173

Б.П. ПОРШАКОВ, А.А. АПОСТОЛОВ, В.И. НИКИШИН

ГАЗОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ НА ГАЗОПРОВОДАХ.

Допущено Учебно-методическим

объединением по высшему нефте-

газовому образованию в качестве

учебного пособия для студентов

вузов нефтегазового профиля, спе-

циализирующихся в области тру-

бопроводного транспорта природ-

ных газов по курсу «Газотурбин-

ные установки».

ГУП Издательство «Нефть и газ»

РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

Москва 2003

УДК 620.621.643/644.004

К 59

Б.П. Поршаков, А.А. Апостолов, В.И. Никишин. Газотурбинные установки: -М: ГУП Издательство «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. – 240 с.

Рассмотрена общая теория газотурбинных установок открытого цикла применительно к использованию их магистральных газопроводах. проанализированы основные пути и способы повышения эффективности их использования на магистральных газопроводах при различных режимах работы. Книга снабжена большим количеством иллюстративного материала с приведением задач, характерных для анализа режима работы газотурбинных установок.

Книга предназначена для студентов вузов и факультетов нефтегазового профиля, специализирующихся для работы на компрессорных станциях магистральных газопроводов с газотурбинным типом привода. Она может быть полезна и для инженерно-технических работников, занимающихся эксплуатацией и обслуживанием этих агрегатов на компрессорных станциях.

Рецензенты:

В.М. Писаревский – зав. Кафедрой транспорта нефти и газа в РГУ

нефти и газа им. И.М. Губкина, доктор техниче-

ских наук, профессор.

ОГЛАВЛЕНИЕ Стр.

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. Принципиальные схемы и рабочий процесс 6

ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК 6

1.1. Принципиальные схемы газотурбинных установок открытого цикла 6

1.2 Термодинамические основы теории газотурбинных двигателей 14

1.3. Коэффициент полезного действия и удельная работа 22

действительного цикла ГТУ 22

1.4. Теплотехническое совершенствование цикла газотурбинного двигателя 38

1.5. Газотурбинная установка с регенерацией тепла отходящих газов 45

1.6.Влияние параметров наружного воздуха на работу 56

газотурбинной установки 56

ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТУРБОМАШИН 66

2.1. Осевые турбомашины 66

2.2. Характеристики активной и реактивной ступени газовой турбины 71

2.3. Внешние характеристики газотурбинных установок 75

ГЛАВА 3. РАБОТА ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ НА 79

ЧАСТИЧНЫХ НАГРУЗКАХ 79

3.1. Переменный режим работы газотурбинной установки 79

3.2. Экономичность газотурбинных установок на частичных 87

нагрузках и холостом ходу 87

3.3. Помпаж осевых компрессоров и центробежных нагнетателей 90

ГЛАВА 4. ТОПЛИВОИСПОЛЬЗОВАНИЕ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК 96

4.1 Устройство и принцип работы камеры сгорания ГТУ 96

4.2 Материальный и тепловой балансы камер сгорания 100

4.3. Условия образования вредных выбросов при сжигании топлива в камерах сгорания ГТУ 107

4.4Выбросы загрязняющих веществ с продуктами сгорания и 110

методы их снижения 110

ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК НА ГАЗОПРОВОДАХ 115

5.1. Технологические схемы компрессорных станций 115

5.2 Типы газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом и их характеристики 120

5.3. Нагнетатели природного газа и их характеристики 125

5.4 Пуск газоперекачивающего агрегата в работу и его загрузка 131

5.5 Подготовка циклового воздуха при эксплуатации газотурбинных 133

установок на газопроводах 133

5.6 Особенности работы газотурбинных агрегатов при различных технологических режимах газопроводов 140

5.7 Оптимизация режимов работы газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом по условию максимального КПД 147

5.6 Совместное использование газотурбинного и электрического типов привода на компрессорных станциях 154

5.7. Сопоставление газотурбинных и электроприводных агрегатов и определение срока их службы на КС 158

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 172

Введение

Анализ существующего состояния трубопроводного транспорта природных газов и оценка перспектив его дальнейшего развития показывают, что газотурбинный вид привода центробежных нагнетателей на компрессорных станциях ( КС ) как в настоящее время, так и на ближайшую перспективу остается одним из основных видов энергопривода КС. В настоящее время относительная доля установленной мощности компрессорных станций в системе ОАО «Газпром» составляет свыше 85%; остальное приходится на долю газоперекачивающих агрегатов с электроприводом и установок с поршневым типом привода.

Непосредственное вращательное движение, относительная простота обслуживания, высокая агрегатная мощность, работа установок на перекачиваемом виде топлива и многое другое обеспечивают широкое использование газотурбинных установок на магистральных газопроводах.

Газотурбинные установки (ГТУ), используемые на газопроводах выполняются по простейшим открытым циклам в двухвальном и трехвальном исполнении с регенерацией или без регенерации тепла отходящих газов.

На современном этапе использования ГТУ в промышленности, особое значение приобретает знание во всех подробностях физики явлений, протекающих в турбомашинах. В связи с этим, авторы сочли необходимым по возможности подробным образом рассмотреть термодинамические и газодинамические процессы, происходящие в турбомашинах, отметить основные направления их дальнейшего развития и, в первую очередь, пути наиболее эффективного использования их на магистральных газопроводах, где они получили широкое распространение.

При использовании газотурбинных установок в различных отраслях промышленности и, в частности, на магистральных газопроводах, их необходимо рассматривать как установки, вырабатывающие по сути дела не только механическую работу для привода центробежных нагнетателей, но и теплоту отходящих из турбины газов, рациональное использование которой на компрессорных станциях для обогрева служебных помещений в осенне-зимний период эксплуатации, а также прилегающих поселков является весьма актуальной задачей. Расчеты показывают, что из общего количества подведенного в камере сгорания ГТУ топлива, в общей сложности около 80-85% его может быть эффективно использовано.

Известные успехи авиационной промышленности в разработке и создании мощных, компактных и надежных газотурбинных двигателей с КПД на уровне 34-35% привели к относительно широкому использованию на газопроводах и ГТУ авиационного типа, несколько реконструированных применительно к условиям работы их на компрессорных станциях.

В условиях реконструкции и модернизации энергооборудования компрессорных станций, заменой физически изношенных и морально устаревших газоперекачивающих агрегатов, важное значение приобретают задачи, связанные с выбором и использованием наиболее эффективного вида энергопривода КС , оценкой его потенциальных возможностей при эксплуатации на газопроводах.

В основу настоящего учебного пособия положены в основном материалы лекций, читаемые в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, многолетний опыт по эксплуатации агрегатов на компрессорных станциях, а также материалы книг монографического плана и периодических изданий, освещающих особенности использования ГТУ на газопроводах.

При написании данного пособия предполагалось, что читатель знаком с основами курсов термодинамики, теплопередачи и общей теорией работы лопаточных машин.

Авторы.