1

СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ ТОПЛИВНОГО ГАЗА ГТУ

Система подготовки топливного газа ГТУ включает узлы очистки, подогрева и редуцирования газа.

Очисткагаза

Узел очистки должен обеспечивать удаление механических примесей и жидкостей из газа. Узел очистки газа включает в себя аппараты очистки, чаще фильтры-сепараторы, запорную арматуру на входе/выходе каждой линии очистки, контрольно-измерительные приборы. Дополнительно может предусматриваться устройство автоматического слива конденсата в емкость.. Степень очистки и осушки газа должна исключать заедание и обмерзание исполнительных органов арматуры при низких температурах наружного воздуха.

Подогревгаза

Подогрев газа осуществляется для исключения образования

кристаллогидратов во внутренних полостях технологического оборудования. Узел подогрева включает в себя подогреватели газа прямого нагрева или непрямого нагрева через теплоноситель, запорную арматуру на входе/выходе узла. В качестве теплоносителя при непрямом нагреве, в основном, используются диэтиленгликоль, триэтиленгликоль или вода.

Предусматриваются подводящие/отводящие линии теплоносителя с ручными затворами, защита и сигнализация при прорыве газа в полость теплоносителя. В среднем подогрев газа осуществляется на 15-25 градусов Цельсия в зависимости от температуры входящего потока и требуемой температуры потока на выходе.

Гликоли – двухатомные спирты с общей формулой CnH2n(OH)2.

Этиленгликоль (ЭГ) – C2H4(OH)2, диэтиленгликоль (ДЭГ) – C4H8(OH)2, триэтиленгликоль (ТЭГ)– C6H12(OH)2, пропиленгликоль (ПГ)– C3H6(OH)2

– прозрачные бесцветные вязкие жидкости, растворимые в воде. В газовой промышленности гликоли широко применяются как

ингибиторы гидратообразования и в качестве абсорбентов для осушки газа. Восстановление концентрации гликоля в его водном растворе (регенерация) проводится путем выпаривания воды в установках атмосферной и вакуумной ректификации.

2

Редуцирование газа

Узел редуцирования должен осуществлять снижение и

автоматическое поддержание заданного давления топливного и пускового газа, обеспечивать стабильную работу во всем диапазоне выходного и выходного давления. Узел редуцирования включает в себя регуляторы давления, клапаны-отсекатели, арматуру на входе/выходе редуцирующих линий, контрольно-измерительные приборы для замера и передачи параметров давления и температуры. Входящее давление газа в узел редуцирования может составлять от 6 до 12 МПа в зависимости от особенностей магистрального газопровода (протяженности, количества компрессорных станций на магистральных газопроводах, давления газа, исходящего с установки комплексной подготовки газа и прочих факторов). Выходное давление газа может составлять от 0,4 МПа до 6 МПа в зависимости от направления дальнейшего использования среды (топливный газ на газотурбинную установку подается с давлением от 0,1 до 2,5 МПа, пусковой газ на компрессор — 1,0 — 1,5 МПа).

ОГНЕВЫЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ ТОПЛИВНОГО ГАЗА

3

4

5

В огневых подогревателях топливного газа ГТУ теплота одновременно передается конвекцией и излучением. При этом суммарная плотность теплового потока q определяется по уравнению

α – суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и

излучением, α = αк + αл.

Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене определяется из уравнений подобия в зависимости от вида конвекции (свободная или вынужденная)

тепловых потоков, передаваемых за счет конвективного теплообмена и теплопроводности, и является искомой величиной,

Nu = αλl ;

6

Re – число (критерий) Рейнольдса, характеризует соотношение

между силами инерции и молекулярного трения (вязкости),

Re = wνl ;

Pr – число (критерий) Прандтля, характеризует физические свойства жидкости и их влияние на конвективный теплообмен,

подъемной силы, возникшей вследствие разности плотностей неравномерно нагретых объемов жидкости, и силы молекулярного трения, и является параметром интенсивности свободного движения жидкости

Примеры

Коэффициент теплоотдачи излучением можно определить по формуле

7

где Тmа = 0,5 (Тг + Tc) – среднеарифметическая температура между газом и теплообменной поверхностью (стенкой), К; εс.г – приведенная степень черноты системы газ – поверхность,

εг.с = [εс +εεгг(1εс−εс )];

где εг = f(рi, l, Т) – степень черноты газа.

Приближенные значения средней длины пути луча могут быть найдены из соотношения

l = 3,6F V ,

где V – объем газа; F – площадь поверхности его оболочки. Степень черноты газовых смесей определяется как сумма

степеней черноты отдельных компонентов.

Плотность теплового потока, передаваемая излучением газами ограждающей поверхности, можно вычислить по приближенной формуле

где εс – степень черноты ограждающей поверхности.

В основу теплового расчета рекуперативных ТА положены:

уравнение теплового баланса

и обобщенное уравнение теплопередачи при переменных

температурах

где η – коэффициент, учитывающий тепловые потери в окружающую среду, η = 0,95 – 0,98; k – коэффициент теплопередачи от горячего к холодному теплоносителю,

Θm – средняя разность температур между теплоносителями,

Θm = ΘlnI −ΘΘI II ;

ΘII

где ΘI и ΘII – разности температур теплоносителей на входе и выходе ТА,

8

ΘI = Θma +0,5 ∆T , ΘII = Θma −0,5 ∆T ;

∆T – характеристическая разность температур,

∆T = (∆t1 +∆t2 )2 −4 P ∆t1 ∆t2 ;

Wm – приведенный водяной эквивалент теплоносителей

Индекс противоточности Р определяется как отношение водяного эквивалента поверхности теплообмена, где осуществляется противоточная схема движения теплоносителей (kF)прот, и водяного эквивалента поверхности теплообмена всего ТА (kF )

Для прямоточной схемы движения индекс противоточности Р = 0, а при противотоке Р = 1.

Индекс противоточности для выбранной схемы теплообменного аппарата, заданных температурных режимов и водяных эквивалентов теплоносителей определяется также по уравнению Н.И. Белоконя для характеристической разности температур

P = ( ∆t1 + ∆t2 )2 − ∆T 2 . 4∆t1∆t2

Для более сложных схем определение индекса противоточности P выбранного теплообменного аппарата начинается с расчета характеристик, от которых, наряду со схемой движения теплоносителя, зависит значение индекса

По значениям этих характеристик с учетом схемы движения теплоносителей (число ходов по трубному и межтрубному пространству) из графиков определяется ε∆t – коэффициент, учитывающий различие между средней логарифмической разностью температур между теплоносителями для противоточной схемы движения ΘmL и действительной средней разностью температур Θm .

9

Зависимость ε t от характеристик R и PS для четырехходовых (по трубному пространству) кожухотрубных теплообменных аппаратов

Затем рассчитывается действительная средняя разность температур

Θm = ε∆t Θml,

где Θml – среднелогарифмическая разность температур между теплоносителями для схемы движения «противоток»,

Θml = Θ1 −ΘΘ2 ; ln 1

Θ2

Θ1 = t1′ −t2′′; Θ2 =t1′′−t2′ .

Характеристическая разность температур ∆T определяется с

использованием метода последовательного приближения из следующего соотношения:

Θm = ln Θma∆+T0,5∆T ,

Θma −0,5∆T

где Θma – средняя арифметическая разность температур между теплоносителями в теплообменном аппарате,

Θma = ( t1′ + t1″ ) − ( t2″ + t2′ ) .

2 2

Целью поверочного расчета является проверка соответствия, выбранного стандартного или сконструированного теплообменного

10

аппарата с требуемой тепловой мощностью и обеспечением конечных температур теплоносителей.

Действительная тепловая мощность сконструированного или выбранного стандартного теплообменного аппарата рассчитывается по формуле Н.И. Белоконя

где FТА – площадь поверхности стандартного или сонструированного теплообменного аппарата.

Возможности использования ВЭР