Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор методов энергосбережения и контроля энергоэффективности в магистральном транспорте природного газа
1.1 Анализ энергосберегающих технологий при эксплуатации газоперекачивающих агрегатов в магистральном транспорте природного газа 19
1.2 Перспективы энергоресурсосбережения при эксплуатации газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом на компрессорных станциях магистральных газопроводов 35
1.3 Исследование методов моделирования технологических характеристик оборудования магистральных газопроводов 43
ГЛАВА 2 Поддержание энергетической эффективности газоперекачивающих агрегатов за счет совершенствования методов расчета эксплуатационных характеристик
2.1 Исследование энергетической эффективности работы газоперекачивающих агрегатов на основе статистических экспериментальных данных 55
2.2 Анализ мероприятий по поддержанию надежности и эффективности газоперекачивающих агрегатов в процессе эксплуатации на основе построения статистических рядов распределений 65
2.3 Восстановление показателей надежности и эффективности газотурбинных установок на основе
статистического моделирования 76
ГЛАВА 3 Повышение достоверности расчета показателей эффективности газоперекачиающих агрегатов для планирования технологических режимов
3.1 Исследование и прогнозирование условий эксплуатации газоперекачивающих агрегатов, влияющих на эффективность работы газотурбинного привода 87
3.2 Совершенствование методики расчета располагаемой мощности газотурбинных установок для планирования технологических режимов
3.3 Планирование необходимого резерва газоперекачивающих агрегатов для поддержания энергоэффективной работы компрессорных станций 105
ГЛАВА 4 Совершенствование методов расчета и контроля показателей энергетической эффективности газоперекачивающих агрегатов
4.1 Анализ динамики интегральных показателей эффективности
газоперекачивающих агрегатов с применением контрольных карт Шухарта 116
4.2 Разработка показателей дифференциации технического состояния газоперекачивающих агрегатов, применяемых для оценки энергоэффективности групп газоперекачивающих агрегатов 126
4.3 Контроль эффективности магистрального транспорта газа на основе комплексных показателей, учитывающих надежность и энергоэффективность 140
Основные выводы и рекомендации 145
Библиографический список использованной
Литературы
- Перспективы энергоресурсосбережения при эксплуатации газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом на компрессорных станциях магистральных газопроводов
- Анализ мероприятий по поддержанию надежности и эффективности газоперекачивающих агрегатов в процессе эксплуатации на основе построения статистических рядов распределений
- Совершенствование методики расчета располагаемой мощности газотурбинных установок для планирования технологических режимов
- Разработка показателей дифференциации технического состояния газоперекачивающих агрегатов, применяемых для оценки энергоэффективности групп газоперекачивающих агрегатов
Введение к работе
Актуальность работы. Энергоэффективное управление магистральным транспортом газа является одним из приоритетных направлений оптимизации затрат в газовой промышленности Российской Федерации.
В настоящее время на предприятиях ПАО «Газпром» обращают серьезное внимание на проблемы рационального использования природного газа для собственных технологических нужд при соблюдении условий обеспечения промышленной безопасности и оптимального управления газотранспортной системой, а также на вопросы достоверной оценки и прогноза режима транспорта газа в процессе оперативного регулирования с учетом фактического технического состояния оборудования.
Основой алгоритма диагностирования является математическая модель обследуемого объекта. Вид и точность модели определяет глубину и качество процесса контроля по техническому состоянию.
В условиях применения разнотипного оборудования на компрессорных станциях, имеющих индивидуальные характеристики, актуальной является задача разработки способов моделирования аналитических зависимостей оборудования с учетом фактического технического состояния.
Для эффективного решения задач по управлению, контролю, расчету и оптимизации режимов работы газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций (КС) необходимо применять адаптированные математические модели, которые описывают взаимосвязь между технологическими параметрами центробежных компрессоров (ЦБК) и газотурбинных установок (ГТУ) в составе ГПА с учетом технического состояния.
Исходя из изложенного можно отметить, что вопрос энергосбережения должен решаться с использованием комплексного подхода и рассматриваться с позиции работы всей газотранспортной системы (ГТС) в целом. При расчете режимов работы ГТС должны использоваться фактические газодинамические
характеристики оборудования КС, полученные на основе паспортных характеристик оборудования.
Цель работы – повышение энергетической эффективности работы компрессорных станций совершенствованием способов расчета характеристик и режимов работы оборудования в магистральном транспорте газа.
В соответствии с поставленной целью были сформулированы и решены следующие задачи исследований:
-
Моделирование формулярных газодинамических характеристик основного оборудования (газоперекачивающих агрегатов, аппаратов воздушного охлаждения, пылеуловителей) компрессорных станций.
-
Разработка способа идентификации характеристик газоперекачивающих агрегатов с использованием диспетчерской технологической информации.
-
Разработка способов идентификации характеристик с применением методов параметрической диагностики, на основе экспериментальных данных, полученных в условиях промышленной эксплуатации оборудования.
-
Совершенствование теоретических основ расчета рациональных режимов работы системы «газотурбинная установка – центробежный компрессор» в составе газоперекачивающего агрегата и компрессорных станций магистральных газопроводов.
5 Имитационное моделирование режимов работы газотранспортной
системы с учетом фактического технического состояния газоперекачивающих
агрегатов и переменных режимов транспорта газа с использованием адаптив
ных к фактическим условиям математических моделей.
Научная новизна:
-
Предложены адаптивные аналитические зависимости для расчета режимов работы газотурбинной установки, циклонного пылеуловителя и аппаратов воздушного охлаждения газа, позволяющие учесть их фактическое техническое состояние.
-
Получен алгоритм для оценки технического состояния проточной части газотурбинных установок, основанный на периодическом сравнении эта-
лонного значения давления воздуха, рассчитанный по впервые предложенной зависимости с фактически измеренным значением давления воздуха за осевым компрессором.
3. Получена аналитическая зависимость и эмпирические коэффициенты для количественной оценки механических потерь в центробежном компрессоре ГПА по данным прямого измерения мощности на силовом валу газотурбинных установок.
Практическая ценность работы. Разработанный в диссертации способ идентификации газодинамических характеристик газоперекачивающих агрегатов с использованием диспетчерской технологической информации и рекомендации по выбору рациональных режимов работы компрессорных станций и сбережению природного газа при технологических переключениях используются при диспетчерском управлении магистральным транспортом газа в ООО «Газпром трансгаз Уфа», что позволяет снизить расход топливного газа ГПА и собственные технологические нужды предприятия на 5%.
Результаты изложенных в диссертационной работе исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по дисциплине «Газотурбинные установки» по направлению подготовки студентов «Нефтегазовое дело» специализация «Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки».
Методы исследований. При выполнении работы применялись методы линейной алгебры, теоретические и методологические основы гидравлики и газовой динамики, методы теории термогазодинамики турбомашин, методы регрессионного анализа, методы статистических исследований.
Достоверность полученных результатов исследований определяется корректным использованием соответствующего математического аппарата, вычислительных программных комплексов, апробированных методик и средств измерений, системного анализа, обоснованностью принятых допущений и под-
тверждается удовлетворительным совпадением результатов расчета и экспериментальных (фактических) данных.
Основные защищаемые положения. Статистические модели расчета механических потерь в центробежном компрессоре и осевых компрессоров газотурбинных установок; модели для расчета режимов работы пылеуловителей и аппаратов воздушного охлаждения газа; способ выбора рациональных режимов работы системы «газотурбинная установка – центробежный компрессор» в составе газоперекачивающего агрегата; алгоритм оперативной диагностики осевого компрессора, включающий вновь полученные статистические аналитические модели.
Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на IV научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Эффективность транспортировки природного газа и перспективы развития газотранспортного предприятия, г.Уфа, декабрь 2008 г.; на VII научно-технической конференции молодых специалистов, г. Самара, 2009 г.; на VIII Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности», г. Москва, 2009 г.; на V Международной конференции «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами» DISCOM-2012, г. Москва, 24 октября 2012 г.; на VII Международной научно-практической конференции «Теоретические и практические аспекты развития современной науки», г. Москва, 3-4 апреля 2013 г.; на Международной научной конференции «Европейская наука и технологии», г. Мюнхен, (Германия), 2013 г.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе 9 статей в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий в соответствии требованиями ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций; содержит 189 страниц
машинописного текста, в том числе 39 таблиц, 100 рисунков, библиографический список использованной литературы из 128 наименований.
Перспективы энергоресурсосбережения при эксплуатации газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом на компрессорных станциях магистральных газопроводов
Транспортировка природного газа по МГ сопровождается изменением объемов перекачки во времени, что приводит к колебаниям параметров работы оборудования компрессорных станций. Перекачка плановых объемов газа осуществляется включением в работу необходимого количества ГПА. Суточная неравномерность газопотребления компенсируется регулированием частоты вращения ротора центробежных нагнетателей.
Эффективность транспорта газа [1, 4, 5, 26, 33] зависит как от режимов работы, так и от технического состояния оборудования компрессорных станций [10, 52, 64]. Эффективность работы КС определяется типом и состоянием ГПА [16, 53, 121].
Решению задач повышения энергетической эффективности работы ГПА, эксплуатируемых на МГ, посвящены работы Бикчентая Р.Н., Поршако-ва Б.П., Матвеева А.В., Лопатина А.С., Микаэляна Э.А., Рябченко А.С. (РГУ им. И.М. Губкина), Гриценко А.И., Одишария Г.Э., Ремизова В.В., Тер-Саркисова Р.М., Леонтьева Е.В., Цегельникова Л.С., Харионовского В.В., Захарова Е.В., (ВНИИГАЗ), Байкова И.Р., Шаммазова А.М., Галлямова А.К., Гаррис Н.А. (УГНТУ) и других авторов.
При изменении режимов транспортировки газа изменяются показатели эксплуатации ГПА. Величины эксплуатационных показателей ГПА в процессе эксплуатации должны находиться в пределах, установленных заводом-изготовителем [9]. Отклонение показателей работы от установленных значений служит признаком неисправности.
Контроль работоспособности агрегата представляет собой процесс установления соответствия между текущим техническим состоянием основных узлов и деталей ГПА и паспортными значениями путем измерения параметров, несущих диагностическую информацию [19, 20, 38, 39, 40, 65, 66].
Энергетическая эффективность магистрального транспорта газа в значительной степени зависит от обеспечения надежности ГПА в процессе эксплуатации. Вопросы обеспечения надежности эксплуатации ГПА, применяе 22 мых на объектах магистрального транспорта газа рассмотрены в ряде работ [3, 11, 12, 50, 68, 88, 105].
Проведение технической диагностики имеет важное значение для поддержания эффективности и работоспособности ГПА. Существуют различные методы технической диагностики.
В работе [44] изложены основные задачи и принципы технической диагностики ГПА. В соответствии с ГОСТ 20911-75 техническая диагностика - это отрасль знаний, исследующая техническое состояние объектов диагностирования и проявления технических состояний, разрабатывающая методы их определения, а также принципы построения и организацию системы диагностирования.
В работе [99] приводится методика, основанная на измерении элементного состава уходящих газов ГТУ. По составу оксидов углерода и азота, величине температуры рассчитываются стандартные отклонения показателей от базовых значений. Отклонения фактических параметров от базовых для каждого типа ГПА нормализуются, и по их величине принимается решение о проведении ремонта камер сгорания.
Изменение технического состояния ГПА на всем этапе эксплуатации определяется влиянием конструктивно-производственных факторов, формирующих начальный качественный уровень агрегатов. Влияние этих факторов проявляется на всех стадиях эксплуатации агрегатов.
В процессе эксплуатации изменение технического состояния ГПА происходит в последовательности от исправного до неработоспособного состояния. Влияние эксплуатационных факторов обуславливается условиями эксплуатации, окружающей средой, а также ремонтно-техническим обслуживанием, сказывается на отклонении показателей ГТУ от паспортных значений. Отклонение основных показателей ГТУ от базовых контролируется в динамике в процессе эксплуатации ГПА.
Все неисправности обусловлены причинами возникновения неисправностей, их характер отражается на параметрах работы ГТУ. Диагностические модели, построенные с учетом данной закономерности, позволяют контролировать состояние технического состояния ГПА на всех этапах жизненного цикла. Разработке диагностических моделей посвящено много работ, в т.ч. опубликованных в последнее время [29, 30, 95, 108].
В [29] приводятся модели для параметрического диагностирования основных узлов проточной части ГТУ. Метод представляет собой разновидность теплового расчета показателей ГТУ, начиная с определения физических характеристик природного газа, и включает использование (на основе заводских испытаний) эмпирических зависимостей баланса расходов, а также определение параметров состояния рабочего тела по сечениям установки на основе линейных зависимостей, полученных с использованием малых отклонений, и газодинамических функций.
Применяемые в настоящее время штатные средства контроля параметров работы ГПА [106, 109] обладают диагностическими возможностями, позволяющими контролировать техническое состояние следующих элементов оборудования: - камеры сгорания (прогары, коробления контролируются по изменению поля температур перед ТВД или за турбиной низкого давления (ТНД); трещины не контролируются); - ротора осевого компрессора (ОК) - трещины, разрушения, неурав новешенность не контролируются; - диска турбины высокого давления (ТВД) - торцовое биение не кон тролируется; - нагнетателей (подрезы лопаток, солевые отложения контролируются по снижению политропического КПД; разрушение колес контролируется по снижению перепада давления масло-газ); - подшипников (износ не контролируется; разрушение контролируется по изменению температуры); - лопаточного аппарата компрессора и турбины (забоины, трещины, разрушения не контролируются; загрязнение, износ можно контролировать по снижению приведенной мощности и КПД, а также по снижению КПД турбин и осевого компрессора).
Штатные контрольно-измерительные приборы (КИП) позволяют определить не менее 50% всех возможных дефектов ГПА [8], что подтверждает важность непрерывного контроля параметров работы агрегатов. Статистический анализ [2, 77, 78] накопленных трендов параметров позволяет идентифицировать развитие дефекта.
Теоретические подходы к контролю и анализу показателей эксплуатации [17, 18, 31] одинаковы для ГПА стационарного типа и для современных агрегатов, разработанных на базе ГТУ авиационного типа в силу их конструктивного сходства.
Для контроля температуры рабочего тела за турбиной ГТУ устанавливаются термопары [31]. Контролируя величину температуры выхлопа по всем установленным термопарам, строя эпюры температурного поля, оценивается состояние газовоздушного тракта.
Провалы температуры чаще всего бывают вызваны дефектами в переходных патрубках в виде трещин большой длины или обрыва части уплотни-тельных пластин. Эти дефекты вызывают изменение структуры теплового баланса горения.
Рекомендации заводов - изготовителей и накопленный опыт эксплуатации позволяют утверждать, что техническое состояние камеры сгорания можно считать удовлетворительным, если разность между любой из измеренных температур и средней температурой на выхлопе будет не более 20 С.
Основная опасность перекоса температурного поля заключается в неравномерности воздействия теплового потока на рабочие лопатки. Воздействие потока теплоты на металл вызывает в нем температурные деформации расширения при нагреве и сжатия при охлаждении, вследствие этого происходит вибрация ГПА при работе.
Анализ мероприятий по поддержанию надежности и эффективности газоперекачивающих агрегатов в процессе эксплуатации на основе построения статистических рядов распределений
Как следует из рисунка 2.6, зависимость КТС по мощности агрегатов ГТК-10-4 наиболее адекватно описывается экспоненциальной зависимостью вида: KNe = 0,78 +0,23-є"0 03 1, (2.11) где Т- наработка с начала эксплуатации ГПА, тыс.ч. Тем не менее, из представленных на рисунке данных видно, что присутствует существенный разброс экспериментальных данных, вызванный вариацией технического состояния агрегатов в межремонтные периоды времени. Разброс данных усиливается также погрешностью экспериментальных данных, используемых для расчета показателей КТС. Для сглаживания ха 62 рактеристик и выявления зависимостей КТС в межремонтные периоды работы ГПА применим метод порядковых статистик [71].
Суть метода заключается в следующем. Пусть f(x) - монотонно неубывающая функция х, при этом: y(x) = f(x) + , (2.12) где случайная величина Ъ, имеет произвольное распределение. Пусть некоторым образом выбраны п значений х, и принимая во внимание модель (2.12), им поставлены в соответствие п значений случайной величины у(х): х1,х2,...,хп,у1,у2,...,уп, (2.13) гдеyi=f(Xl) + , предположим, что значения хІ пронумерованы по возрастанию:
Если значения yi с самого начала были упорядочены, то уі=У(і) и в (2.16) имеет место знак равенства. В тех случаях, когда f(x) монотонно не возрастает, значения {у{} следует упорядочивать по убыванию. Принято обозначать через {щ} значения упорядоченные в направлении роста f(x). Приближение, полученное с помощью порядковых статистик, называют порядковым приближением.
При расчетах на ЭВМ удобно вместо переупорядочивания наблюдений использовать ранги наблюдений. Рангом наблюдения у, называется номер R(yO , который получает это наблюдение в упорядоченном ряду значений у(1).
Если все наблюдения имеют несовпадающие между собой значения, то их ранги как натуральные числа всегда распределены равномерно, независимо от того, каким было распределение исходных наблюдений. Если f(x) -монотонная функция, то ранги выборочных значений и функции просто совпадают: R(f(Xi)) = R(Xi).
Ремонты производятся через разные промежутки времени, поэтому коэффициенты а,Ь,с в аналитической зависимости будут индивидуальными для каждого межремонтного периода.
На рисунке рассмотрены только три межремонтных периода из-за недостаточности экспериментальных данных. На рисунке 2.8 представлена обобщенная характеристика изменения КТС по мощности в зависимости от общей наработки (Т) и наработки в межремонтные периоды
Таким образом, на основе проведенных исследований получено, что энергетическая эффективность ГПА, эксплуатируемых на КС, снижена, что связано с ухудшением их технического состояния. Получены зависимости изменения КТС по мощности в зависимости от наработки для ГПА типа ГТК-10-4, показана актуальность восстановления зависимостей при недостаточном количестве экспериментальных данных. 2.2 Анализ мероприятий по поддержанию надежности и эффективности ГПА в процессе эксплуатации на основе построения статистических рядов распределений
Для обеспечения работоспособности и повышения энергоэффективности ГТУ проводятся ремонты – текущий, средний, капитальный, аварийный. Ремонтные работы на агрегатах стационарного типа производятся в условиях компрессорного цеха силами производственно-технического предприятия.
Для того чтобы поддерживать ГПА в надлежащем работоспособном состоянии, регламентом предусматривается система периодического технического обслуживания и ремонта. В регламенте технического обслуживания и ремонта предусматриваются следующие виды работ: - техническое обслуживание на работающем агрегате после наработки 24 ± 1 ч, 700 ± 100 ч, 2000 ± 100 ч; - техническое обслуживание на остановленном агрегате через 4000– 6000 ч; - средний и капитальный ремонты через 12000 и 25000 ч. Для реализации системы техобслуживания и ремонта в конструкции ГПА предусматривается возможность осмотра сборочных единиц и деталей без вскрытия других элементов, имеющих более длительный межремонтный период.
Выше рассматривались ГТУ типа ГТК-10-4, которые находятся в эксплуатации довольно давно, несмотря на свои неплохие технико-экономические характеристики, агрегаты устарели морально и физически. Выработав свой установленный ресурс (100 тыс.ч.), агрегаты постепенно подвергаются замене на современные установки авиационного типа серии «Урал» производства ОАО НПО «Искра» и ООО «ИскраТурбогаз». Агрегаты поставляются в блочно-комплектном исполнении и варианте «реконструкция» для установки в общем машинном зале.
Совершенствование методики расчета располагаемой мощности газотурбинных установок для планирования технологических режимов
В разделе 3.1 рассмотрены лишь некоторые методы прогнозирования, которых насчитывается более 100. Конечно, можно рассмотреть все 100 существующих методов прогнозирования и выбрать наилучший, но применительно к температуре окружающей среды при использовании методов прогнозирования, основанных на рядах динамики, высокой погрешности прогноза избежать не удастся в силу месячной вариабельности параметра tа, имеющей некоторую неопределенность. Подобные задачи успешно решаются с помощью теории игр [28,60], которую можно применить и в данной задаче.
Целью данного раздела является разработка оптимальной стратегии расчета располагаемой мощности ГТУ при планировании, с учетом априорной информации распределения температуры атмосферного воздуха за предшествующие периоды времени c применением теории игр.
В данном случае задача имеет неопределенность и не содержит конфликтного содержания.
Проблемы в выборе температур в качестве базовых для расчета располагаемой мощности возникают в силу объективной действительности, связанной с «природой». Соответствующие ситуации называются «играми с природой» [70].
В играх с природой или нестратегических играх отсутствует конфликт между игроками, при этом одному игроку приходится принимать решение в зависимости от состояния природы, которое неизвестно или есть ориентировочные данные.
У противника «природы» нет стратегий, есть только предполагаемые состояния Рi. Природа в данном случае поступает как игрок, не имеющий конкретной цели, и выбирает очередной ход случайным образом. Пусть основной игрок (А) имеет m стратегий: А1, А2,...,Аm.
Выигрыш игрока А при каждой паре Аi, Рjзадан матрицей с элементами aij (таблица 3.6). Выигрыш aij при стратегии игрока Аi и при состоянии природы Рj может быть больше выигрыша аks при стратегии Ak и состоянии природы Ps не только за счет удачного выбора стратегии Ai игроком, а за счет того, что состояние природы Рj может быть выгоднее, чем состояние природы Рs.
При решении «игр с природой» вводится понятие риска, который показывает, насколько удачно выбрана стратегия в данной ситуации.
Риском игрока при пользовании стратегией АІ при состоянии природы Рj называется разность между максимальным выигрышем при состоянии Pj (который игрок получил бы, зная заранее состояние природы) и выигрышем при выборе стратегии Аі(при отсутствии априорно известного состояния природы), т.е. Гу = -а1Г (3.5) Следует обратить внимание на то, что при наличии доминирующей стратегии игрока А, которая дает больший выигрыш при любом состоянии природы, чем другие стратегии, эту стратегию и следует выбирать.
Рассмотрим конкретную задачу: при различных состояниях окружающей среды, при эксплуатации ГТУ имеются определенные стратегии выбора режима работы по мощности, которые могут быть заданы матрицей выигрышей (таблица 3.7):
В «играх с природой» существуют напоминающие принцип минимак-са подходы выбора оптимального решения: получение максимального выигрыша или осуществление минимального риска. Если вероятности состояний «природы» рi, ..., рпизвестны или могут быть определены, то возникает стохастическая задача, для решения которой можно воспользоваться критерием Лапласа. Выбирается стратегия игрока против природы, максимизирующая математическое ожидание его выигрыша.
Предположим, что все состояния природы равновероятны, т.е. в данном случае все вероятности будут равны pj=1/12, воспользуемся критерием Лапласа.
Для каждой стратегии определим средний выигрыш и найдем его максимум, получим 9768,9, для стратегии А2. Рассчитаем средние риски для каждой из стратегий и найдем, что при стратегии А2 средний риск минимален.
Таким образом, стратегия А2, определяющая максимальный средний выигрыш, дает и минимальный средний риск, равный 153,5.
Резервирование ГПА на КС позволяет поддерживать надежность перекачки газа на определенном уровне. При планировании схем включения агрегатов в зависимости от объемов перекачки необходимо предусматривать наличие резервирования. Целью данного раздела является рассмотрение различных схем резервирования с точки зрения теории надежности. Различают следующие основные схемы резервирования технических систем [89]: - дублированные системы с постоянно включенным резервом - рисунок 3.10а; системы с резервом замещением - рисунок 3.10б; мажоритарные системы кратности 1/2 - рисунок 3.10в.
Разработка показателей дифференциации технического состояния газоперекачивающих агрегатов, применяемых для оценки энергоэффективности групп газоперекачивающих агрегатов
Направления повышения энергетической эффективности агрегатов определяются на основе оценки технического состояния ГГПА и анализа эффективности режимов компримирования газа.
Для оценки эффективности расходования природного газа на собственные технологические нужды и потери компрессорного цеха используются локальные и системные показатели энергоэффективности.
Показатели локальной энергоэффективности определяются как отношение расхода топливно-энергетического ресурса на единицу политропной работы сжатия компрессорного цеха. Показатели системной энергоэффективности определяются как отношение расхода топливно-энергетического ресурса на единицу эквивалентной товаротранспортной работы (ТТР).
Группа показателей рекомендуемых в методике [103] позволяет произвести оценку энергоэффективности объекта только с точки зрения расходования топливно-энергетических ресурсов. Влияние надежности на энергетическую эффективность работы оборудования показатели не учитывают. Поэтому представляет интерес разработка методики расчета дополнительных показателей энергоэффективности, учитывающих надежность оборудования компрессорного цеха.
Газотурбинным ГПА свойственны отказы, взамен отказавшего агрегата в работу включается резервный агрегат. В результате, кратковременно происходит сокращение производительности газопровода, а компенсация расхода осуществляется за счет изменения запаса газа в газотранспортной системе. При восстановлении технологического режима перекачки газа расход газа на собственные нужды увеличивается.
Объемы перекачки газа непостоянны и меняются в зависимости от установленных планов транспорта газа. Для перекачки плановых объемов газа в работе обычно находится несколько агрегатов (два или три) при оснащении цеха ГПА с полнонапорными нагнетателями, поэтому при разработке показателей будем рассматривать КЦ как систему, включающую несколько ГГПА, находящихся в работе.
Для оценки эффективности функционирования такой технической системы из ГГПА, работающих по схеме в «параллель», применим метод оценки надежности технических систем длительного действия [84].
Для системы, состоящей из п независимых элементов, каждый из которых может находиться в двух состояниях (работоспособности и отказа). Расчетная формула имеет следующий вид: где Ф0- условный показатель эффективности функционирования системы при условии, что ни один из элементов не отказал в интервале [t,t+to]; ФІ(ХІ) - условный показатель эффективности функционирования системы при условии, что отказал только і-й элемент, причем отказ его произошел в момент времени x{(t х{ t +10); 142 Фц(х1;х - условный показатель эффективности функционирования системы, при условии, что отказали і-й и j-й элементы, причем отказы их произошли в моменты времени ХІ и Xj соответственно (t Xi t+to,t Xj t+to); Н0 - вероятность того, что ни один из элементов системы не откажет в течение интервала [t, t +10 ]. Рассмотрим пример оценки эффективности функционирования системы из 2-х ГГПА для КЦ-2. На КС установлены агрегаты с газотурбинным приводом типа ГТК-10.
Во второй главе диссертации получен график распределения отказов ГПА с приводом типа ГТК-10 в зависимости от наработки после капитального ремонта, полученный по экспериментальным данным.
С учетом экспериментальных данных установлен экспоненциальный закон распределения отказов. Экспоненциальное распределение с параметром интенсивности отказов X имеет плотность вероятности:
Произведя вычисления по формуле (4.14), получим среднюю пропускную способность системы 40,3 млн.м3/сут. (наработка ГПА - 4 тыс.ч), при возможной пропускной способности в случае безотказной работы равной 58 млн м3/сут. Поддержание плановых объемов перекачки осуществляется включением в работу резервного агрегата.
Следовательно, можно заключить, что эффективность функционирования системы при наработке 4 тыс.ч. снижается на 30,5%. При наработке 25 тыс.ч. эффективность функционирования системы снижается на 82%, при известном законе распределения отказов.
В условиях эксплуатации эффективность функционирования КС с газотурбинным приводом поддерживается за счет резервирования ГПА и реализации системы ППР.
На основе исследований, проведенных в четвертой главе, могут быть сформулированы следующие выводы:
1) Предложен и обоснован способ применения контрольных карт Шу-харта для характеристики КТС по мощности ГПА. Способ позволяет выделять развитие неисправности по виду тренда показателя путем исключения случайных составляющих в расчетных значениях обусловленных погрешностями измерительных приборов и пульсациями потока рабочего газа в проточной части ГТУ.
2) Предложены показатели дифференциации ГПА по уровню технического состояния (KL, Kd, КД), определяемые для групп ГПА по предварительно рассчитанным совокупностям КТС по мощности, топливному газу ГТУ и ЦБН, характеризующие степень различия уровня технического состояния ГПА в группах, исключающие влияние отдельных доминирующих признаков на оценку среднего уровня технического состояния групп ГПА.
3) Проведенный анализ показал, что тенденция изменения показателей (KL, Kd, КД) является закономерной с высокой степенью взаимосвязи, поэтому коэффициенты могут применяться как взаимодополняющие при анализе. В ходе анализа выявлены некоторые особенности применения показателей. Коэффициент Джини является интегральным коэффициентом дифференциации и удобен с точки зрения графического представления различия, например, в системах мониторинга. Децильный коэффициент и коэффициент фондов удобны при изучении закономерностей дифференциации КТС ГПА в группах, проводимых по интервальным оценкам.
4) Предложен коэффициент Ех, характеризующий эффективность функционирования системы из ГПА на компрессорной станции, учитывающий эффективность и надежность работы агрегатов. Получено, что эффективность функционирования ГПА типа ГТК-10, оцененная по величине Ех в течение межремонтного периода 25 тыс.ч. снижается на 82% при известном законе распределения отказов оборудования.