Современные методы энергоаудита турбоагрегатов

Современные методы энергоаудита турбоагрегатов

Шамеко С.Л., Докукин В.Н.

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий

В статье рассмотрены вопросы автоматизации газодинамических испытаний стационарных турбокомпрессорных агрегатов в условиях эксплуатации. Предложен новый способ сбора и обработки опытных данных в режиме реального времени с использованием современных АСУ химических и нефтехимических предприятий. Апробирована уточненная методика пересчета газодинамических характеристик многоступенчатых турбокомпрессоров на иные начальные условия.

Ключевые слова: энергоаудит, турбокомпрессоры, газодинамические испытания.

Modern methods of turbine energy audit

S.L. Shameko, V.N. Dokukin St. Petersburg State University Refrigeration and Food Engineering

The article shows the automatization of gas-dynamic testing of stationary turbo units in operation. A new method of collecting and processing experimental data in real time is using advanced process of control in chemical and petrochemical plants. Tested the improved method of conversion of gas-dynamic characteristics of multistage turbochargers for other initial conditions.

Key words: Energy Audit, turbochargers, gas-dynamic tests.

В настоящее время большая часть турбокомпрессорных агрегатов, используемых в разнообразных технологических линиях и производствах, находится в работе на протяжении нескольких десятков лет и не соответствует требованиям экономичной и безопасной работы. В связи с этим довольно остро стоит проблема экономии энергоресурсов и повышения надежности агрегатов. Для решения этих задач необходимо располагать данными о фактическом состоянии машины, что достигается проведением газодинамических и механических испытаний агрегата в условиях эксплуатации. Отметим, что отклонение рабочих режимов от паспортных обусловлено не только физическим старением машин, но и несоответствием начальных параметров (начальной температуры tn, начального давления pn, состава газа и т.д.) расчетным значениям.

На большинстве предприятий технические возможности стационарных систем управления и контроля технологическими процессами (АСУТП) позволяют собирать и обрабатывать необходимую информацию в режиме

1

реального времени непосредственно в период испытаний турбоагрегатов (рис.1).

Рис. 1 Газодинамическая мнемосхема турбоагрегата

Система сбора и обработки опытных данных в режиме реального времени представляет собой портативный программно-измерительный комплекс, состоящий из ноутбука с установленной SCADA <^т^-рго» и коммуникаций для подключения к стационарной АСУТП (рис.2).

Рис.2 Связь программно-измерительного комплекса со стационарной АСУТП и

объектом испытаний

В программном обеспечении «Winlog-pro» реализованы алгоритмы обработки опытных данных и пересчета газодинамических характеристик неохлаждаемых секций центробежных компрессоров на номинальные начальные условия. За основу приведения опытных данных к номинальным начальным условиям нами принята методика, разработанная проф. В.Ф. Рисом [1]:

Па

Объемная производительность секции по условиям всасывания: Q0 = — Q;

П

Повышение температуры секции: лТ0 =

кп

(

Па

П

к (к 0 -к о (к - 1К 2 о

ЛТ;

Число политропы: а 0 =

л,

Отношение давлений секции: в 0 =

С

1 + -

ЛТ

\а0

Т

н0

(

Внутренняя мощность секции: #г0 = — i Рн0N ,

i п ) р н

где подстрочным индексом 0 обозначены параметры приведения, а все обозначения соответствуют принятым в монографии [1].

Для определения действительного расхода по показанию прибора вносится соответствующая поправка:

Qg( 0) =

1

р *

Р *

0) =

V

Р0Т2

РТ0 2 0

где Qg - расход газа, приведенный к стандартным условиям, то есть к 0 С и 760 мм.рт.ст., либо к 200С и 760 мм.рт.ст.;

рй - плотность газа, приведенная к соответствующим стандартным условиям.

Параметры с подстрочным индексом 0 соответствуют действительным параметрам газа, а без индекса - параметрам, участвующим в расчете сужающего устройства.

Обработка опытных данных в режиме реального времени по заданным алгоритмам позволяет отображать фактический режим работы на прогнозируемых газодинамических характеристиках турбоагрегата в течение всего периода проведения эксплуатационных испытаний (рис.3).

Рис.3 Газодинамические характеристики турбоагрегата в период испытаний

2

3

Отметим, что вышеописанная методика приведения опытных данных к номинальным начальным условиям справедлива лишь для одиночной ступени центробежного компрессора, а для многоступенчатых проточных частей (неохлаждаемых секций) является весьма приближенной [2]. Однако, структура SCADA системы, используемой в программно-измерительном комплексе, обладает возможностью «наращивания» уже реализованных алгоритмов, что позволило применить уточненную методику, предложенную проф. Г.Н. Деном [2,3], и апробированную авторами на ряде натурных компрессоров [4].

Использование программно-измерительного комплекса в период газодинамических испытаний турбоагрегата позволяет в режиме реального времени:

- оценить энергетическую эффективность работы агрегата;

- сравнить фактические режимы работы с гарантийными характеристиками;

- контролировать положение рабочей точки относительно расчетной кривой (возможность отстройки от помпажа, торможения и других нестационарных режимов);

- контролировать вибрационное состояние опор агрегата;

- оценить износ механических и уплотнительных узлов.

По результатам газодинамических и механических испытаний выполняется полный анализ фактической работы турбокомпрессорного агрегата. В зависимости от требований Заказчика разрабатываются рекомендации по:

• снижению удельного энергопотребления;

• повышению/снижению производительности агрегатов;

• замене существующего оборудования;

• повышению надежности турбомашин.

Список литературы:

1. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины.- Л.:'Машиносгроение",1981, - 351 с.

2. Ден Г.Н. Проектирование проточной части центробежных компрессоров. -Л.:"Машиностроение", 1980.

3. Ден Г.Н., Куликов В.М. О критериях подобия при сжатии реальных газов, моделирование проточных частей и пересчет газодинамических характеристик ЦКМ на иные условия работы // Турбины и компрессоры. №1,2-2000, с.49-51.

4. Шамеко С.Л., Докукин В.Н. (СПбГУНиПТ, Санкт-Петербург) Использование информационных технологий при оценке энергетической эффективности турбоагрегатов // Труды V международной научно-технической конференции «НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ И ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В XXI ВЕКЕ», 2011, с.69.