CC BY
23РЕШЕНИЕ АКТУАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ПАРАМЕТРИЧЕСКОМ ДИАГНОСТИКИ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ ГТК-25ИР
УДК 62-18
Е.А. Смирнов, ООО «Газпром трансгаз Москва» (Москва, РФ) Ю.Ю. Толстихин, ООО «Газпром трансгаз Москва» Ф.В. Блинов, «Инженерно-технический центр», филиал ООО «Газпром трансгаз Москва» (Москва, РФ) А.В. Шишов, «Инженерно-технический центр»,
филиал ООО «Газпром трансгаз Москва», a.shishov@gtm.gazprom.ru
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 Р^-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 Р^-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
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 параметри-
ческой 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 существу-
ющих 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).
Smirnov E.A., Gazprom transgaz Moscow LLC (Moscow, Russian Federation) Tolstikhin Yu.Yu., Gazprom transgaz Moscow LLC
Blinov F.V., Engineering and Technical Center, branch of Gazprom transgaz Moscow LLC (Moscow, Russian Federation)
Shishov A.V., Engineering and Technical Center, branch of Gazprom transgaz Moscow LLC,
a.shishov@gtm.gazprom.ru
Solution of the actual problems of parametric diagnostics of GTK-25IR gas compressor units
The article considers the most important challenges in the field of diagnostics of gas compressor units: the determination of optimal calculation method for output thermotechnical parameters; the check of standard value of confuser consumption coefficient. The task solution was performed by specialists from Gazprom transgaz Moscow LLC in two stages. At the first stage, the comparison and analysis of two actual calculation methods for power and main thermotechnical parameters of gas compressor units were made. Main requirements for these methods are final results high precision and usage comfort at operation conditions. The non-contact torque-measuring device was used as alternate method for the objective comparison of methods based on mathematical calculations. According to the results of thermotechnical test, the optimal calculation method is chosen and the assumption is made that the refinement of standard value of the confuser discharge coefficient is necessary according to the Company Standard STO Gazprom 2-3.5-253-2008 for the PCL-804-2 supercharger included in the GTK-25IR gas compressor unit.
At the second stage of tests, the ultrasonic gas measurer was involved in order to confirm previous results. As the result of the thermotechnical test, the calculations were made according to the ultrasonic measurer data, the non-contact torque measurer device, and the previously existed method with usage of the regular confuser coefficient. The confuser discharge coefficient for the PCL-804-2 supercharger was updated by comparing the results of two independent measurement instruments: non-torque measurer and ultrasonic measurer.
KEYWORDS: GAS COMPRESSOR UNIT, GTK-25IR, POWER DEFINITION, METHOD COMPARISON, MAINTENANCE FACTOR, NON-CONTACT TORQUE MEASURER, PARAMETRIC DIAGNOSTICS, CONFUSER DISCHARGE COEFFICIENT, ULTRASONIC FLOWMETER.
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 ра -бота, проведенная специалистами ООО «Газпром трансгаз Москва», по определению оптимальной методики расчета мощности ГПА ГТК-25ИР.
Коэффициент расхода конфу-зора 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:
N = N. + AN ,
(1)
где N. - внутренняя мощность ЦБН, кВт; Д^ - мощность, теряе -мая на механические потери, кВт. Внутренняя мощность ЦБН:
(2)
где к - показатель адиабаты; гср -среднее значение коэффициента сжимаемости природного газа; Я - газовая постоянная, кДж/кгК; Т1н, Т2н - абсолютная температура газа на входе и выходе группы ЦБН, К; бн - массовый расход газа в нагнетателе, кг/с.
Массовый расход газа в нагне -тателе:
б =
A VSP~pT
К КГ 1н
60
(3)
790
780
1 (kW)J ф
U=775 K
13000 13500 14000 14500 15000 15500 16000 16500 17 000 17500 18000 18500
Приведенная мощность JVt , кВт Normalized power N , kW
« СТП ГюгфОМ !-3.5-253-?00B. .КТС ГПД Ingnil»
Company Standard SIO Gaçram 2-3.5-253-200В, "KIS GPA Ingoil" A Гтерфлоу-УС
Kperflou-US ■ БИКМ
Nui-contact torque measirer
в tip'
— Линейная (CTO Газпром 2-3.5-253-2D08, «КТС ГШ Ingob)
Liiear (Company Stendard STO Gazprom 2-3.5-253-ZD0B. aK13 GPA Ingoil")
— Линейная (Гиперфлоу-УС) Lkiear (Giperflou-US)
— Линейная (БИКМ)
Liiear (non-contact torque measurer)
Графическое представление результатов расчета эффективной фактической мощности
Graphical representation of calculation results of effective actual power
где Ак - размерный коэффициент расхода конфузора, м2,5/мин; ДРк -разность(перепад) давлений на конфузоре, кг/м2; р1н - плотность газа на входе в нагнетатель, кг/м3.
Таким образом, с учетом выра -жений (1)-(3) очевидно, что точность коэффициента расхода кон -фузора 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 точно-
стью 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 «Гиперфл оу-УС» другого ГТ К-25И Р, 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 программ -ному комплексу «КТС ГПА 1пдоМ»
(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 эф -фективной фактической мощности и коэффициента технического состояния (КТС) по мощности приведены на рисунке (здесь Тпр0 - приведенная температура продуктов сгорания за свободной турбиной, К; . - приведенная фактиче-
' е пр.конф г г-1 т
ская мощность, определенная по [1] с использованием нормативного значения коэффициента расхода конфузора Ак = 55,7 м2,5/мин для нагнетателя Р^-804-2, входящего в состав ГПА ГТК-25ИР; ^прузр - приведенная фактическая мощность, определенная по показаниям ультразвукового расходомера газа «Гиперфлоу-УС»; ^прузр - 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» -
Эффективная фактическая мощность и КТС по мощности Effective actual power and maintenance factor by power
Методика Method N*, кВт kW e' КТС Maintenance factor
СТО Газпром 2-3.5-253-2008 (Ак = 55,7 м25/мин) Company Standard STO GazpromK2-3.5-253-2008 (Ак = 55,7 m2Vmin) 15 280 0,688
«КТС ГПА Ingoil» (Ак = 55,7 м25/мин) "KTS GPA Ingoil" (Ак"= 55,7 m25/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
16 770 кВт. Расхождение результатов расчета мощности, определенной по БИКМ и «Гиперф-лоу-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 конфу-зора, определенный по показаниям «Гиперфлоу-УС», равен
А = 61,28 м2,5/мин. Итоговым кок '
эффициентом расхода конфузора, рассчитанным как среднеарифметическое значение, принят А = 61,25 м25/мин.
В ООО «Газпром трансгаз Москва» утверждено скорректированное значение коэффициента расхода конфузора для нагнетателя РСЬ-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 эко -номическую составляющую диагностического обслуживания ГПА. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. СТО Газпром 2-3.5-253-2008. Контроль качества оборудования при поставке и эксплуатации. Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Аппараты воздушного охлаждения газа. М.: ООО «Газпром экспо», 2009. 78 с.
2. Смирнов Е.А., Толстихин Ю.Ю., Блинов Ф.В., Шишов А.В. Сравнительный анализ существующих методик расчета мощности ГТК-25ИР // Газовая промышленность. 2017. № 1. С. 40-44.
3. СТО Газпром 2-1.20-122-2007. Методика проведения энергоаудита компрессорной станции, компрессорных цехов с газотурбинными и электроприводными ГПА. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2007. 76 с.
REFERENCES
1. Company Standard STO Gazprom 2-3.5-253-2008. Quality Control of Equipment for Delivery and Operation. Gas Compressor Units with Gas-Turbine Drive. Apparatuses for Air Cooling of Gas. Moscow, Gazprom expo LLC, 2009, 78 p. (In Russian)
2. Smirnov E.A., Tolstikhin Yu.Yu., Blinov F.V., Shishov A.V. GTK-25IR Existing Power Calculation Methods Comparative Analysis. Gazovaya promyshlennost' = Gas Industry, 2017, No. 1, P. 40-44. (In Russian)
3. Company Standard Gazprom 2-1.20-122-2007. Methodology of Energy Audit of the Compressor Station, Compressor Shops with Gas Turbine and Electric Drive Gas Compressor Units. Moscow, Information and Advertising Center Gazprom LLC, 2007, 76 p. (In Russian)
