Утилизация уходящих газов

Содержание.

 

Перечень  чертёжных документов

 

№ п/п	Обозначение	Наименование	Формат
1.	140104.000.0000.006	Схема отопления	А1
2.	140104.000.0000.006	утилизационный  теплообменник	А2
3.	140104.000.0000.006	Чертёж резервной  котельной	А1
4.	140104.000.0000.006	Турбокомпрессорный  цех (поперечный разрез)	А2
5	140104.000.0000.006	схема станции  обезжелезивания	А2
5.	140104.000.0000.006	Схема электрическая	А1
6.	140104.000.0000.006	Схема автоматизации	А2

 

 

Реферат.

Дипломный проект предусматривает показать эффективность использования теплоты продуктов сгорания уходящих из газовой турбины для теплоснабжения газокомпрессорной станции, за счёт установки утилизационного теплообменника. В составе проекта выполнен поверочный расчёт утилизационного теплообменника

В расчетах используются данные, полученные  на газокомпрессорной станции «Ужгородская»

В части «Электроснабжение» рассматриваются вопросы подвода  электроэнергии к циркуляционной насосной, обеспечение надежной и безопасной эксплуатации системы электропитания. Здесь же производится выбор электродвигателей, кабелей, аппаратов защиты. Прилагается схема электроснабжения.

В разделе «  КИП и автоматика» представлена схема автоматизации утилизационного теплообменника и необходимая контрольно- измерительная аппаратура. Прилагается схема автоматизации.

В разделе «Экономическая часть» выполнен расчет экономии топлива за счёт использования утилизационных теплообменников для отопления газокомпрессорной станции.  (вместо водогрейной котельной)

Оценка производственных вредных и опасных факторов для персонала и окружающей среды, проводится в разделе «Безопасность жизнедеятельности». Рассматриваются вопросы минимизации вредных воздействий, нейтрализации отходов производства, обеспечение нормальных комфортных и безопасных условий работы. Производится расчет дымовой трубы.

Пояснительная записка содержит библиографический  список с названиями литературных источников, используемых в процессе работы над проектом.

Страницы с  содержащимися на них  таблицами  также нумеруются. В конце пояснительной записки подшиваются листы спецификаций к графической части проекта.

 

 

Введение.

Транспорт газа развивается в России очень высокими темпами. Ежегодно возрастает суммарная  протяжённость магистральных газопроводов. Сооружаются новые компрессорные станции. Рост темпов добычи природного газа и перемещение сырьевой базы в районы Крайнего Севера приводят к увеличению протяжённости газовых магистралей.

При большой  протяженности линейной части (трассы) газопровода необходимо периодическое повышение давления транспортируемого газа и оно обеспечивается Газокомпрессорными станциями (далее ГКС), расположенными на трассе газопровода. Такие ГКС носят название линейных.

Ужгородская газокомпрессорная  станция    является структурным  подразделением Комсомольского  линейного  производственного  управления  магистральных  газопроводов, располагается на расстоянии 11 км от г. Югорска

На ГКС Ужгородская установлены газотурбинные агрегаты ГТК-10-4 мощностью 10 МВт и кпд равным 29%. Количество теплоты выбрасываемое в атмосферу составляет около 26МВт. Поэтому в мерах энергосбережения, целесообразно использовать теплоту уходящую из газовой турбины. Для использования теплоты все агрегаты оборудуются утилизационными теплообменниками.

В данном случае единственным потребителем тепла, является компрессорная станция, т.к. ближайший населённый пункт находится в 11 км. от компрессорной станции и транспортировать тепло экономически невыгодно.

 

1. Описание газокомпрессорной станции

Производственная  структура управления

ГКС Ужгородская обеспечивает транспорт газа с помощью энергетического оборудования, установленного на КС. Она служит управляющим элементом в комплексе сооружений, входящих в магистральный газопровод. Именно параметрами работы КС определяется режим работы газопровода.

 На газокомпрессорной  станции, имеются четыре турбокомпрессорных цеха в которых установлены газотурбинные установки ГТК-10-4. В цехе установлены восемь ГТУ два из которых находятся в резерве, для обеспечения надёжности работы станции. ГКС Ужгородская обслуживает транспорт газа по четырём магистральным газопроводам:  «Ямбург – Елец1», «Уренгой – Центр1», «Уренгой–Центр2» и «Уренгой –Ужгород»

 

Подразделения основной производственной деятельности

- Газокомпрессорная  служба (ГКС);

- Линейно-эксплуатационная служба (ЛЭС);

- Служба энерговодоснабжения  (ЭВС);

- Служба по  обслуживанию ГРС;

- Служба по  обслуживанию средств связи;

- Служба безопасности (СБ);

- Группа   по   техническому   обслуживанию   и   текущему   ремонту производственных зданий и сооружений;

Все перечисленные выше службы расположены на территории промплощадки ГКС-«Ужгородская»

 

 

2. Расчёт тепловых нагрузок на отопление

Максимальный  расход теплоты на отопление зданий:

V – объем зданий по наружному обмеру, м³;

q₀ – отопительная характеристика зданий, Вт/м³∙К;

β_t – поправочный коэффициент:

t_В – внутренняя расчетная температура воздуха в здании, °C;

t¢_Н – расчетная температура наружного воздуха, °C; для Югорска t¢_Н= -43 °C;

μ – коэффициент  инфильтрации для расчета теплопотерь зданиями:

 

 

b=30÷40∙10^-3 для отдельно стоящего здания;

b=8÷10∙10^-3 для здания, сложенного в 2,5 кирпича и двойном застеклении окон;

g = 9,8 м/с² – ускорение свободного падения;

Н – высота здания (10÷15), м;

ω_В – скорость ветра, м/с;

q_BT – относительные внутренние тепловыделения, кВт/кВт;

q₀ – отопительная характеристика здания Вт/м³К.

 

 

В таблице 2.1 представлены тепловые нагрузки зданий находящихся на газокомпрессорной станции.

 

№ пп	Наименование  здания	кол. этаж.	Объём здания, м3	Площадь произв.помещений,м2	Температура внутри,°С	Тепло потребл., Гкал/ч
1	КОС	1	2476	393	15	0,151
2	КНС-1	1	70	21	15	0,004
3	КНС-2	1	70	21	15	0,004
4	ЗРУ	1	2400	600	15	0,180
5	ХВО	1	556	143	15	0,021
6	АББ	1	2542	980	18	0,121
7	ТГ "Растон"	1	2641	228	15	0,132
8	Узел связи	1	1011	245	18	0,075
9	Материальный  склад	1	7734	758	18	0,021
10	Резервная котельная	1	261	72	15	0,356
11	Администрация ЛПУ	3	7254	571	18	0,333
12	Слесарн.мастерская №1	1	450	114	18	0,019
13	Слесарн.мастерская №2	1	450	114	18	0,019
14	Токарная мастерская	1	108	18	18	0,005
14	БЭС №2	1	108	18	15	0,003
15	БЭС №3	1	108	18	15	0,003
16	Пожарная ёмкость  №1	1	250		10	0,005
17	Пожарная ёмкость  №2	1	250		10	0,005
18	Насосная №1	1	216	54	10	0,011
19	Насосная №2	1	216	54	10	0,011
20	Насосная №3	1	216	54	10	0,011
21	БРГ №1	1	144	35	18	0,007
22	БРГ №2	1	144	35	18	0,007
23	БРГ №3	1	144	35	18	0,007
24	БРГ №4	1	144	35	18	0,007
25	Операторная ТКЦ№1	1	2824	608	18	0,213
26	Операторная ТКЦ№2	1	2824	608	18	0,213
27	Операторная ТКЦ№3	1	2824	608	18	0,213
28	Операторная ТКЦ№4	1	2824	608	18	0,213
29	Маслоблок	1	504	50	15	0,156
30	Теплица	1	5567	214	20	0,170
31	ТКЦ№1	1	41160	4200	10	0,610
32	ТКЦ№2	1	41160	4200	10	0,610
33	ТКЦ№3	1	41160	4200	10	0,610
34	ТКЦ№4	1	41160	4200	10	0,610
Суммарное теплопотребление ГКС "Ужгородская"						5,14

 

Максимальное  теплопотребление при самой низкой наружной температуре (-43°С) воздуха составляет 5,14 Гкал/ч

 

3. Тепловой поверочный расчёт утилизационного теплообменника

 Утилизационный  теплообменный аппарат предназначен для повышения экономичности теплоэнергетических установок за счет утилизации тепла газов уходящих из газовой турбины ГТК-10-4 и служит для подогрева технической воды.

Утилизационный  теплообменник состоит из секций, количество которых варьируется в зависимости от параметров рабочих сред и требуемой теплопроизводительности.

 Трубки - стальные, оребренные. Регулирование тепловой нагрузки станции производится изменением количества подключенных утилизаторов.

Предполагаем  установку утилизаторов в существующих газоходах с размерами 1,78 х 5,45 м за турбинами (по четыре трубных пучка в каждом утилизаторе). Чтобы оценить сопротивление и тепловую мощность данного утилизатора, найдем коэффициенты сопротивления трубных пучков и байпаса, основываясь на данных [1] о том, что максимальное аэродинамическое сопротивление утилизатора (когда газ идет только через трубные пучки) равно 467 Па, а аэродинамическое сопротивление байпасного канала (когда весь газ идёт через байпас) - 350 Па.

Для того, чтобы  найти скорость газа проходящего через пучки делаем аэродинамический расчёт утилизационного теплообменника.

 

 

 

Исходные  данные:

Параметр	Обозначение	Величина	Ед. измерения
Температура прямой сетевой воды	t'в	115	°С
Температура обратной сетевой воды	t'в	70	°С
Объёмный расход дымовых газов уходящих из газовой турбины	Vух	86,2	м3/с
Максимальное аэродинамическое сопротивление утилизационного теплообменника	∆Pуmax	467	Па
Аэродинамическое сопротивление байпасного канала	∆Pуб	350	Па
Температура дымовых газов перед утилизатором	t'г	294	°С

 

 

 

3.1. Аэродинамический расчёт.

Определяем  потери на трение.

где - коэффициент местного сопротивления

h_д- скоростной напор (динамическое давление), Па.

Величина скоростного  напора или динамического давления

где р - плотность газа, кг/м³;

w - скорость газов, м/с.

Найдем коэффициент  сопротивления трубных пучков. Скорость газов внабегающем потоке

 м/с,

где V_ух - объемный расход газов через пучки одного утилизатора, м³/с; F_п - площадь сечения газохода, занятая пучками, м². По данным [1] высота пучка (модуля) 1,00 м, ширина- 1,78 м. Тогда

Объёмный расход продуктов сгорания после одной  турбины

 м³/с

где – плотность уходящих газов (воздуха) при температуре 294°С

 кг/м³

Объемный расход газов через один утилизатор равен  половине расхода газов турбины – 69,2 м³/с, значит, скорость газов на свободное сечение пучков будет равна:

 м/с

Тогда скоростной напор будет равен:

 Па

Таким образом, коэффициент сопротивления трубных  пучков утилизатора

Найдём коэффициент  сопротивления байпасного канала.

скорость газов  в байпасном  канале

 м/с

где F_Б – площадь сечения, м². По данным [1]

F_Б=1,45·1,78=2,581 м²

скоростной  напор байпасирующих газов

 Па

коэффициент сопротивления  байпасного канала

Теперь находим  скорость газов при условии, что газ будет идти через пучок и байпас

Площадь сечения, занятая пучками труб

F_п=1,78·4=7,12 м²

Сечение байпасного канала тоже отличается от паспортной величины

F_б=1,45·1,78=2,581 м².

 Очевидно, что  расход газа перераспределиться  между пучками труб и байпасом так, что сопротивления их будут равными, т. е.

Выразим все  неизвестные через скорость в  пучке труб.

1. Объёмный расход газов через пучки труб

Vп= w_п·F_п = 7,12 w_{п , М}³

2. Объёмный расход газов через байпас

V_Б=V_ух-V_п=69,2-7,12 w_{п  , М}³

3. Скорость газов в байпасном канале