Выбор типа энергопривода при реконструкции КС

Основные виды энергопривода на КС МГ – это газотурбинный и электрический. Каждый имеет свои недостатки и преимущества, которые проявляются в процессе их эксплуатации.

ГТУ имеют широкий диапазон регулирования за счет изменения числа оборотов. Кроме того, особенность газотурбинных установок, которые повышают свою мощность с понижением температуры наружного воздуха, благоприятно сказывается на работе газоперекачивающего агрегата в зимний период эксплуатации, когда пропускная способность газопроводов, как правило, повышается.

Электроприводной газоперекачивающий агрегат (ЭГПА) отличается стабильностью работы. На ЭГПА обычно устанавливаются редукторы-мультипликаторы, которые позволяют увеличивать частоту вращения вала нагнетателя, что повышает КПД нагнетателя, но приводит к определенному снижению КПД агрегата в целом.

Применение ЭГПА сдерживается относительно высокой стоимостью электроэнергии, отпускаемой компрессорным станциям.

Выбор энергопривода должен производиться на основании технико – экономического сравнения с учетом региона расположения КС, исходя из минимальных затрат (топлива и денежных средств) на выработку единицы энергии (1 кВт∙ч) на муфте нагнетателя, что, практически, соответствует условию минимального расхода топлива на КС.

При известном соотношении цен на газ и электроэнергию Ц_газ/Ц_эл можно определить области эффективного использования газотурбинных (ГГПА) и электроприводных (ЭГПА) агрегатов. На рис. 4.1 линия критических соотношений цен Ц_газ/Ц_эл разделяет области рационального использования ГГПА и ЭГПА.

Анализ диаграммы показывает:

- что в настоящее время предпочтение следует отдавать газотурбинному энергоприводу КС;

- по мере увеличения КПД область использования газотурбинного энергопривода будет расширяться;

Экономическая целесообразность электроприводных агрегатов по сравнению с газотурбинными начинает проявляться при соотношении цен на природный газ и электроэнергию примерно Ц_газ/Ц_эл =2,5…3,5. Например, если при стоимости электроэнергии Ц_эл = 1 руб./(кВт∙ч) цена на газ будет составлять не менее 2500…3500 руб./(1000м³).

Область исполь-зования ЭГПА

Критическое соотношение цен

Область исполь-зования ГГПА

4,0

3,0

2,0

1,0

20 24 28 32 36 40 h_е, %

Рисунок 4.1 - Области рационального использования ГГПА и ЭГПА

Приведенная методика была апробирована для газотранспортных предприятий "Сургутгазпром" и "Мострансгаз" и был подтвержден вывод в пользу использования газотурбинных ГПА на КС при действительном соотношении цен.

В зимний период эффективность работы ГГПА повышается (рис. 4.2). Это объясняется тем, что за счет снижения температуры воздуха на входе в осевой компрессор практически происходит значительное форсирование газотурбинного двигателя. Даже небольшое изменение температуры наружного воздуха T_а может вызвать изменение мощности ГТУ в несколько раз большее, чем изменение температуры газов перед турбиной.

Результаты расчета по формуле Белоконя Н.И. (3.12), представленные в табл. 4.1, показывают, что при λ₀ = 0,65 и понижении температуры t_a от +15 °С до -5 °С, т. е., в обычном диапазоне изменения температур, мощность увеличивается примерно на 20 %: .

Таблица 4.1 - Изменение мощности газотурбинной установки при изменении температуры воздуха t_a на входе в осевой компрессор

λ0	ta=35°С Δtа=+20	ta=25°С Δtа=+10	ta=15°С Δtа=0	ta=5°С Δtа=-10	ta=-5°С Δtа=-20	ta=-15°С Δtа=-30	ta=-35°С Δtа=-50
0,60	0,8337	0,9151		1,0826	1,1807	1,2764	1,4788
0,65	0,8107	0,9031		1,1014	1,2072	1,318	1,552
0,70	0,7799	0,8871		1,1185	1,2426	1,3723	1,6485

Примечание. При расчете учтено: t_а⁰ = + 15°С; Т_а⁰ = + 288,2°С; Т_а = 273,2 + t_а; Δt_а = Т_а – Т_а⁰.

В условиях зимнего периода, когда температура воздуха опускается до -15 °С, мощность увеличивается почти на 1/3:

.

Как видно, за счет снижения температуры воздуха на входе в осевой компрессор, можно осуществить значительное форсирование газотурбинного двигателя в весенне-осенний и зимний периоды. Ограничение накладывается условием прочности узлов ГТУ. В связи с этим, коэффициент запаса мощности при работе на номинальном режиме не должен превышать К₃ = 1,15…1,25. См. (3.13). При отклонении от номинального режима ГТУ колебания мощности могут быть более значительны.

Не смотря на очевидные преимущества газотурбинного привода, электроприводные агрегаты могут вновь найти свое использование с развитием отраслевой энергетики, которая позволит получать дешевую энергию за счет утилизации высокотемпературного тепла уходящих газов и др. источников.