image
energas.ru

Газовая промышленность № 02 2018

Ремонт и диагностика

01.02.2018 11:00 Решение актуальных задач параметрической диагностики газоперекачивающих агрегатов ГТК-25ИР
В работе рассматривается решение важнейших задач в области диагностирования газоперекачивающих агрегатов: определение оптимальной методики расчета выходных теплотехнических параметров газоперекачивающих агрегатов и проверка актуальности нормативного значения коэффициента расхода конфузора. Решение поставленных задач выполнялось специалистами ООО «Газпром трансгаз Москва» в два этапа. На первом этапе проводился сравнительный анализ существующих методик расчета мощности и основных теплотехнических параметров газоперекачивающих агрегатов. Удобство использования в условиях эксплуатации и точность конечных результатов – основные предъявляемые требования к рассматриваемым методикам. Для объективной оценки существующих методик, основанных на математических вычислениях, в качестве альтернативного средства применялся бесконтактный измеритель крутящего момента. По результатам теплотехнических испытаний определена оптимальная методика расчета и выдвинуто предположение о необходимости уточнения нормативного значения коэффициента расхода конфузора согласно СТО Газпром 2-3.5-253–2008 для нагнетателя PCL-804-2, входящего в состав газоперекачивающего агрегата ГТК-25ИР. В целях подтверждения ранее полученных результатов в рамках второго этапа теплотехнические испытания дополнены применением ультразвукового расходомера газа. По результатам испытаний произведен расчет выходных параметров по показаниям ультразвукового расходомера, бесконтактного измерителя крутящего момента и по ранее определенной методике с использованием нормативного значения коэффициента расхода. По показаниям ультразвукового расходомера определен коэффициент расхода конфузора. Актуализировано значение коэффициента расхода конфузора для нагнетателя PCL-804-2, полученное путем сопоставления результатов его уточнения по показаниям двух независимых средств измерения: бесконтактного измерителя крутящего момента и ультразвукового расходомера.
Ключевые слова: ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ, ГТК-25ИР, ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ, СРАВНЕНИЕ МЕТОДИК, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ, БЕСКОНТАКТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА, КОЭФФИЦИЕНТ РАСХОДА КОНФУЗОРА, УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР.
Открыть PDF


Повышение качества диагностического обследования газоперекачивающих агрегатов (ГПА) – одна из ключевых целей ООО «Газпром трансгаз Москва» в области эксплуатации технологического оборудования. На сегодняшний день существуют две основные задачи, решение которых позволит качественно повысить уровень параметрической диагностики некоторых типов ГПА, – определение оптимальной методики расчета мощности и достоверность значения коэффициента расхода конфузора.

В 2016 г. специалистами ООО «Газпром трансгаз Москва» в рамках комплексных теплотехнических испытаний проведен сравнительный анализ существующих методик расчета мощности ГПА ГТК-25ИР. Поскольку рассматриваемые методики основаны на математических вычислениях, для их объективной оценки необходимо прямое измерение определяемого параметра. Так, в случае определения мощности лучшим решением является применение бесконтактного измерителя крутящего момента (БИКМ). По результатам анализа данных, полученных в ходе теплотехнических испытаний, была определена наиболее оптимальная методика расчета [1], удовлетворяющая всем предъявляемым требованиям: удобство расчета в условиях эксплуатации и точность конечных результатов. Но для однозначного применения указанной методики в качестве основной необходимо проведение повторных испытаний в целях подтверждения расчетов, выполненных на основе показаний БИКМ, по результатам которых проводился анализ существующих методик.
В статье [2] подробно описана работа, проведенная специалистами ООО «Газпром трансгаз Москва», по определению оптимальной методики расчета мощности ГПА ГТК-25ИР.

Коэффициент расхода конфузора является определяющим параметром расчета выходных теплотехнических показателей ГПА при условии проведения параметрической диагностики без специализированного вспомогательного оборудования типа БИКМ и ультразвукового расходомера газа. При обеспечении необходимой точности штатного измерительного оборудования и использовании коэффициента расхода конфузора, рассчитанного с достаточной точностью, погрешность определения выходных теплотехнических параметров ГПА не превышает 5 %.

На сегодняшний день для расчета выходных параметров ГПА по данным, полученным в ходе теплотехнических испытаний без применения специализированного вспомогательного оборудования, специалисты обращаются к нормативной или технической документации на центробежные нагнетатели (ЦБН) и ГПА для использования значения коэффициента расхода конфузора. В случае с ГПА ГТК-25ИР для расчета мощности применяют нормативное значение коэффициента расхода конфузора согласно СТО Газпром 2-1.20-122–2007 [3].

ПЕРВЫЙ ЭТАП ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ГПА ГТК-25ИР

На первом этапе теплотехнических испытаний ГПА ГТК-25ИР [2] ООО «Газпром трансгаз Москва» был сделан вывод о необходимости актуализации значения коэффициента расхода конфузора для парка ГПА ГТК-25ИР.

Прежде чем проводить актуализацию коэффициента расхода конфузора, необходимо выполнить анализ степени его влияния на точность расчета мощности, а также определить другие составляющие, оказывающие значимое влияние на точность расчета.

Дальнейший анализ влияния значения коэффициента расхода конфузора на точность определения мощности, развиваемой газотурбинной установкой (ГТУ), проводится согласно СТО Газпром 2-1.20-122–2007 [3] и при условии использования только штатных средств измерения ГПА.

Мощность на муфте «ГТУ – нагнетатель» определяется следующим выражением: 

Ne = Ni + ∆Nм,                               (1) 

где Ni – внутренняя мощность ЦБН, кВт; ∆NM – мощность, теряемая на механические потери, кВт.

Внутренняя мощность ЦБН:

1.png,                         (2)

 

где k – показатель адиабаты; zср – среднее значение коэффициента сжимаемости природного газа; R – газовая постоянная, кДж/кг·К; T, Т – абсолютная температура газа на входе и выходе группы ЦБН, К; Gн – массовый расход газа в нагнетателе, кг/с.

Массовый расход газа в нагнетателе:

1_1.png,                                        (3)

 

где Ак – размерный коэффициент расхода конфузора, м2,5/мин; ∆Pк – разность (перепад) давлений на конфузоре, кг/м2; ρ – плотность газа на входе в нагнетатель, кг/м3.

Таким образом, с учетом выражений (1)–(3) очевидно, что точность коэффициента расхода конфузора прямо пропорционально влияет на точность определения мощности.

Все составляющие для определения мощности, развиваемой ГТУ, кроме коэффициента расхода конфузора, являются измеряемыми параметрами или функциями измеряемых параметров. При условии обеспечения требуемой точности штатного измерительного оборудования большой вклад в конечный результат расчета мощности вносит именно коэффициент расхода конфузора.

Согласно выражению (3) очевидно, что уточнение коэффициента расхода конфузора будет оптимальным (влияние точности измерительного оборудования будет минимизировано) при прямом замере расхода газа. В настоящее время наибольшей точностью обладают ультразвуковые расходомеры газа. Поскольку причин отклонения значения коэффициента расхода конфузора от нормативного значения может быть несколько (в том числе и конструктивных), произведенная ранее корректировка коэффициента расхода конфузора [2] для конкретного ГПА ГТК-25ИР требует подтверждения. С учетом изложенного ООО «Газпром трансгаз Москва» приняло решение о проведении повторных теплотехнических испытаний, дополненных применением БИКМ и ультразвукового расходомера.

 

ВТОРОЙ ЭТАП ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ГПА ГТК-25ИР

В 2017 г. в рамках второго этапа проведены теплотехнические испытания с применением БИКМ и ультразвукового расходомера «Гиперфлоу-УС» другого ГТК-25ИР, находящегося в эксплуатации ООО «Газпром трансгаз Москва».

Расчет эффективной фактической мощности ГПА ГТК-25ИР проводился согласно ранее определенной основной методике расчета СТО Газпром 2-3.5-253–2008 [1] и, соответственно, по программному комплексу «КТС ГПА Ingoil» (разработан ООО «Ингойл» в 2005 г. по техническому заданию ООО «Газпром трансгаз Москва»), в основе которого лежит [1], с использованием нормативного значения коэффициента расхода конфузора Ак = 55,7 м2,5/мин. Также расчет мощности проводился по показаниям БИКМ и «Гипер-флоу-УС». Результаты расчета эффективной фактической мощности и коэффициента технического состояния (КТС) по мощности приведены на рисунке (здесь Тпр.0 – приведенная температура продуктов сгорания за свободной турбиной, К; Nфе. пр.конф – приведенная фактическая мощность, определенная по [1] с использованием нормативного значения коэффициента расхода конфузора Ак = 55,7 м2,5/мин для нагнетателя PCL-804-2, входящего в состав ГПА ГТК-25ИР; Nфе. пр.УЗР – приведенная фактическая мощность, определенная по показаниям ультразвукового расходомера газа «Гиперфлоу-УС»; Nфе. пр.УЗР – приведенная фактическая мощность, определенная по показаниям БИКМ) и в таблице.

Эффективная фактическая мощность, определенная по показаниям БИКМ, составила 17 320 кВт, по показаниям ультразвукового расходомера «Гиперфлоу-УС» – 16 770 кВт. Расхождение результатов расчета мощности, определенной по БИКМ и «Гиперфлоу-УС», составляет менее 3,5 %, что не превышает их суммарную погрешность определения мощности. Таким образом, экспериментально получено взаимное подтверждение результатов расчета мощности по показаниям двух независимых средств измерения.

Наблюдается существенное отклонение результатов расчета эффективной фактической мощности согласно СТО Газпром 2-3.5-253–2008 [1] с применением нормативного значения коэффициента расхода конфузора Ак = 55,7 м2,5/мин от результатов расчета эффективной фактической мощности по показаниям БИКМ и «Гиперфлоу-УС». Подобная картина наблюдалась и на первом этапе теплотехнических испытаний. Данный факт может объясняться особенностью серии поставки ГПА данного типа в ООО «Газпром трансгаз Москва».

Результаты теплотехнических испытаний первого и второго этапов свидетельствуют о необходимости актуализации нормативного значения коэффициента расхода конфузора для ГПА ГТК-25ИР. Процедуру уточнения коэффициента расхода конфузора по результатам второго этапа испытаний целесообразно проводить по показаниям «Гиперфлоу-УС». Итоговый коэффициент расхода конфузора должен учитывать результаты как первого этапа испытаний, когда уточнение проводилось по показаниям БИКМ путем обратного пересчета, полученное значение составило Ак = 61,21 м2,5/мин, так и второго.

 

ВЫВОДЫ

Коэффициент расхода конфузора, определенный по показаниям «Гиперфлоу-УС», равен Ак = 61,28 м2,5/мин. Итоговым коэффициентом расхода конфузора, рассчитанным как среднеарифметическое значение, принят Ак = 61,25 м2,5/мин.

В ООО «Газпром трансгаз Москва» утверждено скорректированное значение коэффициента расхода конфузора для нагнетателя PCL-804-2, входящего в состав ГПА ГТК-25ИР.

Опыт, полученный ООО «Газпром трансгаз Москва» на примере ГТК-25ИР, свидетельствует о необходимости актуализации нормативного значения коэффициента расхода конфузора для некоторых типов ГПА, эксплуатируемых в ПАО «Газпром». Определенный с достаточной точностью коэффициент расхода конфузора и достоверность показаний штатных средств измерений позволяют определить основные теплотехнические параметры ГПА с удовлетворительной точностью. Погрешность их определения не превышает 5 %. Это позволит избежать необходимости применения специальных средств измерения типа БИКМ и ультразвукового расходомера, что благоприятно повлияет на экономическую составляющую диагностического обслуживания ГПА. 

Эффективная фактическая мощность и КТС по мощности
Effective actual power and maintenance factor by power

Методика 

Method

Nфе, кВт 

Nфе, kW

КТС 

Maintenance factor

СТО Газпром 2-3.5-253–2008 (Ак = 55,7 м2,5/мин) 

Company Standard STO Gazprom 2-3.5-253–2008 (Ак = 55,7 m2,5/min)

15 280

0,688

«КТС ГПА Ingoil» (Ак = 55,7 м2,5/мин) 

“KTS GPA Ingoil” (Ак = 55,7 m2,5/min)

15 280

0,688

Методика применения БИКМ 

Method of application of non-contact torque measurer

17 320

0,780

Расчет по «Гиперфлоу-УС» 

Calculation with “Giperflou-US”

16 770

0,755

 



← Назад к списку