СТО Газпром 2-2.3-250-2008

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ГАЗПРОМ»

Дочернее открытое акционерное общество «Оргэнергогаз»

Общество с ограниченной ответственностью «Газпром экспо»

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

МЕТОДИКА ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВЫХОДНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГТУ АГРЕГАТА ГПА-Ц-8, ГПУ-10, ГПУ-16

СТО Газпром 2-2.3-250-2008

Дата введения - 2009-06-15

Предисловие

Содержание

Введение

Настоящий стандарт разработан в рамках Программы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ОАО «Газпром» на 2007 год, утвержденной Председателем Правления ОАО «Газпром» А.Б. Миллером 07 февраля 2007 г. № 01-12, и на основании п. 4.2 Перечня приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» на 2006-2010 гг., утвержденного Председателем Правления ОАО «Газпром» А.Б. Миллером 11 октября 2005 г. № 01-106.

Основной целью работ, проводимых по настоящему стандарту, является получение характеристик фактического технического состояния газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов типа ГПА-Ц-8, ГПУ-10 и ГПУ-16 на компрессорных станциях магистральных газопроводов ОАО «Газпром» на основе использования результатов измерений их выходных показателей штатной измерительной аппаратурой.

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт предназначен для определения основных выходных показателей (мощность, коэффициент полезного действия, коэффициент технического состояния и др.) газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов типа ГПА-Ц-8, ГПУ-10 и ГПУ-16 на компрессорных станциях магистральных газопроводов ОАО «Газпром», в частности:

газотурбинных двигателей НК-14СТ-8 авиационного типа, являющихся приводом газоперекачивающих агрегатов ГПА-Ц-8 и ГПА-Ц-8Б (составляют групповой тип газоперекачивающих агрегатов ГПА-Ц-8);

газотурбинных двигателей ДР-59Л судового типа, являющихся приводом газоперекачивающих агрегатов ГПУ-.10 и ГПУ-10-01 (составляют групповой тип газоперекачивающих агрегатов ГПУ-10);

газотурбинных двигателей ДЖ-59Л2 судового типа, являющихся приводом газоперекачивающих агрегатов ГПУ-16 (составляют групповой тип газоперекачивающих агрегатов ГПУ-16).

1.2 Изложенная в настоящем стандарте методика предназначена для использования при контрольных регламентных (эксплуатационных) и периодических испытаниях газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов типа ГПА-Ц-8, ГПУ-10 и ГПУ-16.

1.3 Настоящий стандарт рекомендуется использовать после проведения приемочных испытаний новых, а также прошедших ремонт или реконструкцию газоперекачивающих агрегатов типа ГПА-Ц-8, ГПУ-10 и ГПУ-16 при наличии в формулярах их газотурбинных двигателей данных по частоте вращения роторов высокого и низкого давления и параметрам рабочего цикла, соответствующих последнему сдаточному испытанию.

1.4 Настоящий стандарт предназначен для определения выходных показателей газотурбинных установок в диапазоне температур атмосферного воздуха от минус 50 °С до плюс 40 °С и диапазоне загрузки газотурбинной установки от 60 % до 100 %.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 5542-87 Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия

ГОСТ 16504-81 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения

ГОСТ 20440-75 Установки газотурбинные. Методы испытаний

ГОСТ 28775-90 Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические условия

ГОСТ Р 51852-2001 (ИСО 3977-1-97) Установки газотурбинные. Термины и определения

ГОСТ Р 52200-2004 (ИСО 3977-2:1997) Установки газотурбинные. Нормальные условия и номинальные показатели

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов по соответствующим указателям, составленным на 1 января текущего года, и информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочные документы заменены (изменены), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененными (измененными) документами. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины и определения в соответствии с ГОСТ 16504, ГОСТ 20440, ГОСТ 28775, ГОСТ Р 51852, ГОСТ Р 52200, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 эффективная (фактическая) мощность: Мощность на эксплуатационном режиме, которую развивает газотурбинная установка при фактическом техническом состоянии проточной части газотурбинного двигателя.

3.2 эталонная мощность: Мощность на эксплуатационном режиме, которую развивала бы газотурбинная установка при номинальном техническом состоянии проточной части газотурбинного двигателя.

3.3 коэффициент технического состояния (по мощности): Величина, равная отношению значений эффективной (фактической) и эталонной мощностей газотурбинной установки на номинальном режиме работы.

3.4 располагаемая мощность: Мощность, которую может развивать газотурбинная установка при фактических значениях параметров атмосферы, коэффициента технического состояния и заданных эксплуатационных ограничениях.

3.5 коэффициент загрузки: Величина, равная отношению значений эффективной (фактической) и располагаемой мощностей газотурбинной установки.

3.6 эффективный коэффициент полезного действия: Отношение (в сопоставимых единицах) величины полезной работы, производимой газотурбинной установкой за единицу времени, к затраченной за то же время энергии топлива, определенной по его низшей теплоте сгорания.

3.7 базовый параметр: Параметр, принятый для идентификации мощности, развиваемой газотурбинной установкой независимо от технического состояния проточной части газотурбинного двигателя.

3.8 управляющий параметр: Параметр, принятый для определения степени загруженности (по мощности) газотурбинной установки.

4 Сокращения и обозначения

4.1 В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

5 Основные положения

5.1 При определении выходных показателей ГТУ используются данные штатных измерительных приборов, входящих в МСКУ ГПА.

5.2 Для контроля достоверности замера температуры воздуха на входе ОК газотурбинного двигателя штатным прибором из состава МСКУ дополнительно используется цифровой термометр (с электрическим выходом) погрешностью не более 0,5 %, установка которого может производиться как на работающем, так и на неработающем ГПА.

5.3 Для контроля достоверности замера атмосферного давления штатным прибором из состава МСКУ дополнительно используется штатный барометр (например, БАММ-1 или др.), установленный в химической лаборатории КС или линейно-производственного управления магистральных газопроводов дочернего общества ОАО «Газпром», эксплуатирующего ГПА.

5.4 Физические характеристики перекачиваемого природного газа (низшая теплота сгорания, плотность при нормальных условиях) определяются на основании исследований проб природного газа, проводимых химической лабораторией КС или линейно-производственного управления магистральных газопроводов дочернего общества ОАО «Газпром», эксплуатирующего ГПА.

5.5 Используемые измерительные приборы и датчики должны находиться в исправном техническом состоянии и своевременно проходить поверку в соответствии с ПР 51-00159093-004-96 [1] и ПР 50.2.006-94 [2].

5.6 Законы регулирования, базовые и управляющие параметры ГТУ агрегатов типа ГПА-Ц-8, ГПУ-10 и ГПУ-16 приведены в таблице 1.

Таблица 1

Законы регулирования, базовые и управляющие параметры

5.7 Методика по определению выходных показателей ГТУ агрегатов типа ГПА-Ц-8, ГПУ-10 и ГПУ-16 разработана с учетом методических указаний ПР-51-31323949-43-99 [3].

6 Подготовка и порядок проведения измерений

6.1 Перечень исходных параметров, необходимых для выполнения расчетов, а также допустимые значения погрешностей средств измерений приведены в таблице 2.

6.2 Перечень параметров-констант, используемых при расчете выходных показателей ГТУ, приведен в таблице 3.

6.3 Перед проведением измерений ГТУ должна находиться на стационарном режиме работы не менее 30 мин.

6.4 Измерения проводят при стационарном режиме работы ГТУ, когда отклонения параметров не превышают значений погрешностей, указанных в таблице 2.

Таблица 2

Исходные параметры для проведения расчетов

6.5 При проведении испытаний система подогрева воздуха на входе в ОК двигателя должна быть отключена, отбор воздуха за КВД для нужд КС должен быть закрыт.

Таблица 3

Параметры-константы

6.6 Измерения параметров проводятся в нескольких режимах (не менее четырех), ранжированных по мощности в пределах эксплуатационного диапазона.

6.7 Продолжительность всего цикла измерений не превышает 15 мин.

7 Расчет параметров атмосферы и размерностей

7.1 Относительное изменение температуры воздуха на входе в ОК рассчитывается по формуле

.                                                             (7.1)

Примечание - при отсутствии замера температуры t₃ допускается принимать t₃ = t_а при выключенной системе подогрева воздуха на входе в ОК.

7.2 Относительное изменение атмосферного давления рассчитывается по формуле

.                                                         (7.2)

7.3 Пересчет температуры производится по формуле

T_i = t_i +273,15,                                                                 (7.3)

где: i = а, 1, 2, 3, 4.

7.4 Давление на входе в ОК определяется по формуле

p₃ = p_а - 0,010197 - Dp_всас.                                                   (7.4)

Примечание - при отсутствии замера разряжения на входе в ОК Dp_всас. допускается принимать Dp_всас. = 250 мм вод. ст. = 2,4516625 кПа.

7.5 Массовый G_тг и объемный Q_тг расходы топливного газа взаимосвязаны в виде

G_тг = p∙Q_тг.                                                                   (7.5)

8 Алгоритм расчета выходных показателей газотурбинных установок газоперекачивающих агрегатов типа ГПА-Ц-8 и ГПУ-10

8.1 Методика расчета выходных показателей ГТУ агрегатов типа ГПА-Ц-8 и ГПУ-10 основана на использовании относительных изменений измеряемых и рассчитываемых параметров в уравнениях, описывающих рабочие процессы, протекающие в ГТУ.

8.2 Относительное изменение частоты вращения ротора высокого давления при текущем режиме работы ГТУ определяется по формуле

.                                                         (8.1)

8.3 Относительное изменение эффективной мощности ГТУ определяется зависимостями вида

,                                             (8.2)

Принадлежность базового и управляющего параметров для ГТУ агрегатов типа ГПА-Ц-8 и ГПУ-10 приведена в таблице 1, численные значения коэффициентов влияния на мощность ГТУ приведены в таблицах А.1 и Б.1 приложений А и Б соответственно.

8.4 Эффективная мощность ГТУ определяется по формуле

.                                                                 (8.3)

8.5 Относительное изменение давления на выходе из ОК для эталонной мощности ГТУ агрегата типа ГПА-Ц-8 рассчитывается по формуле

,                                          (8.4)

8.6 Относительное изменение эталонной мощности ГТУ

8.6.1 Относительное изменение эталонной мощности ГТУ агрегата типа ГПА-Ц-8 определяется в виде

,                                        (8.5)

8.6.2 Относительное изменение эталонной мощности ГТУ агрегата типа ГПУ-10 определяется в виде

,                                          (8.6)

8.7 Эталонная мощность ГТУ рассчитывается по формуле

.                                                                (8.7)

8.8 Коэффициент технического состояния ГТУ (по мощности) рассчитывается по формуле

.                                                                          (8.8)

8.9 Расход топливного газа ГТУ определяется по формуле

,         (8.9)

8.10 Эффективный КПД ГТУ определяется по формуле

.                                                                    (8.10)

8.11 Располагаемая мощность ГТУ агрегата типа ГПА-Ц-8 определяется по формуле

,                              (8.11)

8.12 Располагаемая мощность ГТУ агрегата типа ГПУ-10 определяется по формуле

,                               (8.12)

8.13 Примеры расчета выходных показателей ГТУ агрегатов типа ГПА-Ц-8 и ГПУ-10 приведены в приложениях А и Б соответственно.

9 Алгоритм расчета выходных показателей газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата типа ГПУ-16

9.1 Перед проведением расчетов необходимо, используя формулярные данные двигателя ДЖ-59Л2, построить следующие его характеристики:

- зависимость приведенной мощности от давления воздуха на выходе из ОК:

,                                                                  (9.1)

- зависимость приведенной мощности от температуры продуктов сгорания за ТНД:

,                                                                   (9.2)

- зависимость эффективного КПД от приведенной мощности:

.                                                                     (9.3)

9.2 Расчет приведенных параметров

9.2.1 Приведенная частота вращения ротора высокого давления определяется по формуле

,                                                         (9.4)

9.2.2 Приведенное давление на выходе из КВД определяется по формуле

,                                                                  (9.5)

где: e_k = р₄/р₃ - коэффициент пересчета, при этом давление определяется из формулы (7.4).

9.2.3 Приведенная мощность ГТУ определяется по формуле (9.1), которая может быть представлена в виде

,                                             (9.6)

где A₃, А₂, А₁ и A₀ - коэффициенты полинома, описывающего зависимость .

Таблица 4

Значения коэффициента a

9.2.4 Приведенная температура продуктов сгорания на выходе из турбины определяется по формуле

.                                                   (9.7)

9.3 Определение выходных показателей ГТУ агрегата типа ГПУ-16

9.3.1 Эталонная приведенная мощность ГТУ определяется по формуле (9.2), которая может быть представлена в виде

,                                               (9.8)

где В₃, B₂, В₁, В₀ - коэффициенты полинома, описывающего зависимость .

9.3.2 Эффективная мощность ГТУ агрегата типа ГПУ-16 определяется по формуле

.                                                      (9.9)

9.3.3 Коэффициент технического состояния ГТУ1 определяется по формуле

.                                                        (9.10)

9.4 Определение расхода топливного газа

9.4.1 Оценка приведенного расхода топливного газа производится по формуле

,                                 (9.11)

_______________________

¹ Формула приводится для случая определения коэффициента технического состояния ГТУ по результатам одноразового цикла измерений. Для определения коэффициента технического состояния ГТУ по результатам нескольких циклов измерений следует построить зависимость приведенной мощности в текущих атмосферных условиях на КС от приведенной температуры на выходе из турбины и войти в нее со значением t₂, соответствующим номинальной мощности двигателя. Полученное значение мощности , отнесенное к 16000 кВт, и будет искомым значением коэффициента технического состояния ГТУ

.                                                             (9.12)

___________________________

¹ Как правило, данная зависимость близка к прямой, поэтому допустимо при расчетах принимать C₂ = 0 и C₃ = 0.

9.4.2 Расход топливного газа определяется по формуле

.                                               (9 13)

9.5 Определение эффективного КПД ГТУ

9.5.1 Оценка эффективного КПД производится по формуле

.                                                            (9.14)

9.5.2 Расчетное значение эффективного КПД

Для более точного определения значения эффективного КПД ГТУ в формуле (9.14) вместо оценки расхода топливного газа G_тг, определенного по формуле (9.13), используется значение, полученное в результате прямого замера расхода топливного газа.

9.6 Определение коэффициента загрузки ГТУ

9.6.1 Располагаемая мощность ГТУ рассчитывается по формуле

,                                                               (9.15)

если t₁ меньше минус 5 °С, и:

,                                                   (9.16)

если t₁ равна или выше минус 5 °С.

9.6.2 Поправка D на текущее атмосферное давление рассчитывается по формуле

,                                                          (9.17)

где: В = 101,325, если давление измеряется в кПа;

В = 760, если давление измеряется в мм рт. ст.

9.6.3 Коэффициент загрузки ГТУ агрегата типа ГПУ-16 определяется по формуле

.                                                                  (9.18)

9.7 Пример расчета выходных показателей ГТУ агрегата типа ГПУ-16 приведен в приложении В.

Приложение А
(справочное)

Пример расчета выходных показателей газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата типа ГПА-Ц-8

А.1 Относительное изменение давления воздуха на выходе из ОК (базовый параметр) определяется по формуле

.                                                           (A.1)

А.2 Относительное изменение частоты вращения ротора высокого давления при текущем режиме работы (dn_вд) определяется по формуле (8.1).

А.3 Относительное изменение эффективной мощности ГТУ определяется по формуле

dN_е = 1,8424 dр₄ + 0,49257 dТ₃ - 0,29308 dp_а.                                       (А.2)

А.4 Эффективная мощность ГТУ определяется по формуле

N_е = (1 + dN_е)∙.                                                             (A.3)

А.5 Относительное изменение давления на выходе из ОК для эталонной мощности определяется по формуле

 = -0,82344 dТ₃ + 0,21807 dp_а + 1,65813 dn_вд.                                 (А.4)

А.6 Относительное изменение эталонной мощности определяется по формуле

 = 1,8424  + 0,49257 δТ₃ - 0,29308 dp_а.                                    (А.5)

А.7 Эталонная мощность ГТУ определяется по формуле

.                                                             (A.6)

А.8 Коэффициент технического состояния ГТУ (по мощности) определяется по формуле

.                                                                          (А.7)

А.9 Расход топливного газа определяется по формуле

.                    (A 8)

А.10 Эффективный КПД ГТУ определяется по формуле

.                                                                      (А.9)

А.11 Располагаемая эффективная мощность ГТУ определяется по формуле

.                (А.10)

В таблицах А.2 и А.3 приведены примеры расчета режимов ГТУ агрегатов типа ГПА-Ц-8, работающих при различных атмосферных условиях и уровнях загрузки, причем в таблице А.3 режим № 4 выполнен в режиме коррекции эффективной мощности до максимально допустимого значения температуры газа перед ТВД для двигателя НК-14СТ.

Таблица А.1

Численные значения используемых коэффициентов влияния ГТУ агрегата типа ГПА-Ц-8

Таблица А.2

Результаты расчета выходных показателей ГТУ агрегата типа ГПА-Ц-8

Окончание таблицы А.2

Таблица А.3

Результаты расчета выходных показателей ГТУ агрегата типа ГПА-Ц-8 (с коррекцией оборотов ротора высокого давления)

Окончание таблицы А.3

Приложение Б
(справочное)

Пример расчета выходных показателей газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата типа ГПУ-10

Б.1 Относительное изменение частоты вращения ротора высокого давления определяется по формуле (8.1). Относительное изменение частоты вращения ротора низкого давления при текущем режиме работы определяется по аналогичной формуле

.                                                       (Б.1)

Б.2. Относительное изменение эффективной мощности:

dN_е = 3,9467 dn_нд - 1,4676 dT₃ + 2,2046 dp_а.                                         (Б.2)

Б.3 Эффективная мощность ГТУ определяется по формуле

N_е = (1 + dN_е) ∙ .                                                            (Б.3)

Б.4 Относительное изменение эталонной мощности:

d = 6,4578 dn_вд - 2,7364 dТ₃ + 2,2046 dp_а.                                        (Б.4)

Б.5 Эталонная мощность ГТУ:

 = (1 + d) ∙ .                                                       (Б.5)

Б.6 Коэффициент технического состояния ГТУ по мощности:

.                                                                     (Б.6)

Б.7 Расход топливного газа:

.              (Б.7)

Б.8 Эффективный КПД:

,                                                                   (Б.8)

Б.9 Располагаемая мощность ГТУ определяется в виде

.                        (Б.9)

В таблицах Б.2 и Б.3 приведены примеры расчета режимов ГТУ агрегатов типа ГПУ-10, работающих при различных атмосферных условиях и уровнях загрузки, причем в таблице Б.3 режим № 2 выполнен в режиме коррекции мощности двигателя ДР-59Л.

Таблица Б.1

Численные значения используемых коэффициентов влияния ГТУ агрегата типа ГПУ-10

Таблица Б.2

Результаты расчета выходных показателей ГТУ агрегата типа ГПУ-10

Окончание таблицы Б.2

Таблица Б.3

Результаты расчета выходных показателей ГТУ агрегата типа ГПУ-10 (с коррекцией оборотов ротора низкого давления)

Окончание таблицы Б.3

Приложение В
(справочное)

Пример расчета выходных показателей газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата типа ГПУ-16

Таблица В.1

Формулярные данные двигателя ДЖ-59Л2 (при следующих атмосферных условиях: температура воздуха плюс 15 °С, давление 760 мм рт. ст.)

Таблица В.2

Исходные данные для расчета агрегата типа ГПУ-16 (измеряемые параметры)

Таблица В.3

Результаты расчета выходных показателей ГТУ агрегата типа ГПУ-16

Библиография