Анализ эффективности функционирования электромеханической системы газотурбинной компрессорной установки гтт-3 схемы ак-72 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 537.39

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ГАЗОТУРБИННОЙ КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКИ ГТТ-3 СХЕМЫ АК-72

М.В. Степанов, М.В. Цыганов

Рассмотрена комплексная электромеханическая система газотурбинной компрессорной установки ГТТ-3 схемы АК-72 по производству азотной кислоты. Установка ГТТ-3 - это технологическая установка, предназначенная для получения сжатого воздуха требуемой температуры.

Ключевые слова: сжатый воздух, газотурбинная компрессорная установка, электромеханические системы, эффективность, отказы работы установки, алгоритм управления.

Схема АК-72 была разработана еще в СССР для производства неконцентрированной азотной кислоты, в основе которой лежит замкнутый энерготехнологический цикл с двухступенчатой конверсией аммиака: охлаждения нитрозных газов под давлением 0,42.. .0,47 МПа; абсорбция оксида азота при давлении 1,1.1,26 МПа. Технологическая схема производства азотной кислоты АК-72 представлена на рис. 1.

Рис. 1. Технологическая схема производства азотной кислоты АК-72

Технологическая схема (рис.1) включает в себя: 1 - ресивер; 2 - испаритель; 3, 24 - фильтры; 4, 15 - подогреватели; 5 - рекуперационная турбина; 6 - реактор каталитической очистки; 7 - смеситель; 8 - топочное устройство; 9 - продувочная колонна; 10 - абсорбционная колонна, II, 14 -водяные холодильники; 12, 23 - компрессоры; 13 - газовый промыватель;

16, 18 - холодильники нитрозных газов; 17 - деаэрационная колонна; 19 - котел-утилизатор; 20 - контактный аппарат; 21 - барабан с сепараци-онным устройством; 22 - смесительная камера; 25 - труба для забора воздуха.

В общую электромеханическую систему схемы АК-72, осуществляющую вышеуказанный технологический процесс, входит большое количество узлов различного назначения:

- турбокомпрессор;

- нагнетатель;

- промежуточный холодильник;

- редуктор;

- электродвигатель;

- камера сгорания турбины;

- валоповоротное устройство;

- жидкостной регулятор скольжения.

Из перечисленных узлов для данной работы наибольший интерес вызывает анализ функционирования - газотурбинная компрессорная установка ГТТ-3, которая запускается при помощи электрического стартера и предназначена для получения сжатого воздуха.

Установка ГТТ-3 представляет собой автономный одновальный лопаточный агрегат, состоящий из осевого компрессора и осевой газовой турбины. Для надежной и безотказной работы ГТТ-3 предусмотрена система смазки состоящая из:

- масляного бака;

- главного масляного насоса;

- пускового и резервного маслонасоса;

- инжектора насоса и инжектора смазки;

- маслоохладителей;

- сдвоенного обратного клапана и трубопроводов с необходимой арматурой.

Установка ГТТ-3 универсальна и используется для:

- воздухоснабжения цеха в производстве слабой азотной кислоты,

- выработки пара с помощью тепла отводных из турбины газов.

Кроме того, эта установка имея некоторый запас по мощности, может быть дополнительным источником некоторого количества электроэнергии.

Несмотря на все достоинства этой системы, она в настоящее время является морально и физически устаревшей, что отражается в следующих ей недостатках:

- продолжительный запуск и длительное торможения установки ГТТ-3 из-за наличия многокомпонентных составных частей;

- устаревшая система автоматического регулирования и управления установки;

- нерациональное использование газотурбиной установки (газотур-бинно-компрессорная установка направлена только на получение сжатого воздуха повышенной температуры);

- дорогостоящий ремонт из-за частых отказов установки ГТТ-3.

На рис. 2 представлена диаграмма со статистикой отказов установок ГТТ-3 по категориям оборудования. Из этой диаграммы видно, что наиболее частой причиной отказов является выход из строя системы регулирования и защиты, контрольно-измерительных приборов и автоматики. Процент этих отказов составляет 23% от общего количества отказов (равному 100%). В эти 23% входят также отключения системы из-за некачественной подачи электрической энергии.

Рис. 2. Категории оборудования отказов работы установки ГТТ-3

Для повышения эффективности комплексной электромеханической системы газотурбинной компрессорной установки ГТТ-3, а также уменьшение отказов работы установки и устранения недостатков необходимо разработать современную структурную схему с новым алгоритмом управления, который позволит повысить энергетическую эффективность режимов работы комплексной электромеханической системы. Также необходимо рассмотреть другие электромеханические системы, которые используются в производстве азотной кислоты. Это позволит найти более эффективное схемное решение для создания новой электромеханической системы газотурбинной компрессорной установки.

Список литературы

1. Степанов В.М., Цыганов М.В. Анализ эффективности функционирования электромеханической системы газотурбино-компрессорной установки для получения сжатого воздуха // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. Вып. 12. Ч. 3. С. 116-119.

2. Маркин М.Н. Надежность газотурбинных установок в производстве азотной кислоты: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2006. 16 с.

3. Рудаченко А.В., Чухарева Н.В., Байкин С.С. Газотурбинные установки: учебное пособие. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. 139 с.

Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, energy@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Цыганов Максим Владимирович, аспирант, hezsmertnik amail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

PERFORMANCE ANALYSIS ELECTROMECHANICAL SYSTEM OF GAS TURBINE COMPRESSOR UNIT OF GTT-3 CIRCUIT AK-72

V.M. Stepanov, M. V. Tsyganov

Invention covers complex electromechanical system of gas turbine pressing plant GTT-3 scheme of nitric acid AK-72 production. The GTT-3 unit is designed to produce compressed air of the required temperature for the process.

Key words: compressed air, gas turbine compressor plant, electromechanical systems, efficiency, unit operation failures, algo-rhythm control.

Stepanov Vladimir Mikhaylovich, doctor of technical sciences, professor, head of the chair, energya tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Tsyganov Maxim Vladimirovich, postgraduate, hezsmertnik@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University