CC BY
54АВТОМАТИЗАЦИЯ
на правах рекламы
в. Эренбург, Compressor Controls Corporation
технические решения compressor controls corporation при модернизации сар технологических гТУ ГГТ-3М, пт-12 и кма-2 в производстве азотной кислоты
Международной научно-информационной компанией "Инфохим" при поддержке "Российского союза химиков" на базе ОАО "Не-винномысский Азот" 9 апреля 2008 г. была проведена конференция предприятий России, Украины и Литвы на тему "Современное состояние производства азотной кислоты, новые технологии, реконструкция, катализаторы, экология". В рамках конференции представителем фирмы Compressor Controls Corporation был сделан доклад, основные положения которого приводятся ниже.
В настоящее время азотная кислота производится методом контактного окисления аммиака кислородом воздуха с последующим поглощением оксидов азота водой. В связи с разработкой в СССР в 60-е годы палладиевого катализатора АПК-2 [1] все агрегаты производства азотной кислоты начиная с 1968 г. используют высокотемпературную каталитическую очистку выхлопных газов. Температура газов после высокотемпературной каталитической очистки 730-760°С позволила органично включить в технологическую схему газовую турбину для рекуперации энергии.
При создании ГТТ-3 разработчиками технологической схемы ГИАП г. Москва было принято решение о работе ГТУ на постоянной частоте вращения. Это решение осталось неизменным, когда Хабаровский завод "Дальэнерго-маш" в 1978 г. начал выпускать модернизированные ГТУ ГТТ-3М.
Основной недостаток ГТТ-3М - повышенное потребление природного газа на переменных режимах технологического агрегата, особенно в осеннезимний сезон, когда осевой компрессор работает с увеличенным массовым расходом и при разгрузках селитры. На
этих режимах излишки воздуха сбрасываются через регулирующий клапан на камеру сгорания турбины (КСТ). Таким образом, энергетические потери складываются из дросселирования воздуха на регулирующем клапане в КСТ, гидравлических потерь в трубопроводах, в проточных частях осевого компрессора, центробежного нагнетателя, газовой турбины.
В условиях непрерывного повышения стоимости природного газа, когда стоимость 1 тыс. куб. м составляет для Европы $378, экономия природного газа в ГТУ ГТТ-3М является важной экономической задачей. Решение данной задачи возможно при отключении электродвигателя ФАЗ-800 и работе ГТУ на переменной частоте вращения. Однако существующая гидравлическая система автоматического регулирования (САР) ГТТ-3М имеет ограниченный диапазон регулирования 4900-5100 об/мин и не позволяет отключить ФАЗ-800. При установке САР Compressor Controls Corporation (CCC) диапазон регулирования ГТУ ГТТ-3М составляет 4500-5100 об/мин. Работа на более низкой частоте вращения ограничивается критической частой ротора электродвигателя - 3800-4300 об/мин и
необходимым уровнем давления за центробежным нагнетателем для химических процессов.
Техническими решениями ССС для технологической ГТУ ГТТ-3М являются:
• установка датчиков частоты вращения с зубчатым колесом типа "звёздочка",
• демонтаж блока топливных клапанов,
• демонтаж сервоприводов антипом-пажного и перепускного клапанов,
• установка стопорного электропнев-матического клапана типа Ат^,
• установка в качестве регулирующего топливного клапана типа Ат^ с шаговым электродвигателем и цифровым управлением,
• установка пневмоприводов на анти-помпажный и регулирующий клапаны. Установка топливного клапана "Ато^' исключает зависимость подачи газа в КСТ от существующей гидравлической САР и позволяет с большой точностью регулировать расход топливного газа в КСТ.
Установка Системы ССС на ГТТ-3М не только сокращает потребление природного газа, но и автоматизирует пуск. В настоящее время ГТТ-3М является единственной ГТУ, которая пуска-
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ автоматизация \\ 25
АВТОМАТИЗАЦИЯ
ется вручную.
Технологические ГТУ ГТТ-12 и КМА-2 являются вторым поколением газовых турбин в производстве азотной кислоты на территории бывшего Советского Союза. Уже на стадии пусконаладки головного агрегата на ПО "Электрохим-пром", г. Чирчик, выявились два основных недостатка ГТТ-12: коксование масла и медленное изменение температуры газа перед турбиной в восстановительном режиме реактора каталитической очистки Р-40.
Изменение температуры газа перед газовой турбиной по проекту в агрегате АК-72 осуществляется подачей воздуха в продувочную колонну на режимах с включенной технологией. Реакция температуры газа перед турбиной на изменение расхода продувочного воздуха происходит с запаздыванием в 5-10 минут. Таким образом, регулирование частоты вращения осевого компрессора на режимах с включенной технологией имеет недопустимую инерцию.
Коксование масла связано с недостатками конструкции ГТТ-12. Расположение маслобака в раме газовой турбины, наличие разрежения в маслобаке, близость нагнетателя нитрозных газов, высокая температура статора турбины - все это способствует коксованию масла в маслобаке и изменению его вязкости. В свою очередь, изменение вязкости, химических свойств масла приводит к "залипанию" отсечных вращающихся золотников и как следствие невозможности управления регулирующими клапанами паровой турбины и воздушным выпускным клапаном осевого компрессора (антипомпажным клапаном).
Техническими решениями ССС для технологической ГТУ ГТТ-12 являются:
• подача пара перед реактором каталитической очистки Р-40,
• установка электромеханического преобразователя электромашинного типа Ехіаг в качестве прямого привода отсечного золотника,
• установка выносного маслобака,
• установка датчиков частоты вращения с зубчатым колесом типа "звездочка" на валу паровой турбины и на валу осевого компрессора.
Управление частотой вращения осевого компрессора осуществляется подачей пара перед реактором каталитической очистки Р-40. Подача пара в
ручном режиме используется на ОАО "Минудобрения", г. Россошь; ЗМУ
г. Кирово-Чепецка и т.д. При установке Системы ССС возникает два независимых контура регулирования частоты вращения: медленный (подача продувочного воздуха) и быстрый (подача пара в реактор Р-40). Медленным контуром управляет распределенная Система или оператор, быстрым - Система ССС.
Известно, что наиболее существенным фактором, оказывающим влияние на выход NO в процессе конверсии аммиака, является температура [2]. Поэтому Система ССС поддерживает заданную постоянную температуру газа на сетках контактного аппарата с ограничением соотношения аммиак-воздух. При достижении предельно допустимого соотношения аммиак-воздух (предельное регулирование) Система ССС автоматически переходит на поддержание заданного соотношения аммиак-воздух. Кроме того, Система ССС обеспечивает автоматический пуск контактных аппаратов. Электромеханический преобразователь типа Exlar представляет собой механизм для преобразования вращательного крутящего момента в линейное перемещение аналогично тому, как для этого используются ходовые винты с трапецеидальной резьбой или шариковые ходовые винты. В конструкции ходового винта Exlar с планетарным расположением роликов имеется больше точек контакта, чем это возможно в шариковых ходовых винтах сравнимых размеров. Вследствие большего числа точек контакта роликовые ходовые винты имеют более высокую нагрузочную способность, а также улучшенную жесткость.
В агрегатах АК-72М с КМА-2 регулирование частоты вращения осевого компрессора осуществляется с помощью паровой турбины на валу низкого давления и подачей газа в блок нагрева газа Т-53, и здесь нет проблем, аналогичных агрегату АК-72. Однако управление регулирующими клапанами паровых турбин и выпускного воздушного клапана (АПК) выполняется с использованием электромеханических преобразователей Exlar. fompressor Controls Corporation является мировыи лидером в области управления и регулирования турбоагрегатов. Стандартные функции ре-
гулирования Систем ССС обычно включают:
• антипомпажное регулирование,
• регулирование процесса,
• распределения нагрузки,
• регулирование скорости и давления пара в отборе,
• регулирование расхода топлива на газовую турбину,
• троированный электронный автомат безопасности.
Как показал опыт эксплуатации Систем ССС, объединение функций САУиР и вибрационного мониторинга улучшает управление компрессорным оборудованием. При помпаже увеличиваются вибрация подшипников и виброперемещение ротора, поэтому естественным следует считать появление нового контроллера ССС Vibrant - основы системы вибромониторинга и виброзащиты (СВИЗ). Интегрирование САУиР и СВИЗ позволяет использовать операторский интерфейс TrainTooLs для отображения функций регулирования и вибромониторинга. Кроме этого, используются высокоэффективные специализированные аппаратнопрограммные средства ССС.
Литература:
1. Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности/Под ред. В.М. Олевского. - Москва: Химия, 1985.
2. Караваев М.М., Засорин А.П., Кле-щёв Н.Ф. Каталитическое окисление аммиака. - М: Химия, 1983.
15 лет на рынке автоматизации!
[ВсеипроиессЯипод контролем
Автоматизированные
системы управления
непрерывными
технологическими
процессами
в газовой,
атомной
промышленности и энергетике
Промышленные
контроллеры
проектирование и строительство малых
современных газотурбинных электростанций с парогазовым циклом
Ншзёшшэ ойЕгаээйишп]
^■вВЯкоЯкЯЯЯ
.отечественные технологии и надежность
ООО Внедренческая фирма
«ЭЛнА»
123060, г. Москва,
ул. Расплетина, д.5
Тел./факс: (499) 198-75-61, 946-98-21
Тел.: (499) 198-96-49, 946-98-20, 946-98-22
e-mail: [email protected]
www.elnavf.ru
