CC BY
10Библиографический список
1. Dawe R. A., Thomas S., Kromah M. Hydrate technology for transporting natural gas // Engineering Journal of the University of Qatar. - 2003. - Vol.16. - P. 11-18.
2. Effects of guest gas on pelletizing performance of natural gas hydrate (NGH) pellets / T. Murayama [et al.] // Proceedings of the 7th international conference on gas hydrate (ICGH 2011). - Edinburgh, Scotland, United Kingdom. - 2011. -July (17-21). Available at: http://www.pet.hw.ac.uk/icgh7/papers/icgh2011Final00543.pdf.
3. Rivera J. J., Janda K. C. Ice Particle Size and Temperature Dependence of the Kinetics of Propane Clathrate Hydrate Formation // The Journal of Physical Chemistry C. - 2012. - Vol. 116. - P. 19062-19072.
4. Образование переохлажденной воды при диссоциации газовых гидратов по данным метода ядерного магнитного резонанса / В. А. Власов [и др.] // Криосфера Земли. - 2011. - Т. XV, № 4. - С. 83-85.
5. Заводовский А. Г., Мадыгулов М. Ш., Решетников А. М. Кинетика роста газогидрата фреона-12 при термо-циклировании образца // Криосфера Земли. - 2017. - Т. XXI, № 5. - С. 55-62.
6. Blackford J. R. Sintering and microstructure of ice: a review // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2007. - Vol. 40. - P. 355-385.
7. Inhibition-Promotion: Dual Effects of Polyvinylpyrrolidone (PVP) on Structure-II Hydrate Nucleation / W. Ke [et al.] // Energy Fuels. - 2016. - Vol. 30 (6). - P. 7646-7655.
8. Мадыгулов М. Ш., Заводовский А. Г., Щипанов В. П. Образование газовых гидратов на основе мелкодисперсного льда с добавками поливинилпирролидона // Материалы 5-й конференции геокриологов России. Часть 8. Физико-химия и теплофизика мерзлых пород. Часть 9. Механика мерзлых пород. Часть 10. Газ и газогидраты в крио-литозоне. Часть 11. Экологические и биологические проблемы криолитозоны. Часть. 12. Геокриологическое картографирование. Часть 13. История, методология и образование в геокриологии. МГУ имени М. В. Ломоносова. - 2016. - С. 157-162.
9. Мадыгулов М. Ш., Заводовский А. Г., Щипанов В. П. Кинетика образования и роста газогидратов на основе модифицированного льда // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2017. - № 6. - С. 117-122.
10. Бык С. Ш., Макогон Ю. Ф., Фомина В. И. Газовые гидраты. - М.: Химия, 1980. - 296 с.
11. Заводовский А. Г., Мадыгулов М. Ш., Решетников А. М. Равновесные условия и область метастабильных состояний газогидрата фреона-12 // Журнал физической химии. - 2015. - T. 89, № 12. - C. 1845-1850.
12. Рост газовых гидратов в эмульсии вода/масло по данным метода дифференциального термического анализа / А. Г. Заводовский [и др.] // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2014. - № 2. - C. 82-88.
13. Uchida T., Kusumoto S. Effects of Test Conditions on Fracture Toughness and Fracture Morphology of Polycrystal-line Ice // JSME International Journal. - 1999. - Vol. 42, Issue 4. - P. 601-609.
14. Sloan E. D., Fleyfel F. A molecular mechanism for gas hydrate nucleation from ice // AIChE Journal. - 1991. -Vol. 37, Issue 9. - P. 1281-1292.
15. Головин Ю. И., Шибков А. А., Шишкина О. В. Эффект полного восстановления поверхности льда после инден-тирования льда в температурном интервале 243-268К // Физика твердого тела. - 2000. - Т. 42, Вып. 7. - С. 1250-1252.
16. Jellinek H. H. G., Fok S. Y. Freezing of aqueous polyvinylpyrrolidone solutions // Kolloid-Zeitschrift und Zeitschrift für Polymere. - 1967. - Vol. 220, Issue 2. - P. 122-133.
17. Freezing patterns in quench frozen, freeze-dried polyvinylpyrrolidone / P. Scheie [et al.] // Journal of Microscopy. -1982. - Vol. 126, Issue 3. - P. 237-242.
Сведения об авторах
Мадыгулов Марат Шаукатович, младший научный сотрудник, Институт криосферы Земли Тюменского научного центра СО РАН, г. Тюмень, тел. 8(3452)688727, e-mail: [email protected]
Заводовский Алексей Геннадьевич, к. ф.-м. н., старший научный сотрудник, Институт криосферы Земли Тюменского научного центра СО РАН, г. Тюмень, тел. 8(3452)688727, e-mail: [email protected]
Щипанов Владимир Павлович, д. х. н., профессор кафедры общей и физической химии, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)230497
Information about the authors
Madygulov M. Sh., Junior Researcher of Earth Cryos-phere Institute, Tyumen Scientific Centre SB RAS, phone: 8(3452)688727, e-mail: [email protected]
Zavodovsky A. G., Candidate of Physics and Mathematics, Senior Researcher of Earth Cryosphere Institute, Tyumen Scientific Centre SB RAS, phone: 8(3452)688727, e-mail: [email protected]
Shchipanov V. P., Doctor of Chemistry, Professor at the Department of General and Physical Chemistry, Industrial University of Tyumen, phone: 8(3452)230497
УДК 622.691.4.052
ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НОМИНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ДИАГНОСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ
POSSIBILITIES OF APPLICATION OF THE METHODOLOGY FOR DETERMINING RATINGS OF A GAS TURBINE ENGINE TO IMPROVE THE QUALITY OF EQUIPMENT DIAGNOSTIC
А. И. Михайленко A. I. Mikhaylenko
Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень
Ключевые слова: газотурбинный двигатель; диагностика; номинальный параметр; расчетный параметр; методика Key words: gas turbine engine; diagnostics; rating; design parameter; methodology
В современных условиях многие крупные промышленные объекты не могут обойтись без использования газотурбинных технологий, которые позволяют создавать надежные, экономичные, экологически чистые электростанции для собственных нужд, способные обеспечивать потребителей как электрической, так и тепловой энергией, существенно снизить затраты на их производство, а также обеспечить охрану окружающей среды за счет утилизации попутного нефтяного газа, в настоящее время сжигаемого в факелах.
Высокая эффективность применения газотурбинных технологий может быть достигнута только при условии оптимального использования технических возможностей и характеристик газотурбинного оборудования, входящего в состав электростанций, и оптимизации алгоритмов распределения нагрузки между параллельно работающими энергоблоками, что, в свою очередь, ставит задачи автоматического, без участия оперативного персонала, управления работой газотурбинных энергоблоков на всех режимах [1].
На сегодняшний день значительный опыт эксплуатации газотурбинных установок (ГТУ) накоплен в таких отраслях, как энергетика, авиация, морской транспорт, а также в трубопроводном транспорте природного газа. Вместе с тем необходимо учитывать, что надежность функционирования ГТУ зависит, прежде всего, от совершенства конструкции оборудования и технологий изготовления его основных элементов, затем от существующего цикла рабочего процесса и используемой конструктивной схемы и, наконец, в значительной степени от условий эксплуатации оборудования [2].
При этом надежность эксплуатации оборудования во многом зависит от эффективности и своевременности диагностики технического состояния газотурбинных двигателей (ГТД) и оценке отклонения рабочих параметров от номинальных [3].
Проведенный анализ литературы по теме исследования [1-4], анализ практического опыта НК «Роснефть» и ее дочерних компаний показал, что при проектировании ГТД заводы-изготовители предоставляют заказчику лишь ограниченное количество номинальных параметров оборудования. В связи с этим важен и актуален расчет номинальных параметров ГТД по всей проточной части двигателя. Это позволяет заказчику в ходе проведения приемочных испытаний ГТД проверить соответствие фактических номинальных параметров проектным параметрам оборудования.
Нами была разработана методика расчета номинальных параметров ГТД. В качестве апробации методики было использовано оборудование ГТЭ-6,3/МС (изготовитель АО «Мотор Сич» г. Запорожье, Украина), источником топлива выступает нефтяной газ из Тямкинского месторождения Уватского района Тюменской области, разрабатываемого ООО «РН-Уватнефтегаз», дочерней компании НК «Роснефть». Внешний вид ГТЭ-6,3/МС представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Внешний вид ГТЭ-6,3/МС
Указанный ГТД является трехвальным, предназначен для привода синхронного генератора электростанции. Основные элементы ГТЭ-6,3/МС: компрессор низкого давления (КНД), корпус промежуточный, компрессор высокого давления (КВД), камера сгорания (КС), турбина высокого давления (ТВД), турбина низкого давления (ТНД), турбина силовая (ТС), коническая балка и силовой валопровод (рис. 2).
Рис. 2. Принципиальная схема ГТЭ-6,3/МС
Заводом-изготовителем в технической документации представлены следующие параметры (ограниченное количество) номинального режима работы ГТД:
1. Эффективная мощность ГТД (N<5= 6300 кВт).
2. Степень сжатия воздуха в ОК (еок= 15,9).
3. Расход условного топлива на номинальном режиме в нормальных условиях (Ву.т. = 0,4194 кг/с) при низшей теплотворной способности условного топлива (Оф = 50 056 кДж/кг).
4. Расход продуктов сгорания после ТС (Мпс = 32,1652 кг/с).
5. Температура продуктов сгорания на выхлопе (Т = 704 К).
6. Потери давления на выходе турбины силовой (ДР8 = 1,52 кПа).
7. Эффективный КПД ГТД (ц = 32 %).
8. Номинальная температура воздуха перед КНД (Та = 288 К).
9. Номинальное давление воздуха перед КНД (Ра = 101,33 кПа).
10. Давление воздуха после КВД (Рс = 1 611,15 кПа).
Рис. 3. Принципиальная схема проточной части ГТД
На рисунке 3 некоторые из этих параметров обозначены. Вместе с тем среди номинальных характеристик заводом-изготовителем представлены общие параметры ГТД (либо частично, снимаемые на различных узлах агрегата). Отсутствуют такие параметры, как температура воздуха после КВД (Тс), давление на выхлопе (Р8), и ряд других, имеющих важное значение с позиции оценки работоспособности, технического состояния и фактических характеристик ГТД.
В ходе исследования была разработана методика расчета номинальных параметров всей проточной части ГТД с погрешностью расчетов не более 2 %.
Результаты расчета номинального режима работы ГТЭ-6,3/МС представлены на рисунке 4.
1 кнд КВД твд тнд а
р. Р'с Рс рг Р5
101,33 247,55 1611,15 1546,7 440,2 298,7 102,85
Т, Т'с Тс \ Г: Л т*
288 387,6 724 1265 964 В76 704
кнд
329В,4
Мок
14785 М„ 31,71
"ад 11491,6
|ЧТВ0
11673
|чтнд
3343
N1
21378 Мпс 32,1652
В
0,4552
о«
0,9732
Л.
0,303
мгс
6362
Рис. 4. Результаты расчета номинального режима работы ГТЭ-6,3/МС
Следует полагать, что расширение количества номинальных параметров ГТД позволяет заказчику в условиях эксплуатации оборудования провести качественные приемочные испытания двигателя, что повышает качество приемки за счет получения более полной и достоверной информации.
Ранее в работе [5] специалистами Тюменского государственного нефтегазового университета, Тюменского государственного архитектурно-строительного университета (ныне объединенной образовательной организации — Тюменского индустриального университета) и ООО «Газпром трансгаз Сургут» уже было показано, что расчет номинальных параметров всей проточной части ГТД имеет важное значение с позиции оценки качества капитального ремонта. Разработанная методика позволяет определять параметры ГТД с погрешностью, в сравнении с заводскими данными, не более 4 % по КПД и 1 % по мощности.
Таким образом, можно говорить о возможности применения разработанной методики в целях контроля качества проводимых ремонтов и диагностики технического состояния ГТД ГТЭ-6,3/МС в условиях эксплуатации. Расширенный ряд расчетных параметров ГТД позволяет повысить качество, достоверность и глубину диагностики как текущего состояния газотранспортного оборудования, так и после его капитального ремонта. Кроме этого, аналогичные расчеты могут быть проведены и для других типов используемых ГТД в масштабах Тямкинского месторождения, а передовая практика диагностики ГТУ может быть распространена на различные территориальные подразделения по добыче и транспорту углеводородов в НК «Роснефть».
Библиографический список
1. Белов М. С. Термогазодинамическая диагностика трехвальных приводных газотурбинных двигателей: дис. ... канд. техн. наук. - Тюмень, 2010. - 128 с.
2. Чекардовский С. М., Борисов А. Ю. Развитие методов анализа энергоэффективности основного оборудования газокомпрессорных станций // Нефтегазовый терминал. Выпуск 7: сб. науч. ст. памяти профессора Н. А. Малю-шина / Под. общ. ред. Ю. Д. Земенкова. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. - С. 24-26.
3. Чекардовский М. Н. Методология контроля и диагностики энергетического оборудования системы теплога-зоснабжения. - СПб.: Недра, 2001. - 145 с.
4. Илюхин К. Н. и [др.] Контроль и диагностика оборудования в системе теплогазоснабжения / под общ. ред. проф. М. Н. Чекардовского. - СПб.: Недра, 2015. - 200 с.
5. Методика определения номинальных параметров газотурбинного привода ГТЭ-6,3/МС теплоэлектростанции собственных нужд Тямкинского месторождения [Электронный ресурс] / М. Н. Чекардовский и [др.] // Современные проблемы науки и образования. 2015. - № 2-3. - Режим доступа: Ьйр://шшш.$с1епсе-еёиса1;юп.ги/ги/агис1еМеш?1ё=23678.
Сведения об авторе
Михайленко Алексей Игоревич, аспирант кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)256970, e-mail: Mikhaylenko. AI@tmn. gazprom-neft. ru
Information about the author
Mikhaylenko A. I., Postgraduate at the Department of Heat and Gas Supply and Ventilation, Industrial University of Tyumen, phone: 8(3452)256970, e-mail: [email protected]. ru
УДК 697(075)
ВТОРИЧНОЕ МОРОЗНОЕ ПУЧЕНИЕ ВОКРУГ ХОЛОДНЫХ ТРУБ (МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ)
SECONDARY FROST HEAVING AROUND COLD PIPELINE (MATEMATICAL MODEL)
О. А. Степанов, Б. Г. Аксенов, В. В. Фомина
O. A. Stepanov, B. G. Aksenov, V. V. Fomina
Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень
Ключевые слова: низкотемпературный трубопровод; вторичное морозное пучение; краевая задача; процесс образования прослоев льда Key words: low temperature pipeline; secondary frost heaving; boundary problem; process of ice layers formation
Введение
Морозное пучение тонкодисперсных грунтов обусловливается миграцией влаги к фронту промерзания или внутри мерзлого слоя под действием градиента температуры. При этом формируется криогенная текстура грунта: слои мерзлого грунта перемежаются с прослоями (шлирами) практически чистого льда. При промерзании грунта влага в талой зоне мигрирует относительно быстро, и рост шлиров происходит за время, измеряемое сутками и неделями. В мерзлой зоне свободная влага замерзает на фронте фазового перехода, а связанная — в широком диапазоне минусовых температур. Коэффициент влагопроводности связанной воды мал, но в ситуации, когда поле температур имеет постоянный градиент в течение ряда лет, пучение все же происходит, и образуются прослои льда. Это происходит, например, вблизи холодной трубы газопровода. Следуя терминологии [1], мы называем такое пучение вторичным. В работах [2-4] одномерная аналогичная задача изучена для случая плоскопараллельной симметрии. В случае с трубопроводом, очевидно, следует применять цилиндрические координаты. В работе [5] описан метод перехода от плоских задач к радиальным. В данной статье на основании результатов [2-5] построена модель вторичного пучения.
Мы не ставили себе задачу построения модели для всех известных видов пучения. По данному вопросу существует обширная литература [6-15]. Мы решаем узкую задачу. Рассматривается сегрегационный механизм вторичного пучения вокруг трубы при следующих допущениях:
• температурное поле близко к стационарному;
