Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ ЗА СЧЕТ МОДЕРНИЗАЦИИ ГПА

Кибарин А.А. Ходанова Т.В.

Несмотря на проводимые, на компрессорных станциях (КС) ремонты газоперекачивающих агрегатов (ГПА), техническое состояние большинства ГПА сегодня ухудшилось. В процессе эксплуатации заметно снизились располагаемые мощности действующих агрегатов, и в настоящее время они составляют (средние показатели) для ГТ-750-6 - 3500-4800 кВт при номинальной мощности 6000 кВт, для ГТК-10-4 - 6100-8300 кВт при номинальной мощности 10000 кВт. Для многих ГПА достигнут предел по наработке, и их необходимо демонтировать, однако они продолжают работать.

Отклонение средних показателей существующего парка по сравнению с новой техникой можно сгруппировать по следующим позициям;

-    эффекгивность газовых турбин в среднем 24% (по сравнению с современным уровнем -
32-35%);

-    системы управления, оснащенные устаревающей элементной базой, не обеспечивают эффективную организацию технологического процесса;

-    годовые затраты на ремонтно-техниче-ское обслуживание могут достигать от 5 до 10% от стоимости газоперекачивающего агрегата;

-    уровень выбросов оксидов азота значительно превышает показатели новых ГПА.

Концентрации оксидов азота и углерода в выхлопных газах газотурбинных установок (ГТУ) в значительной степени зависят от режимов сгорания топливного газа и технического состояния газоперекачивающих агрегатов. Для ГТУ с низким коэффициентом технического состояния выбросы оксидов азота значительно выше, кроме того, низкий коэффициент технического состояния приводит к перерасходу топлива [1]. Одним из путей снижения вредных выбросов в атмосферу и повышения экологической безопасности могла бы служить реконструкция действующих цехов КС и действующих ГПА.

Основные решения по реконструкции могут включать в себя следующие варианты:

1. Строительство новых цехов взамен одного или нескольких старых цехов. Этот вариант применяется при неудовлетворительном состоянии систем и сооружений компрессорного цеха, низком техническом уровне установленных газоперекачивающих агрегатов, фактическая наработка которых находится за пределами назначенного ресурса.

2. Замена устаревших ГПА на более современные в том же здании или на той же площадке блочно-контейнерного агрегата. Как правило, такой вариант применяется при отсутствии площадки для строительства нового цеха, пригодности зданий, систем и сооружений цеха для дальнейшей эксплуатации (или минимальных затрат для их обновления) и экологической эффективности по сравнению с другими вариантами.

3. Модернизация газоперекачивающих агрегатов на компрессорной станции с улучшением их технико-экономических показателей. Модернизация может осуществляться как в пределах назначенного ресурса, так и с его продлением. Как правило, такой вариант используется как естественный процесс улучшения показателей эксплуатации или в качестве временного мероприятия при отсутствии финансовых ресурсов для переоснащения агрегатами нового поколения.

Анализ состояния парка ГПА МГ «Средняя Азия Центр» на участке Бейнеу - Джангала показал, что экономически целесообразно модернизировать более 60 % ГПА с наработкой
до 70 тыс. ч., ГПА с большей наработкой в ближайшие годы выработают свой ресурс и их целесообразнее заменить на агрегаты нового поколения.

Основная доля ГПА на участке Бейнеу - Джангала приходится на регенеративные газоперекачивающие агрегаты типа ГТК-10-4 и ГТ-750-6. Суммарная установленная мощность агрегатов этих типов составляет 50,7 % от всего газотурбинного парка, установленного на магистральных газопроводах Казахстана. Поэтому вопрос ограничения вредных выбросов в атмосферу должен решаться в первую очередь для этих агрегатов.

После выхода ГОСТ 28775-90 для вновь вводимых агрегатов были установлены следующие максимальные значения концентраций оксидов азота в сухих продуктах сгорания (приведенные к условному содержанию кислорода 15 %): для ГТУ без регенерации теплоты - 150 мг/нм3, для ГТУ с регенерацией теплоты - 200 мг/нм3. Эти показатели относятся также и для модернизированных агрегатов. Начиная с 1991 г. были разработаны ряд технических решений по модернизации камер сгорания агрегатов типа ГТК-10-4, а начиная с 1994 для агрегатов ГТ-750-6. В таблице 1 представлены данные по выбросам для модернизированных типов камер сгорания на номинальном режиме [2].

Таблица 1

Разработанные варианты модернизации камер сгорания ГТУ

Тип ГПА

Характеристика варианта

Концентрация в сухих
продуктах сгорания, мг/нм3

CNOx

CNO2

CCO

ГТК-10

1. Камера сгорания с индивидуальным перераспределением воздушных потоков
(АО "ЭКАМС")

90

20

40

2. Камера сгорания с дополнительными трактами подвода первичного воздуха (АО "ОРМА")

90

20

40

3. Камера сгорания с новыми регистрами и изменением
отверстий в горелках (Южниигипрогаз)

170

30

50

ГТ-750-6

1. Камера сгорания с дополнительными трактами подвода первичного воздуха (АО "ОРМА")

85

20

60

2. Микрокафельная камера сгорания ("Невский завод")

115

20

60

К настоящему времени в России практически на всех газотурбинных агрегатах типа ГТК-10 и частично на агрегатах ГТ-750-6 проведена модернизация камер сгорания с целью снижения выброса вредных веществ (главным образом оксидов азота) с выхлопными газами.
В Казахстане такая работа только начинается. Эта модернизация позволила снизить фактическую концентрацию оксидов азота в выхлопных газах с 350 мг/нм3 до 85 мг/нм3 или приведенную с 780 мг/нм3 до 180 мг/нм3.

Значительного снижения выбросов оксидов азота в модернизированной камере по технологии АО «ОРМА» удалось достичь за счет перераспределения потоков воздуха. В новой конструкции добавлены два дополнительных пояса отверстий. Первый - шесть сопел, расположенных по периметру зоны установки завихрителей. Второй - шесть сопел большего диаметра, расположенных на конической части жаровой трубы до смесителя. Часть периферийного завихрителя вторичного воздуха, закрыта специальными накладками. Проведенные изменения направлены на обеднение первичной зоны горения и на повышение качества смесеобразования в первичной зоне.

Однако все изменения направленные на снижение выбросов оксидов азота, особенно обеднение первичной зоны горения приводят к резкому повышению выбросов СО на пониженных нагрузках.

Анализ результатов испытаний, проведенных авторами на модернизированных ГТК-10-4 и ГТ-750-6, показывает:

-приведенная концентрация оксидов азота при номинальной температуре за камерой сгорания 780 °С для агрегатов типа ГТК-10-4 и 750 °С для агрегатов типа ГТ-750-6 находится в пределах 130-180 мг/нм3;

- приведенная концентрация оксида углерода при температуре за камерой сгорания выше 730 °С не превышает значений, оговоренных в ГОСТ 28775-90 - 300 мг/нм3;

- приведенная концентрация оксида углерода при температурах за камерой сгорания ниже 700 °С значительно возрастает до уровня 500-900 мг/нм3.

Для выполнения требований по эмиссии выхлопных газов ГТУ на всех режимах их работы должны быть разработаны системы низкоэмиссионного горения, которые включают:

- собственно камеру сгорания для сжигания бедной предварительно перемешанной топливовоздушной смеси при температуре пламени не выше 1750-1800 К;

- систему регулирования процесса горения путем строго дозированной подачи топлива по нескольким контурам в зависимости от режима работы ГТД и условий окружающей среды;

- систему управления воздухом в камере сгорания, обычно перепускающей воздух из первичной зоны горения в зону смешения на низких режимах работы для поддержания оптимального соотношения «топливо-воздух» в зоне горения.

Очевидным недостатком такой системы является конструктивная сложность, высокая стоимость и трудности ее эксплуатации, что обусловливает необходимость проработки альтернативных методов уменьшения эмиссии СО на пониженных режимах. Для существующих КС модернизация камер сгорания с использованием сложных систем регулирования потоков воздуха и топлива экономически не целесообразна.

Как видно из представленных данных для штатных камер сгорания значительны выбросы оксидов азота, для модернизированных окиси углерода на пониженных нагрузках. Но поскольку оксиды азота являются загрязняющими веществами первой категории опасности [3] КОВ > 105 (основные загрязняющие вещества, как по мощности выбросов, так и по объему годовых валовых выбросов), то проведение модернизации камер сгорания приводит к общему повышению экологической безопасности работы ГТУ и снижению платы за выбросы. Эколого-экономический ущерб после модернизации камер сгорания может быть снижен на 25-30 млн.тенге в год в расчете на одну компрессорную станцию.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кибарин А.А., Касимов А.С., Ходанова Т.В. К вопросу влияния технического состояния ГПА на загрязнение воздушного бассейна в районе компрессорных станций магистральных газопроводов.- Вестник АИЭС, Алматы, 2009, № 2, с.72-76.

2. СТО Газпром 2-3.5-039-2005 «Каталог удельных выбросов вредных веществ газотурбинных газоперекачивающих агрегатов»

3. Технологический регламент на проектирование компрессорных станций (раздел «Охрана окружающей среды»). - М.: ВНИИГАЗ, 1994.


Библиографическая ссылка

Кибарин А.А., Ходанова Т.В. ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ ЗА СЧЕТ МОДЕРНИЗАЦИИ ГПА // Современные наукоемкие технологии. – 2009. – № 11. – С. 35-37;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=25940 (дата обращения: 24.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074