Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Реконструкция системы подготовки воздуха газотурбинной установки на примере морской нефтегазовой платформы «Моликпак»

Содержание:

Введение 3
1. Аналитическая часть 5
1.1 Обзор платформы Моликпак 5
1.2 Анализ энергетических газотурбинных установок 9
1.2.1 Общие положения 9
1.2.2 Характеристики термодинамического цикла и тепловых схем ГТУ с регенерацией и промежуточным охлаждением воздуха 10
1.2.3 Изменение характеристик энергетических ГТУ под влиянием температуры наружного воздуха Тнв 18
1.3 Характеристика энергетической ГТУ, применяемой на платформе Моликпак 19
2. Анализ вариантов реконструкции регенератора в системе КВОУ 26
2.1 Ухудшение характеристик регенератора, вызванного износом в процессе эксплуатации 26
2.2 Анализ и выбор варианта реконструкции регенератора в системе КВОУ 30
3. Поверочный гидравлический и тепловой расчет трубчатого регенератора GEA 56
3.1 Гидравлический расчет 57
3.2 Тепловой расчет 61
4. Расчет основных характеристик ГТУ с устанавливаемым регенератором 66
Заключение 70
Список использованных источников 71

Введение:

В ГТУ простого цикла рост КПД и удельной полезной работы может быть обеспечен ростом начальной температуры газа перед турбиной [8]. Так, при уровне температуры 900 °С, рост ее на 100 °С дает прирост КПД с 0,29 до 0,33, т.е. на 13,7 % (относительных), а при уровне 1100 °С — с 0,36 до 0,38, т. е. на 5,5 %. Видно, что хотя КПД ГТУ простого цикла и растет с ростом температуры, но степень этого роста убывает. Кроме того, при росте начальной температуры необходимо решать проблему выбора материалов ряда ответственных деталей турбин (жаровых труб камер сго-рания, сопловых и рабочих лопаток, роторов) и параллельно принимать меры по организации их глубокого охлаждения.
При работе ГТУ по простому циклу выхлопные газы имеют значи-тельный тепловой потенциал. Так, ГТУ с номинальной полезной мощно-стью 25 МВт, при расходе рабочего тела 103 кг/с и температуре выхлоп-ных газов 467 °С, сбрасывает в окружающую среду с температурой 15 °С более 50 МВт теплоты, что соответствует расходу газообразного топлива более 1 кг/с (здесь приняты теплоемкость выхлопных газов 1,13 кДж/(кг°С) и теплота сгорания топлива 50 МДж/кг). Бесполезно теряемая теплота может быть частично использована в утилизаторах теплоты или возвращена в цикл с помощью регенераторов.
Введение в цикл ГТУ регенерации выхлопного тепла позволяет сни-зить расход топлива, т. е. повысить КПД без роста начальной температуры и, следовательно, без повышения требований к жаропрочности материа-лов.
Эффективность работы регенератора, как средства возврата в цикл ГТУ теплоты выхлопных газов, оценивается по величине степени регене-рации, определяемой как отношение количества теплоты, фактически пе-реданной воздуху, к количеству теплоты, которое теоретически можно было бы передать, при полном использовании располагаемого темпера-турного потенциала.
Актуальность темы обусловлена тем, что в результате длительной эксплуатации в тяжелых условиях морской платформы первоначальные характеристики регенератора энергетической ГТУ морской нефтегазовой платформы «Моликпак» снизились, что обусловило падение внутреннего КПД ГТУ, и, как следствие, абсолютного электрического КПД ГТУ. Дан-ный факт обусловил необходимость в поиске рациональных путей рекон-струкции системы подготовки воздуха ГТУ.
Цель работы – разработка вопросов реконструкции системы подго-товки воздуха (КВОУ) газотурбинной установки на примере морской нефтегазовой платформы «Моликпак» за счет установки нового трубчато-го регенератора с характеристиками, близкими к используемому на дан-ный момент.
В рамках данной цели предполагается решить следующие задачи:
1. Сделать обзор текущего состояния КВОУ.
2. Выбрать способ реконструкции.
3. Определить стоимость реконструкции укрупненными методами.
4. Рассчитать характеристики регенератора, устанавливаемого после реконструкции.
Объектом исследования является – система подготовки воздуха на ГТД
Предметом исследования является – способ реконструкции системы под-готовки воздуха, встроенной в ГТУ.

Заключение:

В результате выполнения работы ее цель: разработка вопросов ре-конструкция системы подготовки воздуха газотурбинной установки на примере морской нефтегазовой платформы «Моликпак» — достигнута.
При этом решены задачи.
1. Обзор текущего состояния КВОУ.
Система подготовки воздуха рассматриваемой ГТУ имеет КВОУ с эффективностью улавливания пыли — 99,5 %, гидравлическим сопротивле-нием системы фильтров — 50-70 Па и регенератор с тепловой мощностью 25,06 МВт и степенью регенерации – 0,73, который находится в аварий-ном состоянии. Анализ вариантов реконструкции позволил сделать вывод о необходимости реконструкции регенератора системы подготовки возду-ха.
2. Выбран способ реконструкции – установка нового трубчатого ре-генератора с характеристиками, близкими к используемому на данный момент, что подтверждено тепло-гидравлическим расчетом. Суммарная мощность устанавливаемого регенератора — 25,32 МВт, степень регенера-ции – 0,74.
3. Укрупненными методами определена стоимость реконструкции – 9682660 долл. США, которая показала, что стоимость восстановления со-измерима со стоимостью новой ГТУ, что обуславливает неактуальность данного варианта реконструкции.

Фрагмент текста работы:

1. Аналитическая часть

1.1 Обзор платформы Моликпак

Месторождение «ПИЛЬТУН-АСТОХСКОЕ».
Пильтун-Астохское нефтегазоконденсатное месторождение (НГКМ) расположено на континентальном шельфе Северо-Восточного Сахалина, на широте южного окончания Пильтунского залива, на расстоянии 15-20 км от побережья острова, расположено на глубинах моря 24-48 м.
Запасы Астоханского месторождения составляют: свободного газа по категории А+В+С1 — 73,6 млрд. куб. м, конденсата — 5,9 млн. т, нефти — 95,8 млн. т извлекаемых; по категории С2 — соответственно газ — 29,2 млрд. куб. м, конденсат — 2,4 и нефти — 29,4 млн. т.
В административном отношении данный участок шельфа входит в состав Охинского и Ногликского районов Сахалинской области. Ближай-шим населенным пунктом на сопряженной суше является г. Оха, располо-женная в 90 км к северу. Транспортировка грузов возможна морским пу-тем из порта Москальво. расположенного на расстоянии около 280 км на севере острова в заливе Байкал, или из портов Холмск, Корсаков и Поро-найск, находящихся в южной части острова, а также вертолетами из аэро-порта города Охи
Шельф Охотского моря в пределах месторождения представляет со-бой плоскую равнину современной абразивно-аккумулятивной отмели. Глубина моря плавно изменяется от 0 до 30 м. Рельеф дна слегка волни-стый, с пологим уклоном (i = 0,003).
Инженерно-геологические условия Пильтун-Астохского месторож-дения характеризуются как сложные, ввиду наличия погребенных па-леодолин, сложного строения металогических комплексов, довольно высо-кий сейсмоопасностъю и активного проявления мезодинамических процес-сов.
Ледовый режим в районе месторождения сложный. Вдоль береговой линии образуется ледяной припай, в пределах которого часты торосы льда высотой до 5-6 м. Лед мощностью 1,5-2 м нередко образует отрыв-ные поля, перемещающиеся вдоль берега острова с севера на юг со скоро-стью 0,1-1,67 м/сек. Это препятствует бурению скважин с ПБУ в зимнее время (в течение 66,5 месяцев) и создает опасность для МЛСП.
Платформа «Моликпак» — первая в России морская производствен-нодобывающая платформа ледового класса, установленная на шельфе Охотского моря в рамках проекта «Сахалин-2».
Платформа «ПИЛЬТУН-АСТОХСКАЯ — А» (ПА-А).
Платформа представляет собой переоборудованную буровую уста-новку, которая ранее использовалась в арктических водах у побережья Канады. В 1998 году платформа была отбуксирована из моря Бофорта в канадской Арктике через Тихий океан в Южную Корею, где была пере-оборудована для работы по проекту «Сахалин-2». Затем она была отбук-сирована из Кореи в Россию и установлена на стальное основание, изго-товленное на Амурском судостроительном заводе — для того, чтобы плат-форму можно было использовать в более глубоких водах на шельфе о. Сахалин. Основание было заполнено песком, который обеспечил прочную фиксацию сооружения на морском дне.
Платформа «Моликпак» (ПА-А) была установлена на Астохской площади Пильтун-Астохского месторождения в Охотском море в сентябре 1998 года, в 16 км от побережья, глубина моря в месте установки состав-ляет 30 м. До осени 2008 года она являлась главным объектом производ-ственно-добывающего комплекса «Витязь». «Моликпак» представляет со-бой модернизированную буровую платформу ледового класса. Название «Моликпак» означает «большая волна» на языке эскимосов северной Ка-нады, где эта платформа базировалась раньше (в море Бофорта). В 1998 году к основанию платформы «Моликпак» было добавлено 15-метровое промежуточное стальное основание, чтобы установить её в более глубоких водах у острова Сахалин.