элементом в данной установке является блочно-
комплектный ТКА, к которому подводится суммарный внешний поток эксергии
EPC = ΣNЭЛ + EТГ,
где ΣNЭЛ – электрическая мощность, подводимая к потребителям ТКУ; EТГ – эксергия, под-
водимая с потоком топливного газа в ГТД.
Располагаемая эксергия неголовных элементов (EР) установки рассматривается для
каждого элемента отдельно.
В соответствии со структурной схемой ТКУ (рис. 1) и схемой эксергетических пре-
образований (рис. 3) рассмотрим методику определения эксергетического КПД каждого из
функциональных элементов.
Коэффициент эффективности СППГ в эксергетических параметрах, связанный с на-
личием гидравлических потерь, определялся как
1
2СППГ
ex E
E
=η , (1)
где E1, E2 – эксергия потока на входе и выходе системы соответственно.
Располагаемой эксергией СППГ является эксергия потока компримируемого газа на
входе системы.
Эксергетический анализ эффективности ТКА осуществляется с учетом следующих
условий и допущений:
1) Отборы части циклового воздуха ГТД на обогрев отсеков ТКА и периодическую
защиту воздухоприемного тракта ГТД от обледенения, расход газа на технологические нуж-
ды (например, на турбодетандер во время запуска ГТД), а также отбор мощности в двигате-
ле для привода его вспомогательных агрегатов не учитываются.
2) Внешние и внутренние потери в ГТП, вызванные потерями давления в воздухо-
приемном и выхлопном трактах привода, а также отводом ТВГ, учитываются эффективным
КПД двигателя в составе агрегата.
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2012, Т. 15, № 3–4 93
3) Потоки эксергии углеводородного конденсата, выделяющегося в АВО, в связи с
их незначительной величиной на фактическом режиме работы ТКА также не учитываются
(выделение конденсата не превышает 0,04 кг/с).
Анализируя эффективность агрегата ТКА-Ц-8БД/0,3-8,16 (рис. 4), целесообразно
выделить КСК в самостоятельные подсистемы и определять их КПД как отдельных функ-
циональных единиц. Тогда выражение для КПД агрегата может быть записано как
( ) ( )[ ]⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
βη−+βη−−βη=η ∑
=
n
n
i
i
1
KCK
КСК
ехМ
М
ехГТП
ГТП
ех
ТКА
ex 11 , (2)
где ГТП
ехη , М
ехη , iКСК
ехη – эксергетический КПД ГТП, мультипликатора и КСК; ГТПβ , Мβ ,
iKCKβ – доля располагаемой эксергии ГТП, мультипликатора и КСК.
Эксергетический КПД ГТП ( ГТП
ехη ) при условии, что низшая теплотворная способ-
ность с точностью до 2% соответствует химической эксергии т.г. [8], равняется эффектив-
ному КПД привода (ηe). Головным элементом ТКА является ГТП.
Эксергетический КПД мультипликатора М равен его механическому КПД и опреде-
ляется из выражения
ВХ
ВЫХ
М N
N
=η , (3)
где NBX, NBЫX – мощность на ведущем (входном) и ведомом (выходном) валу мультиплика-
тора соответственно.
Располагаемой эксергией М является механическая мощность силовой турбины ГТП.
Аналогично (2) определяем КПД каскада сжатия
( ) ( )
i
i
i
i
i
ii
C
C
exABO
ABO
exCCK
CCK
ex
KCK
ex 11 βη−−βη−−βη=η , (4)
где iCCK
exη , iABO
exη , iC
exη – эксергетический КПД ССК, АВО и сепаратора соответственно;
iCCKβ ,
iABOβ ,
iCβ – располагаемая эксергия ССК, АВО и сепаратора соответственно.
Эксергетичский КПД ССК определяется с учетом того, что в секции сжатия обеспе-
чивается повышение параметров компримируемого газа за счет подвода части механической
энергии привода. Поэтому КПД ССК можно представить как
Рис. 4. Схема эксергетических преобразований потоков энергии в ТКА и в КСК
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 15, № 3–4 94
i
ii
i
N
ЕЕ
CCK
CСС
1
CСС
2CCK
ex
−
=η . (5)
Доля располагаемой эксергии ССК как головного элемента подсистемы КСК опре-
деляется как
i
i
i N
N
CCK
CCK
CCK =β . (6)
Показатель эффективности АВО определен согласно [5] с учетом термодинамиче-
ских параметров теплоносителя, окружающей среды, а также их гидравлического совершен-
ства. Располагаемая эксергия на входе АВО состоит из эксергии потока компримируемого
газа на выходе ССКi, т.е. на входе АВОi iЕCСС
2 . Доля располагаемой эксергии АВО опреде-
ляется как
i
i
i N
Е
CCK
CСС
2
АВО =β . (7)
Коэффициент эффективности сепаратора, связанный с наличием гидравлических
потерь в аппарате, определялся аналогично выражению (1). Располагаемой эксергией явля-
ется поток эксергии компримируемого газа на входе аппарата E1
Ci. Доля располагаемой эк-
сергии С определяется как
i
i
N
Е
С
CCK
C
1
i
=β . (8)
Следует отметить, что в данной работе диссипацией эксергии в арматуре (DAPM) и
отдельных элементах трубопроводов (DTP), соединяющих функциональные элементы ТКУ,
согласно [5] можем пренебречь.
Эксергетический КПД системы НТС определялся как
НТС
вх
КОНД
НТС
выхНТС
ex Е
ЕЕ +
=η ,
где НТС
вхЕ , НТС
выхЕ – эксергия потоков газа на входе и выходе системы НТС соответственно;
EКОНД – эксергия потока конденсата, выделившегося при работе системы НТС.
Эксергия конденсата оценивается как поток эксергии, подводимый для сжижения
конденсата в обратимом процессе [6]
ср.к
0ср.к
КОНД КОНДКОНД T
TT
rGЕ
−
⋅⋅= ,
где GКОНД – массовый выход конденсата в системе НТС; rКОНД – средняя теплота конденса-
ции углеводородной смеси; Tср.к – средняя температура конденсации углеводородов; T0 –
температура окружающей среды.
С использованием (2)–(8) результаты расчета эффективности каждого каскада сжа-
тия КСК1…КСК3 и всего ТКА для фактического режима работы представлены в табл. 2.
Поскольку на вход ЦК установки как дожимной машины подается газ высокого дав-
ления для таких элементов КСК, как АВО и С, доля располагаемой эксергии β > 1. В связи с
этим величина эксергии компримируемого газа на входе в АВО и С превышает значение
внешней эксергии, подводимой к каждому КСК.
Интегральные результаты расчетного анализа эффективности ТС установки при про-
ектных и фактических режимах работы представлены в табл. 3.
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2012, Т. 15, № 3–4 95
Таблица 2. Показатели эффективности элементов ТС и эксергетического КПД ТКА
Значения
КСК1 (КНД) КСК2 (КВД1) КСК3 (КВД2) Наименование
параметра ГТП М ССК АВО С ССК АВО С ССК АВО С
КСК
β – – 1 1,462 1,177 1 2,287 1,87 1 2,855 2,449
ηex – – 0,842 0,805 0,98 0,927 0,818 0,991 0,816 0,858 0,999
КСК
exη – – 0,533 0,492 0,408
ТКА
β 1 0,279 0,105 0,09 0,082
ηex 0,279 0,98 0,533 0,492 0,408
TKA
exη 0,131
Таблица 3. Показатели эффективности элементов ТС и эксергетического КПД ТКУ
Проектный режим
«лето»
Проектный режим
«зима»
Фактический режим
«зима»
Наименование
элемента
Вариант 1 Вариант 2 Вариант 1 Вариант 2 Вариант 1 Вариант 2
СППГβ – 0,074 – 0,049 – 0,065
СППГ СППГ
exη – 0,939 – 0,996 – 0,979
ТКАβ – 1 – 1 – 1
ТКА ТКА
exη – 0,167* – 0,192* – 0,135*
НТСβ – 0,237 – 0,186 – 0,198
НТС НТС
exη – 0,894 – 0,85 – 0,861
эксергетический
КПД установки 0,137 0,137
(0,140**) 0,163 0,163
(0,163**) 0,106 0,106
(0,113**)
* – эксергетический КПД ТКА, определяемый методом «черного ящика »;
** – значения КПД, полученные умножением значений эксергетического КПД отдельных систем.
Эффективность СППГ зависит от параметров компримируемого газа на входе систе-
мы и величины ее гидравлического сопротивления. Значение эффективности и доля распо-
лагаемой эксергии находятся в интервале значений 0,939...0,996 и 0,049…0,074 соответст-
венно.
Для ТКА КС Уренгойского НГКМ анализ результатов, полученных двумя способами
(см. табл. 2 и 3), показывает достаточную для инженерных расчетов сходимость результатов.
Отличие значений ТКА
exη , определяемых поэлементно и методом «черного ящика», достигает
3%. Эксергетический КПД ТКА для фактического зимнего режима работы имеет значения
0,131 и 0,135 и зависит от эффективности всех функциональных элементов и в первую оче-
редь ГТД и ЦК.
Для системы НТС значение НТС
exη находится в диапазоне 0,85...0,894 и зависит
от величины перепада давления газа на дроссельном устройстве.
Расчетная эффективность ТС установки, полученная при технологическом проекти-
ровании, находится в диапазоне значений эксергетического КПД 0,137…0,163 для летнего и
зимнего режимов работы соответственно. Большее значение КПД для проектного зимнего
режима обусловлено использованием утилизатора тепла тепловой мощностью 4 МВт. Зна-
чения КПД, полученные для каждого из анализируемых режимов как по варианту 1, так и по
варианту 2, одинаковы.
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 15, № 3–4 96
В результате выполненной работы получены следующие данные об эффективности
ТКУ, применяемой на КС Уренгойского НГКМ:
1. Расчетное значение эксергетического КПД блочно-комплектной ТКУ КС Урен-
гойского НГКМ находится в диапазоне 0,137…0,163 в зависимости от режимов работы в
зимний и летний периоды. Значение эксергетического КПД установки для зимнего режима
работы без УТВГ, установленного по фактическим параметрам, составляет 0,106.
2. Термодинамическая эффективность основных функциональных элементов ТКУ
составляет 996,0939,0СППГ
ex ÷=η ; 192,0135,0ТКА
ex ÷=η ; 894,085,0НТС
ex ÷=η .
3. Принципы и подходы, изложенные в данной работе, могут быть использованы в
дальнейшем для создания инженерной методики расчета эффективности технологических
схем ТКУ с учетом различных условий эксплуатации установок нефтяной и газовой про-
мышленности.
Литература
1. Парафейник В. П. Научные основы совершенствования турбокомпрессорных установок с газотур-
бинным приводом: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Харьков, 2009. – 41 с.
2. Бродянский В. М. Эксергетический метод и его приложения / В. М. Бродянский, В. Фратшер,
К. Михалек. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 288 с.
3. Соколов Е. Я. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. посо-
бие для вузов – 2-е изд., перераб. / Е. Я. Соколов, В. М. Бродянский. –М.: Энергоиздат, 1981. –
320 с.
4. Шаргут Я. Эксергия / Я. Шаргут, Р. Петела. – М.: Энергия, 1968. – 280 с.
5. Прилипко С. А. Анализ эффективности блочно-комплектной турбокомпрессорной установки при-
родного газа с газотурбинным приводом / С. А. Прилипко, В. П. Парафейник, И. Н. Тертышный //
Техн. газы. – 2012. – № 4. – С. 39–47.
6. Язик А. В. Системы и средства охлаждения природного газа / А. В. Язик.– М.: Недра, 1986. – 200 с.
7. Андреев Л. П. Обобщенное уравнение связи К.П.Д. энергоиспользующей системы и К.П.Д. ее эле-
ментов / Л. П. Андреев // Изв. вузов. Энергетика. – 1982. – № 3. – С. 77–82.
8. Степанов В. С. Расчет химической эксергии и эксергии технических топлив / В. С. Степанов,
Т. Б. Степанова // Энергетика: Изв. РАН. – 1994. – № 1. – С. 106–115.
Поступила в редакцию
29.09.12
УДК 001.891:65.011.56
М. С. Овчаренко
Сумський державний університет
(е-mail: miklovcharenko@gmail.com)
ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОЧОГО ПРОЦЕСУ РОТОРНО-
ДИНАМІЧНОГО АГРЕГАТУ ГОМОГЕНІЗАТОРА
Проаналізовані причини, що не дозволяють використовувати існуючі роторні агрегати
– гомогенізатори для технологічних процесів з високими вимогами до дисперсності ро-
бочого середовища. Запропоновано спосіб розв’язання проблеми. Створено дослідний
зразок роторно-динамічного агрегату гомогенізатора (РДАГ), що дозволив знайти за-
лежності між конструктивними параметрами робочих органів та гідродинамічними
ефектами в проточній частині. Проведено параметричні випробування різних конфігу-
рацій проточних частин РДАГ.
Проанализированы причини, не позволяющие использовать существующие роторные
агрегаты – гомогенизаторы для технологических процессов с высокими требованиями к
дисперсности рабочей среды. Предложен способ решения проблемы. Создан опытный
образец роторно-динамического агрегата гомогенизатора (РДАГ), который позволил
найти зависимости между конструктивными параметрами рабочих органов и гидро-
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99062 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0131-2928 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:58:32Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Прилипко, С.А. Тертышный, И.Н. Лазоренко, Р.А. 2016-04-22T16:35:30Z 2016-04-22T16:35:30Z 2012 Некоторые вопросы системного анализа эффективности компрессорных установок с газотурбинным приводом для нефтяной и газовой промышленности / С.А. Прилипко, И.Н. Тертышный, Р.А. Лазоренко // Проблемы машиностроения. — 2012. — Т. 15, № 3-4. — С. 88-96. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99062 621.515 На основе применения эксергетического метода выполнен термодинамический анализ технологической схемы турбокомпрессорной установки нефтяного газа, созданной на основе агрегата ТКА-Ц-8БД/0,3-8,16 с газотурбинным двигателем НК-14СТ и центробежным компрессором мощностью 8 МВт. Определены показатели эффективности установки как для проектного, так и фактического режимов работы в составе комплекса. З використанням ексергетичного методу виконано термодинамічний аналіз технологічної схеми турбокомпресорної установки нафтового газу, створеної на основі агрегату ТКА-Ц-8БД/0,3-8,16 з газотурбінним двигуном НК-14СТ і відцентровим компресором потужністю 8 МВт. Визначені показники ефективності установки як для проектного, так і фактичного режимів роботи у складі комплексу. On the basis of the use of exergy method is made thermodynamic analysis of the technologica scheme of a turbo-generator installation petroleum gas, created on the basis of the unit TKA-Ц-8БД/0,3-8,16 with a gas-turbine engine НK-14СТ and centrifugal compressors with the capacity of 8 MW. Defined performance indicators as the installation for the project, and the actual operation modes in the complex. ru Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Проблемы машиностроения Динамика и прочность машин Некоторые вопросы системного анализа эффективности компрессорных установок с газотурбинным приводом для нефтяной и газовой промышленности Some questions of the system analysis of the efficiency of the compressor units with gas-turbine drive for the oil and gas industry Article published earlier |
| spellingShingle | Некоторые вопросы системного анализа эффективности компрессорных установок с газотурбинным приводом для нефтяной и газовой промышленности Прилипко, С.А. Тертышный, И.Н. Лазоренко, Р.А. Динамика и прочность машин |
| title | Некоторые вопросы системного анализа эффективности компрессорных установок с газотурбинным приводом для нефтяной и газовой промышленности |
| title_alt | Some questions of the system analysis of the efficiency of the compressor units with gas-turbine drive for the oil and gas industry |
| title_full | Некоторые вопросы системного анализа эффективности компрессорных установок с газотурбинным приводом для нефтяной и газовой промышленности |
| title_fullStr | Некоторые вопросы системного анализа эффективности компрессорных установок с газотурбинным приводом для нефтяной и газовой промышленности |
| title_full_unstemmed | Некоторые вопросы системного анализа эффективности компрессорных установок с газотурбинным приводом для нефтяной и газовой промышленности |
| title_short | Некоторые вопросы системного анализа эффективности компрессорных установок с газотурбинным приводом для нефтяной и газовой промышленности |
| title_sort | некоторые вопросы системного анализа эффективности компрессорных установок с газотурбинным приводом для нефтяной и газовой промышленности |
| topic | Динамика и прочность машин |
| topic_facet | Динамика и прочность машин |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99062 |
| work_keys_str_mv | AT prilipkosa nekotoryevoprosysistemnogoanalizaéffektivnostikompressornyhustanovoksgazoturbinnymprivodomdlâneftânoiigazovoipromyšlennosti AT tertyšnyiin nekotoryevoprosysistemnogoanalizaéffektivnostikompressornyhustanovoksgazoturbinnymprivodomdlâneftânoiigazovoipromyšlennosti AT lazorenkora nekotoryevoprosysistemnogoanalizaéffektivnostikompressornyhustanovoksgazoturbinnymprivodomdlâneftânoiigazovoipromyšlennosti AT prilipkosa somequestionsofthesystemanalysisoftheefficiencyofthecompressorunitswithgasturbinedrivefortheoilandgasindustry AT tertyšnyiin somequestionsofthesystemanalysisoftheefficiencyofthecompressorunitswithgasturbinedrivefortheoilandgasindustry AT lazorenkora somequestionsofthesystemanalysisoftheefficiencyofthecompressorunitswithgasturbinedrivefortheoilandgasindustry |