1. Области применения гту в нефтяной и газовой промышленности.. Применение газотурбинных установок в нефтяной и газовой промышленности

Анализ парка эксплуатируемых, находящихся в производстве и проектируемых стационарных ГТУ показывает, что современные ГТУ (отечественные и зарубежные) выполнены преимущественно по простой тепловой схеме. Это предпочтение обусловлено желание полнее реализовать такие положительные свойства ГТУ, как малые удельные затраты, маневренность, надежность и простота обслуживания, возможность полной автоматизации, а также малая потребность в охлаждающей воде. Эти свойства позволяют внедрять стационарны ГТУ для использования их в качестве приводов центробежных нагнетателей, насосов, буровых установок, электрогенераторов для собственных нужд.

Международным стандартом ISO предусмотрена следующая классификация типовых конструктивных схем ГТУ.

Схема 1 - одновальная ГТУ простого цикла с возможной разбивкой компрессорной группы на две - три ступени сжатия (рис. 3.1.а).

Схема 2 - одновальная ГТУ с регенерацией теплоты уходящих газов и возможной разбивкой компрессорной группы с включением одного - двух охладителей (рис.3.1.б).

Схема 3 - двухвальная ГТУ с разрезным валом, свободной силовой турбиной (для привода полезной нагрузки) и устройством для подготовки рабочего тела (газогенератором).

Схема 4 - двухвальная ГТУ с блокированной силовой турбиной и свободным турбокомпрессорным валом .

Схема 5 - Одновальный или двухвальный (с разрезным валом и отдельной силовой турбиной) газотурбокомпрессорный агрегат с использованием энергетического потенциала, отбираемого для производственных нужд рабочего тела (сжатого воздуха или горячего газа)

Анализ использования парка энергетических и приводных ГТУ показывает, что наибольшее распространение в стационарных ГТУ получили типовые конструктивные схемы 1 (энергетические) и 3 (приводные).

Наибольшее распространение приводные ГТУ получили на компрессорных станциях магистральных газопроводов и подземных хранилищ газа. Имеется также богатейший зарубежный опыт использования ГТУ в качестве привода центробежных насосов на насосных станциях нефте- и нефтепродуктопроводо

2. Теплота сгорания топлива.

Теплота сгорания топлива (теплотворная способность)

Является важнейшей характеристикой топлива. Она определяет тепловую ценность топлива.

Теплота сгорания топлива - количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива.

Различают: высшую и низшую теплоту сгорания.

Так как в топливе содержится водород, то в продуктах сгорания будут присутствовать водяные пары.

Если продукты сгорания охладить и сконденсировать водяные пары, то выделившуюся при этом теплоту можно полезно использовать.

Высшей теплотой сгорания называется теплота, выделившаяся при полном сгорании топлива, включая теплоту конденсации паров воды, имеющейся в топливе и образующейся в процессе горения (окисления).

Низшая теплота сгорания не учитывает теплоты конденсации водяных паров.

Теплота сгорания может быть вычислена по формуле Д.И.Менделеева:

- для твердого и жидкого топлива (% по массе, [кДж/кг])

Q^P_H = 339,5 C^P +1256 H^P - 25,8 (9 H^P + W^P) - 109 ( O^P - S^P_Л);

- для газообразного топлива (% по объему, [кДж/м³] )

Q^P_H = 127 CO + 108 H₂ + 358 CH₄ +234 H₂S +590 C₂H₄ + 638 C₂H₆ +…

+ 913 C₃H₈ + 1187 C₄H₁₀ +1465 C₅H₁₂ …

Для сравнения тепловой ценности различных топлив используют понятие условного топлива, под которым принимают топливо с теплотой сгорания 7000 ккал/кг = 29350 кДж/кг.

3. Терминология. Классификация тепловых двигателей.

Двигателем называется всякая машина, предназначенная для превращения какого либо вида энергии в механическую работу.

Двигатели различаются на:

- ветряные;

- водяные;

- электрические;

- тепловые.

Из всего этого многообразия двигателей в курсе «Газотурбинные установки» мы будем изучать только тепловые двигатели.

Тепловой двигатель (ТД) - машина, предназначенная для превращения тепловой энергии в механическую работу.

Тепловую энергию для тепловых двигателей получают за счет теплоты, выделяющейся при сгорании органического топлива.

Процесс сжигания топлива и выделения теплоты может осуществляться как внутри самого двигателя, так и вне его в другом агрегате.

В зависимости от этого различают ТД:

• внешнего сгорания

• внутреннего сгорания.

В двигателях внешнего сгорания продукты сгорания топлива передают свою теплоту другому теплоносителю (например, воде) и он, в свою очередь, превращается в пар в котельном агрегате и является рабочим телом в тепловом двигателе.

К двигателям внешнего сгорания относятся:

- поршневые паровые машины;

-паровые турбины.Такие двигатели используются в больших энергетических системах (ТЭС).

Недостаток двигателей внешнего сгорания - сравнительно низкий КПД.

Преимущество таких двигателей - мощность и КПД не зависят от температуры окружающей среды.

К двигателям внутреннего сгорания (ДВС) относятся:

- поршневые ДВС;

- роторные ДВС;

- газовые турбины;

- реактивные двигатели (турбореактивные, ракетные)

Рабочим телом в двигателях внутреннего сгорания являются продукты сгорания топлива.

4.Требования, предъявляемые к камерам сгорания.

Требования, предъявляемые к камерам сгорания

К камерам сгорания предъявляются следующие требования:

1) в них должно происходить устойчивое горение топлива на всех режимах работы ГТУ, без срывов, опасных пульсаций и затухания пламени;

2) поле температур в газовом потоке перед турбиной должно быть достаточно равномерным во избежания местных перегревов и повреждений сопел и лопаток;

3) для увеличения срока службы они должны иметь надежное охлаждение, особенно наиболее нагретых частей:

4) высокая экономичность на всех режимах работы ГТУ;

5) возможно меньшее гидравлическое сопротивление;

6) надежный запуск;

7) по конструкции они должны быть удобными и безопасными в эксплуатации, технологичными и недорогими в изготовлении;

8) камеры сгорания ГТУ передвижных и транспортабельных газо- и нефтеперекачивающих агрегатов, кроме того, должны иметь еще и возможно меньшую массу и габариты.