Підвищення ефективності роботи газотурбінного агрегату ГТК-10-4 шляхом заміни пластинчастих регенераторів на трубчасті
Автор: Іванів Станіслав Ігорович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Теплоенергетика
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Іванів С. І., Римар Т. І. (керівник). Підвищення ефективності роботи газотурбінного агрегату ГТК-10-4 шляхом заміни пластинчастих регенераторів на трубчасті. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2023. Розширена анотація Проблемі надійності обладнання газотранспортних систем до даного часу приділяли недостатньо уваги [1 - 4]. Проте, враховуючи стратегічне значення газотранспортних систем України, необхідно направити зусилля на оцінювання технічного стану та підвищення надійності обладнання компресорних станцій. ГПА в Україні відпрацювали свій заводський ресурс і через їхнє фізичне і моральне старіння не відповідають сучасним вимогам екології та енергоощадності. У зв’язку із тим, що газотурбінні двигуни простого циклу мають значні обмеження щодо подальшого зростання температури газу перед турбіною, останніми роками конструктори ГТД велику увагу приділяють промисловим газотурбінним двигунам, що працюють за складним термодинамічним циклом. До них належать утилізація теплової енергії гарячого газу на виході із турбіни, проміжне охолодження повітря у компресорі та проміжний підігрів продуктів згоряння в турбіні, тощо. Застосування регенератора на виході дало можливість підвищити ККД та питому потужність газотурбінних двигунів без істотного збільшення температури продуктів згорання після камери згорання. Але освоєння складних циклів пов’язане з ускладненням конструкції газотурбінного двигуна, збільшенням вартості його виробництва і складністю технічного обслуговування. Найбільш простим із складних циклів є регенеративний, що заснований на встановленні на виході газової турбіни, де температура потоку складає 450 – 550° С, регенератора теплоти (теплообмінника) для утилізації теплової енергії і часткового повернення енергії завдяки підігріву стиснутого повітря, що надходить до камери згорання із компресора. Проте сучасні регенератори мають низьку теплову ефективність, характеризуються частою розгерметизацією і руйнуванням конструкції внаслідок теплових напружень, поступовим погіршенням експлуатаційних характеристик через забруднення поверхні, великими розмірами, порівняно з ГТУ, високою вартістю, низькою експлуатаційною надійністю і ресурсом. Висока ефективність може бути досягнута завдяки інтенсифікації теплообміну як всередині труб регенератора, так і в міжтрубному просторі [3, 4]. Об?єкт дослідження – регенератор газотурбінного агрегату ГТК-10-4. Предмет дослідження – методичні підходи до вирішення задач розрахункового обґрунтування підвищення ефективності реконструкції ГТК-10-4 із заміною пластинчастих регенераторів на трубчасті. Мета дослідження: забезпечення ефективної роботи газотурбінного агрегату ГТК-10-4 та збільшення терміну його експлуатації. У магістерській кваліфікаційній роботі розглядається модернізація ГТК-10-4 із заміною пластинчастих регенераторів на трубчасті. Запропоновані заходи дають можливість продовжити термін експлуатації газоперекачувального агрегату приблизно на 25 – 30 тисяч годин. Запропонований варіант реконструкції ГТК-10-4 дає можливість здійснювати планомірне відновлення технічних характеристик газоперекачувального агрегату не порушуючи роботу компресорного цеху. Також зменшуються викиди NOх на вихлопі. Екологічні характеристики агрегатів покращуються за рахунок застосування комбінованих (так званих гібридних) двоканальних пальників, в одному із каналів яких заздалегідь готується і потім подається у зону горіння паливо-повітряна суміш. За результатами виконаних розрахунків можна зробити висновок, що перший варіант реконструкції, тобто капітальний ремонт ГТК-10-4 із відправленням турбокомпресорної групи без корпусних деталей для дефектоскопії і ремонту та заміна пластинчастого регенератора, на новий регенератор трубчастого типу РГУ-1800-01 вимагає значно менше приведених витрат, ніж другий варіант реконструкції, тобто заміна ГТК-10-4 на агрегат ГТК-10-4-М. Економічний ефект від впровадження модернізації ГТК-10-4 із заміною пластинчастого регенератора на трубчастий РГУ 1800-01 складає 2150 тис. грн. Термін окупності варіанту реконструкції, тобто капітального ремонту ГТК-10-4 із відправленням турбокомпресорної групи без корпусних деталей для дефектоскопії і ремонту та заміна пластинчастого регенератора, на новий регенератор трубчастого типу РГУ-1800-01 складає 1,25 роки. У розділі автоматизація розроблено систему контролю і керування та схему автоматизації системи утилізації теплоти ГТУ. Ключові слова: газотранспортна система, газотурбінні установки, регенерація теплоти, регенератор, коефіцієнт корисної дії, витрата палива. Перелік використаних джерел літератури: 1. Підвищення надійності газотранспортних систем: монографія / Б. В. Копей, А. Бенмуна, В. І. Слободян, А. Беллауар, С. І. Галій, Д. Халімі, А. М. Найда. Серія «Нафтогазове обладнання», том 8 – Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2012. – 300 с. 2. Патон, Б.Є., Халатов, А.А., Костенко, Д.А., Письменний, О.С. (2008) Промислові газотурбінні двигуни для газотранспортної системи України: сучасний стан і проблеми розвитку // Енергетика та електрифікація. – № 7. – С.20 – 22. 3. Крук, І.С., Бурбела, Ю.Б. (2014). Експлуатаційні, технологічні та метрологічні характеристики газоперекачувальних агрегатів – базова основа ефективності газотранспортної системи // Метрологія-2014. – с. 433 – 434. 4. Мовчан, С. М., Соломонюк, Д. М. (2017). Перспективи використання у регенераторах ГТУ поверхонь теплообміну з інтенсифікацією теплообміну виступами та западинами // Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. – Харків: НТУ «ХПІ»,. – № 9(1231). – С.45 – 51.