Система выхлопная

«СИСТЕМА ВЫХЛОПНАЯ»

 Выхлопная система (ВС) предназначена для отвода выхлопных газов газотурбинного двигателя и выполняет следующие функции:

— снижение шума, создаваемого двигателем до значений, соответствующих гигиеническим нормам;

— снижение концентрации вредных выбросов в атмосфере в районе компрессорной станции, до величин, соответствующих экологическим нормам;

— обеспечение уровня гидравлического сопротивления в пределах, необходимых для нормальной работы двигателя;

— утилизация тепла выхлопных газов.

Основные технические характеристики выхлопной системы. Характеристики даны для стандартных условий (Т = 15°С; Ратм. = 1,033 кгс/м2).

Расход продуктов сгорания — 53,25 кг/cек

Температура продуктов сгорания — 490°С

Гидравлическое сопротивление не более -

В состав выхлопной системы входят:

диффузор выхлопа, блок шумоглушения выхлопа, теплообменник утилизационный, блок поворота потока, блок переходника, рама системы выхлопной, на которой установлены перечисленные узлы, а также опора трубы с выхлопной трубой.

Рассмотрим каким образом обеспечиваются ранее перечисленные функции системы выхлопа.

Функция снижения шума обеспечивается блоком шумоглушения (БШ)

Корпус блока выполнен в виде цельнометаллического каркаса, выполненного из пустотелых балок, в проемы которого вставлены звукотеплоизоляционные щиты и проваренные по периметру сплошными (для герметичности) швами.

Внутрь корпуса вставлены кассеты шумоглушения в количестве семи штук. Конструкция кассет аналогична кассетам, установленным на всосе. Отличаются они только габаритными размерами и материалом внутренней обечайки кассет. Перфорированные листы выполнены из материала 12Х18Н9Т.

Для обеспечения нормальной (более эффективной работы) шумоглушителя необходимо снизить скорость выхлопных газов на входе в блок. Это достигается установкой диффузора, который является стыкующим звеном между шумоглушителем и переходником выхлопной улитки, который находится в контейнере блока двигателя.

Диффузор выполнен в виде несимметрично расширяющегося корпуса. Длина блока, проходные сечения и углы раскрытия диффузора выбраны из условия обеспечения минимальных потерь на трение о внутренние стенки канала газохода.

Функция снижения концентрации вредных выбросов в приземном слое обеспечивается наличием в составе (ВС) трубы высотой 25 м.

Функция утилизации тепла выхлопных газов обеспечивается утилизационным теплообменником (УТО). В качестве теплоносителя в нем используется вода. Теплообменник поставляется в виде двух транспортабельных частей, соединяемых между собой на месте монтажа сваркой.

В связи с тем, что у агрегата отвод выхлопных газов осуществляется в горизонтальной плоскости, а выхлопная труба направлена вертикально вверх, необходимо наличие стыкующего звена, основной функцией которого является разворот потока выхлопных газов на 90°. Таким звеном является блок поворота потока.

Конструктивно корпус блока выполнен по аналогии с другими блоками ВС. Блок состоит из двух частей, которые стыкуются между собой при помощи струбцин. При этом уплотнение осуществляется за счет установки прокладки из асбестового картона, с предварительной пропиткой ее жидким стеклом. Внутри частей установлены отбойные листы, выполненные из материала 12Х18Н9Т.

В связи с тем, что корпуса и силовые балки, на которых крепятся отбойные листы, выполнены из материала 09Г2С, возможна разница в деформациях листов и элементов каркаса при нагреве до 500оС, а учитывая длину отбойных листов (L= 3000 мм) эта разница может составить 10 мм, что приведет (при условии приварки листов к балкам) к возникновению высоких напряжений в сварных швах и разрушению конструкции.

По этой причине крепление балок к каркасу, а также листов к балкам осуществляется тарельчатыми шайбами, создающими постоянное усилие прижатия. В результате мы имеем конструкцию, в которой возможны перемещения при постоянном усилии прижатия, которое препятствует возникновению люфтов, тем самым снижая вероятность возникновения повышенных вибраций в местах соединений узлов конструкции.

Выходной фланец блока поворота имеет в сечении форму квадрата, а выхлопная труба — форму круга. Чтобы состыковать их между собой необходимо иметь переходный блок. Таким блоком является блок переходника. Нижний фланец его стыкуется струбцинами с блоком поворота, а верхняя его часть, выполненная в виде цилиндра вставляется в юбку нижней секции трубы (по принципу телескопического соединения), с уплотнением стыка путем установки жгута, который обжимается хомутом.

Рама системы выхлопной, на которой устанавливаются ранее описанные блоки, представляет собой цельнометаллическую конструкцию, сваренную из швеллеров, на которой установлены 16 регулируемых по высоте опор.

Две крайние от оси агрегата являются фиксирующими (относительно их происходит перемещение всех блоков выхлопной системы при нагреве). Остальные являются скользящими. Скольжение опор, установленных на блоках, по опорам рамы, осуществляется из-за малого коэффициента рения между поверхностями опор, что обусловлено нанесением на поверхности трения антифрикционного покрытия ВАП-2.

Регулировка опор по высоте достигается за счет вращения гаек, которые опираясь в опорный пластик на раме перемещают опоры на необходимую высоту. Регулировка необходима для выставления и стыковки блоков между собой.

Все блоки выхлопной системы, устанавливаемые на раме, стыкуются между собой струбцинами. При этом для уплотнения фланцевых соединений устанавливаются асбестовые шнуры, пропитанные жидким стеклом, в отличие от уплотнения стыков системы всасывания, где применены прокладки из пористой резины. Это объясняется тем, что продукты сгорания имеют температуру около 500оС.

Выхлопная труба состоит из трех секций, стыкующихся между собой болтовым соединением. Нижняя секция имеет силовой пояс, которым труба опирается на опору. Диаметр и высота трубы выбраны из условия обеспечения рассеивания выбросов в атмосферу до концентрации, разрешенных СНИП, над срезом верхней секции трубы, который находится на расстоянии 25 м от земли, сооружен погодный козырек, который защищает канал выхлопной системы от прямого попадания атмосферных осадков.

Опора трубы выхлопной представляет собой силовую ферму, изготовленную из стального фасонного проката, воспринимающую как ветровую нагрузку, передаваемую трубой так и вес непосредственно трубы.

«СИСТЕМА ВОЗДУХОЗАБОРНАЯ»

Система воздухозаборная (СВ) предназначена для забора и очистки атмосферного воздуха и дальнейшем подачи его в газотурбинный двигатель НК-38СТ.

СВ обеспечивает защиту лопаток компрессора от абразивного износа, уменьшает пылевые отложения в проточной части газотурбинного двигателя, а также обеспечивает снижение уровня шума на всасывании до значений, соответствующих санитарным нормам (ГОСТ 121. 003-83).

СВ выполняет три основные функции:

— забор атмосферного воздуха и его очистку от механических примесей;

— подогрев атмосферного воздуха с целью предотвращения льдообразования в тракте всасывания;

снижение шума, создаваемого двигателем на всосе.

Разберем как все эти функции обеспечиваются СВ.

Функция очистки атмосферного воздуха от механических примесей.

Очистка воздуха обеспечивается блоком очистки воздуха (БОВ). БОВ представляет собой цельнометаллический корпус выполненный в виде силового каркаса, установленного на опорной раме и обшитого снаружи стальными листами, внутри которого расположены:

— две воздухозаборные камеры, с расположенными в них раздаточными колонками для подачи горячего воздуха в тракт всасывания;

— два блока циклонов, являющихся первой (предварительной) ступенью очистки;

— два блока фильтров тонкой очистки;

— два бункера для сбора пыли, отсепарированной на блоках циклонов;

— две пары вентиляторов для отсоса пыли из бункеров и выброса ее за пределы блока очистки.

Воздухозаборные камеры снабжены осадкозадерживающими козырьками, которые препятствуют прямому попаданию атмосферных осадков в блок очистки.

Раздаточные колонки представляют собой набор перфорированных по длине труб, объединенных общим коллектором.

Блоки циклонов представляют собой объединенные по 50 штук в каждой батареи прямоточных циклонов ПКЦ-250.

Циклон состоит из цилиндрического корпуса, закручиваюшего аппарата с лопатками, выполненными по винтовому закону и средним углом закрутки 52°.

Основное отличие ПКЦ-250 от известных прямоточных циклонов заключается в том, что вместо трубки для выхода очищенного воздуха в нем установлена жалюзийная решетка, имеющая три пояса штампованных щелевых каналов.

Выход очищенного воздуха осуществляется через диффузор, а непрерывное удаление отсепарированной пыли с частью воздуха через окно отсоса.

При входе в щелевые решетки воздух получает закрутку, обратную основной закрутке потока в циклоне, что обуславливает дополнительный эффект очистки.

Блоки фильтров тонкой очистки выполнены в виде сварных рам, с наклеенными к ним, по местам прилегания рамок фильтров, резиновыми прокладками из пористой резины, которые обеспечивают герметичность установки фильтров. Крепление рамок осуществляется подпружиненными фиксаторами.

Начальная величина гидравлического сопротивления чистых фильтров 100 Па.

По мере загрязнения сопротивление на них возрастает.

На мониторе ПК (персонального компьютера) САУ можно в любой момент по величине перепада давления оценить степень загрязненности фильтров. Предупредительная сигнализация срабатывает при достижении величины гидравлического сопротивления 300Па. Фильтры тонкой очистки не подвергаются регенерации и при достижении значения гидравлического сопротивления 300Па подлежат замене.

Для проведения регламентных и ремонтных работ между блоком циклонов и фильтрами тонкой очистки организованы эксплуатационные коридоры, в которых установлены по два светильника. Там же, для замены верхнего ряда фильтров, находятся стремянки, которые разбираются и складываются на пол, тем самым создавая минимальное сопротивление цикловому воздуху. Доступ внутрь коридоров осуществляется через герметично закрываемые двери. Для подхода к вентиляторам отсоса пыли на стенках блока имеются герметично закрывающиеся люки.

На стенках блока в эксплуатационных коридорах, для проведения регламентных работ, имеются кнопочные посты:

— для включения освещения;

— для местного отключения вентиляторов при регламентных работах.

В центральной части блока имеются две наклонные перегородки, предназначенные для снижения гидравлического сопротивления при слиянии двух потоков и поворота на 90°.

Функция глушения шума, создаваемого двигателем на всасывании, обеспечивается блоком шумоглушения всасывания.

Конструктивно блок выполнен в виде силового каркаса из пустотелых балок. В проемы каркаса вставляются звукотеплоизоляционные щиты и провариваются для герметичности сплошным швом внахлест к каркасу. В качестве наполнителя щитов используются маты из супертонкого штапельного волокна, обшитые стеклотканью и прошитые стеклянными нитями. Внутри корпуса блока, вдоль длинных его сторон наварены опоры для крепления кассет шумоглушения.

Кассета представляет собой каркас, связанный из стальных швеллеров и обшитый перфорированными листами с площадью перфорации 25 %. В качестве наполнителя кассет используется тот же материал, что и для начинки щитов.

Для более эффективного глушения блок выполнен с двумя рядами кассет, расположенными друг относительно друга на расстоянии 300 мм.

Основанием, на котором расположены все блоки воздухозаборной системы является блок всасывания.

Конструктивно он выполнен по аналогии с блоком шумоглушения, но в отличии от последнего у блока всасывания имеются наружные и внутренние ворота, герметично закрывающиеся и предназначенные для выкатки-закатки двигателя при выполнении регламентных работ. Выкатка-закатка производится по транспортировочным рельсам, которые имеют в своем составе откидные рельсы для стыковки с рельсами блока промежуточного и рамой, находящейся перед блоком всасывания.

В конструкции наружных ворот предусмотрено смотровое окно для наблюдения за состоянием всасывающего тракта и входного направляющего аппарата двигателя на предмет образования льда. Наблюдение ведется при включенном прожекторе, установленном на внутренней стороне наружных ворот над смотровым окном.

Конструкция внутренних ворот предусматривает установку лемнискаты, формирующей равномерное поле скоростей на входе в двигатель.

Для защиты от попадания во всасывающий тракт двигателя инородных предметов вокруг лемнискаты на внутренних воротах закреплена защитная сетка с размером стороны ячейки в свету 5 мм. Сетка состоит из двух частей: цилиндрической, которая является стационарной и конической, съемной.

Для того, чтобы инородные предметы не попадали из промежуточного блока, где расположен воздуховод (уравнительная труба) в тракт всасывания, должна быть обеспечена герметичность стыка между лемнискатой и воздуховодом. Герметичность достигается обжатием резинового уплотнения, расположенного в стыковочном фланце лемнискаты.

Функция подогрева атмосферного воздуха обеспечивается противообледенительной системой.

В ее состав входят:

— трубопровод подачи горячего воздуха из продувочного контура двигателя;

— заслонка выброса горячего воздуха в атмосферу;

— заслонка подачи горячего воздуха в раздаточные колонки блока очистки воздуха;

— непосредственно участки трубопровода, соединяющие все составные части ПОС в единую систему.

С целью сохранения тепла при прохождении горячего воздуха по трубопроводам, наружные поверхности всех труб теплоизолированы.

Регулирование подачи горячего воздуха в ПОС осуществляется по соответствующему закону, заложенному в алгоритм САУ агрегата. Закон представляет собой кривую зависимости влажности и температуры атмосферного воздуха. В законе учтен фактор снижения статической температуры воздуха за счет увеличения его скорости движения во входном устройстве двигателя.

По требованию разработчиков двигателя в алгоритм управления заслонками заложен принцип полностью открытого положения одной из заслонок в течение всего времени эксплуатации. То есть одна заслонка может начать закрываться только после получения сигнала о полностью открытой второй. При этом плавное регулирование подачей воздуха осуществляется прикрытием заслонки, которая открыта. Данное требование обусловлено тем, что при неисправности одной из заслонок может возникнуть ситуация, при которой воздух будет заперт в продувочном контуре, в результате чего не будет осуществляться охлаждение двигателя с вытекающими из этого последствиями.

Теперь рассмотрим откуда и каким образом осуществляется отбор горячего воздуха.

Для отвода воздуха из продувочного контура двигателя и подачи его в ПОС используется двухструйный эжектор.

В качестве активного воздуха используется воздух отбираемый из ресивера четвертой ступени КНД в количестве 0,5 кг/сек и воздух из разгрузочной полости в количестве 0,3 кг/сек.

Общий расход воздуха, отбираемого от двигателя составляет 3,05 кг/сек, в том числе 2,25 кг/сек из продувочного контура. Температура этого воздуха Т=286°С.

Места отборов импульсов, типы датчиков и места их установки.

1. Температура атмосферного воздуха.

Датчик типа ТСП-9201 . . .

Располагается на полу блока очистки воздуха. Чувствительный элемент датчика выведен наружу блока.

2. Влажность атмосферного воздуха в районе агрегата

Датчик абсолютной влажности фирмы «VAISALA».

Расположен под крышей блока автоматики.

3. Перепад давления на блоках циклонов 1 и 2.

Датчики типа Сапфир-22ДВ-Вн-2220- . . .

4. Температура в блоке всасывания

Датчик типа ТСП-9201 . . .

Расположен над лемнискатой.

5. Перепад давления на блоках фильтров тонкой очистки 1 и 2.

Датчики типа Сапфир-22ДД-Вн-2410 . . .

Для контроля за перепадом давления на входе в двигатель, на наружной стенке блока всасывания расположены два (для дублирования) датчика типа Сапфир-22ДД-Вн-2420- . . . , которые своими импульсными трубками связаны с внутренней полостью блока. При достижении перепада 1500Па, САУ подает сигнал на останов агрегата с целью избежания помпажа двигателя.

«ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ АГРЕГАТА ГПА-16 „ВОЛГА"

ОСНОВНЫЕ СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ, ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

И ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ»

Агрегат газоперекачивающий ГПА-16-76/1,44 предназначен для перекачки природного газа по магистральным газопроводам и может быть использован как при новом строительстве компрессорных станций, так и при реконструкции действующих.

Агрегат изготавливается в климатическом исполнении «УХЛ» категории 1 и обеспечивает нормальную работоспособность при температурах окружающего воздуха от −60°С до +45°С при относительной влажности 100 %. А также при наличии осадков в виде дождя, тумана, снега.

Пример записи обозначения агрегата при заказе:

"Агрегат газоперекачивающий ГПА-16-76/1,44 «Волга»

ТУ 3643-006-00218288-95, где:

ГПА — условное обозначение агрегата;

16 — номинальная мощность, МВт;

76 — конечное давление, кгс/см2;

1,44 — отношение давлений в нагнетателе;

«Волга» — отличительный признак агрегата, создаваемого предприятиями Поволжского региона.

Основные параметры агрегата

Давление конечное сжимаемого газа, МПа (кгс/см2) 7,45 (76,0)

Отношение давлений в нагнетателе 1,44

Объемный расход сжимаемого газа на нагнетании,

приведенный к условиям всасывания, м3/с (м3/мин) 6,67 (400)

Рабочий диапазон расхода (объемного) газа при

расчетном отношении давлений в % от номинального 65 ¸ 100

Величина нагрева сжимаемого газа в нагнетателе, °С 32

Мощность на муфте привода, МВт 16

Максимальная мощность, развиваемая при низких

температурах окружающей среды 20 % от номин.

Частота вращения роторов СТ и нагнетателя, с-1(об/мин) 88,4(5300)

Рабочий диапазон изменения частоты вращения

ротора нагнетателя в % 70 ¸ 105

Безвозвратные потери масла, кг/ч (не более) 0,4

Расход топливного газа, кг/с 0,867

Габаритные размеры агрегата, м, не более:

длина 27,950

ширина 23,250

высота 25

Масса агрегата в объеме поставки, кг, не более 220000

Характеристика агрегата

Тип нагнетателя — центробежный с вертикальным разъемом корпуса с магнитным подвесом ротора и торцовыми газодинамическими уплотнениями.

Тип приводного двигателя — газотурбинный авиационного типа со свободной турбиной состоящей из двух отдельных частей: газогенератора и СТ.

Эффективный КПД нагнетателя на номинальном режиме,

% не менее 85

Состав и устройство агрегата

Агрегат представляет собой конструкцию, состоящую из установок и блоков, изготавливаемых по чертежам и поставляемых заказчику по техническим условиям. Стыковка всех блоков осуществляется непосредственно на компрессорной станции силами монтажной организации.

Агрегат включает в себя:
— установку нагнетательную центробежную (УНЦ);
— установку приводную газотурбинную;
— блок электроснабжения;
— блок автоматики;
— блок СУМП и ППА;
— блок подготовки воздуха;
— два ресивера воздушных;
— трубопроводную обвязку;
— межблочную кабельную разводку.
— блок топливного газа и пускового воздуха;

Базовой сборочной единицей является блок нагнетателя, входящий в установку центробежную нагнетательную УНЦ-16.

В блоке нагнетателя на раме установлен нагнетатель НЦ-16, который через всасывающий и нагнетательный патрубки стыкуется с газовой коммуникацией.

Газовая коммуникация состоит из следующих составных частей:
— блок кранов всасывания;
— трубопровод всасывающий;
— опора лобовая Ду 1000 трубопровода всасывания;
— опора лобовая Ду 700 трубопровода нагнетания;

К блоку нагнетателя пристыковывается блок двигателя, который является базовой сборочной единицей установки приводной газотурбинной УПГ-16 и предназначен для размещения привода нагнетателя, его коммуникаций, элементов систем жизнеобеспечения.

В качестве привода нагнетателя используется газотурбинный двигатель НК-38СТ авиационного типа. Механическая связь между свободной турбиной двигателя и ротором нагнетателя осуществляется посредством «сухой» муфты мембранного типа.

Для запуска двигателя используется очищенный воздух, поступающий под определенным давлением (около 5,5 атм) на вход в стартер двигателя. Воздух поступает из двух ресиверов общей емкостью 50м3 в воздушный фильтр, через кран

11 и регулирующий клапан КД-520, который поддерживает за собой требуемое для запуска двигателя давление.

Для обеспечения агрегата воздухом, в состав агрегата включен блок подготовки воздуха, который включает в себя две секции холодильников и влагоотделитель. Горячий воздух, отбираемый от двигателя, поступает через систему трубопроводов в холодильники, где охлаждается. Затем охлажденный воздух попадает во влагоотделитель, где он осушается и по трубопроводам поступает в ресиверы. В случае, когда в состав цеха входит один агрегат ГПА-16 «Волга», заполнение ресиверов осуществляется из станционной системы обеспечения воздухом.

Сжатый воздух на агрегате используется не только для запуска двигателя, но и для постоянной продувки полостей магнитных подшипников, кабелей управления магнитными подшипниками, а также продувки опор двигателя при аварийном останове агрегата.

В качестве топлива двигателя используется природный газ, который поступает из станционной системы в блок топливного газа, где очищается и поступает через трубопроводы в двигатель. Стоит отметить, что вся арматура и трубопроводы после фильтров блока топливного газа выполнены из нержавеющей стали, что снижает вероятность попадания в двигатель продуктов коррозии.

Для снабжения двигателя цикловым воздухом служит воздухозаборная система, которая включает в себя следующие блоки:
— блок очистки воздуха (ВОУ);
— блок переходника диффузорного;
— блок шумоглушения всасывания;
— удлинительная труба (воздуховод).

Атмосферный воздух, проходя через две ступени (грубой и тонкой) очистки, поступает в шумоглушитель и далее через лемнискату, расположенную в качере всасывания, в уравнительную трубу, где происходит выравнивание полей скоростей и температур. Тем самым воздухозаборная система обеспечивает очистку циклового воздуха от механических примесей и стационарность потока на входе в направляющий аппарат приводного двигателя.

Часть циклового воздуха поступает в компрессор газогенератора, где сжимается и подается в камеру сгорания, а часть используется в продувочном контуре для охлаждения двигателя. Воздух из продувочного контура выбрасывается либо в атмосферу, либо в трубопроводы системы ПОС.

Часть воздуха, сжимаемая компрессором, перемешивается с топливным газом и сжигается в камере сгорания. Из камеры сгорания горячие газы направляются на лопатки турбин, на которых энергия газового потока превращается в механическую энергию вращения роторов турбин. Мощность, полученная на валу свободной турбины, расходуется на привод нагнетателя.

Выхлопные газы от двигателя НК-38СТ направляются в выхлопную улитку, где происходит поворот потока газов на 90о по отношению к оси двигателя.

После выхлопной улитки отработанные газы через переходник и диффузор, где происходит снижение скорости потока, попадают в блок шумоглушения, который необходим для глушения шума производимого двигателем. Затем, в зависимости от времени года и необходимости отбора тепловой энергии уходящих газов на нужды компрессорной станции, поток направляется через байпасный газоход либо через тепловые пучки в блок поворота потока, откуда, сменив направление на вертикальное, выхлопные газы через выхлопную трубу выбрасываются в окружающую атмосферу и рассеиваются до концентрации, соответствующей СниП.

Та часть воздуха, которая предназначалась для охлаждения двигателя выбрасывается либо в атмосферу, либо в трубопроводы системы ПОС (противообледенительную систему) для обогрева воздуха, поступающего в БОВ при атмосферных условиях, при которых возможно образование льда на проточной части всего тракта всасывания.

Перед блоком двигателя установлен блок промежуточный, который разделен функционально на три части:
— блок маслоагрегатов и системы промывки газовоздушного тракта (ГВТ;
— отсек в котором установлена уравнительная труба (воздуховод);
— отсек пожаротушения установки приводной газотурбинной.

Для охлаждения масла, подаваемого в двигатель над блоком маслоохладителей, с установленными в нем двумя маслоохладителями, которые связаны системой трубопроводов с двигателем и частью маслосистемы, расположенной в отсеке маслоагрегатов.

Для обеспечения всех составных частей агрегата электроэнергией в состав агрегата включен блок электроснабжения (БЭС). В этом блоке находятся распределительные щиты подачи как основных, так и резервных источников питания.

Для обеспечения работы агрегата на всех режимах контроля параметров сигнализации и защиты, а также взаимодействия всех систем служит система автоматического управления, в состав которой входят :
— технические средства МСКУ 4510-18, включающие контроллеры,