CC BY
21
Необходимо отметить, что факторы [1], обуславливающие чрезмерный уровень напряжений в корпусах СК и ЦВД, принципиально различны.
В СК причина повышенного уровня температурных напряжений — не четкое регулирование давления свежего пара с помощью байпаса ГПЗ в процессе предварительного прогрева, а именно быстрое повышение давления в СК и, соответственно, быстрое возрастание температуры насыщения при рассматриваемом пуске из холодного состояния. Дано явление достаточно легко исключить путем внедрения системы контроля термонапряженного состояния СК [2,3]. Причем с учетом результатов, полученных в данной работе, существует возможность повысить точность существующих систем. В частности, зависимости между измеряемыми разностями температур металла в характерных точках корпуса СК и температурными напряжениями, используемые в работе [1], могут быть уточнены с учетом повышенного уровня напряжений в месте сочленения паровпускного патрубка и фланца.
Гораздо сложнее обстоит дело с корпусом ЦВД. Повышенный уровень температурных напряжений в нем обусловлен особенностью конструкции — увеличенной толщиной фланца и стенки в зоне за сопловыми коробками. Поэтому для повышения надежности и маневренности турбины необходимо оптимизировать конфигурацию корпуса в этой области. Причем в первую очередь необходимо снизить температурные напряжения в корпусе на стационарных режимах работы.
Список литературы
1. Турбина паровая Т-110/120-130-3 номинальной мощностью 110 МВт. Тепловые расчеты. ТМТ-111787. 85 с.
2. Турбоустановка Т-110/120-130-5. Инструкция по эксплуатации. МТ-220800-1ИЭ. 216 с.
3. Плоткин Е.Р. К расчету нестационарного температурного поля ротора паровой турбины / Е.Р. Плоткин, A.A. Голынкин, И.В. Муратова // Теплоэнергетика, 1978. № 5. С. 24-28.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА СВЕРХСЖИМАЕМОСТИ ГАЗА МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ НА ПРИМЕРЕ ГЕЛИЯ Амиров Р.А.
Амиров Раиль Альбертович - магистрант, кафедра разработки и эксплуатации газовых и нефтегазоконденсатных месторождений, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа
Ключевые слова: коэффициент сверхсжимаемости, гелий, уравнение состояния, молекулярная динамика.
Гелий - редкий по свойствам газ. Второй элемент периодической системы химических элементов. В нормальных условиях один из самых легких инертных газов, имеющий высокую теплопроводность. Среди всех простых веществ, гелий имеет наименьшую точку кипения. Его добыча, переработка определяет развитие самых современных технологий в различных отраслях науки и техники. Наиболее богатые запасами гелийсодержащих природных газов страны США, России, Алжира, Канады, Польши, Голландии.
Чистый гелий получают из очищенного от примесей и глубоко осушенного природного газа, обычно в три стадии [1]:
1) выделяют гелиевый концентрат;
2) концентрируют;
3) сжижают для удобства транспортировки и хранения.
Получение гелиевого концентрата возможно четырьмя способами:
- криогенный;
- абсорбционный;
- путем гидратообразования;
-диффузии через пористые мембраны.
В ближайшее время ситуация как на мировом, так и на российском рынках гелиевой продукции, будет предельно ясна. Ожидается гарантированный рост, который произойдет при реализации таких крупных проектов как строительство Амурского ГПЗ (планируемое производство гелия около 60 млн. м3 в год) и логистического центра обслуживания гелиевых контейнеров (ХАБ), в состав которого войдут комплекс технологических блоков, предназначенных для обслуживания криогенных изо-контейнеров и установка сжижения гелия. Пуск обоих объектов намечен на 2021 год. На конференции «Гелий 2016» обсуждались вопросы, посвященные реализации гелия в России. Производство гелия в России по итогам 2015 г. выросло на 3% и достигло показателя в 4.97 млн м3в год.'
Основной объем экспорта в 2015 г. пришелся на Австрию, Германию и Бельгию. Рост спроса на гелий в ближайшие 10 лет ожидается на уровне 1,5%. Нефтегазодобывающие компании высоко заинтересованы в работе с гелием по всему миру, но дефицит гелия в мире все же появится, так как его запасы иссякают, и это будет серьезной проблемой. В настоящий момент еще не создана надежная методика получения гелия искусственным путем, он добывается только из земной коры. Для обеспечения необходимого содержания гелия в газе необходимо разрабатывать и использовать новые технологии, позволяющих целесообразно вести разработку существующих и вводящихся в эксплуатацию месторождений.
При подсчете и оценки запасов газа, для определения изменения объема газа при переходе от пластовых условий к поверхностным условиям, при прогнозировании изменения давления в газовой залежи и темпов отбора при эксплуатации пласта на режиме истощения, необходимо определение коэффициента сверхсжимаемости газа.
В настоящее время существуют как лабораторные методы определения коэффициента сверхсжимаемости, так и расчетные, основанные на уравнениях состояния.
В представленной работе рассматриваются различные методики определения коэффициента сверхсжимаемости гелия, их сопоставление и возможность использования при разработке гелийсодержащих месторождений.
В исследовательской работе рассматривалось уравнение состояние Пенга-Робинсона в кубической форме записи, которое является модификацией уравнения Ван-дер-Ваальса, связывающее основные термодинамические параметры реального газа за счёт введения дополнительного объёмозависимого кубического трёхчлена, учитывающего межмолекулярные взаимодействия в реальном газе [2].
г3 -(1- В)г2 + (А - ЗВ2 - 2В)г - (АВ - В2 - В3) = 0 (1)
Коэффициенты А и В в уравнение (1) зависят от критических значений температуры и давления газа, а так же от ацентрического фактора. Решение уравнения велось по итерационному численному методу Ньютона.
В работе рассмотрено усредненное уравнение предлагаемое В.В. Сычевым [3]. Данное уравнение получено на основе комбинирования различных высокотемпературных и низкотемпературных уравнений состояния, которое имеет хорошее согласование с экспериментальными данными различных авторов.
2=1+£Г=1£-1оЬу|?, (2)
где ъ - коэффициент сверхсжимаемости, приведенная плотность, приведенная температура.
В данной работе представлен новый подход к определению коэффициента сверхсжимаемости гелия на основе метода молекулярной динамики. Суть метода молекулярной динамики (МД) заключается в компьютерном моделировании эволюции системы взаимодействующих частиц во времени на основе классических уравнений движения Ньютона и их численном интегрировании. В классическом методе МД взаимодействия между молекулами описываются с помощью потенциальной функции Леннард-Джонса, а все физические величины представляются набором безразмерных единиц МД. Наиболее подходящее обезразмеривание при рассмотрении чистых веществ можно получить, выбрав с, т, е в качестве единиц измерения длины, массы и энергии соответственно. Описание метода молекулярной динамики можно найти в работе [4].
Для определения коэффициента сверхсжимаемости рассматривалась система, состоящая из N=1000 частиц гелия. Температура в системе поддерживается постоянной с помощью термостата Берендсена и равной 290 К. В качестве граничных условий используются переодические граничные условия. Давление в системе определяется согласно методу вириальных сумм.
Результаты расчетов коэффициента сверхсжимаемости гелия для изотермы 290 К, полученные по предлагаемым методам изображены на рис. 1.
т О
1,14 1,12 1,1 1,08 1,06 1,04 1,02 1
0,98
/
/
У * г
■ По уравнению состояния Пенга-Робинсона
По усредненному уравнению
Метод молеклуярной динамики
10 20 Давление,МПа
30
0
Рис. 1. Зависимость коэффициента сверхсжимаемости от давления
Полученные результаты коэффициента сверхсжимаемости по предлагаемым методам имеют удовлетворительное согласование между собой и не превышают погрешности 5%. Предложенный метод молекулярной динамики прост в использовании и дает наглядное представление о взаимодействии молекул в системе. Данный метод позволят определить коэффициент сверхсжимаемости газа для широкого диапазона давлений и температур в зависимости от количества молекул и объема исследуемого пространства.
Список литературы
1. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа. М: Химия, 2001. 568 с.
