УДК 621.31

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ГЕНЕРИРУЮЩИХ АГРЕГАТОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ В КАЧЕСТВЕ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЯ ПОПУТНЫЙ НЕФТЯНОЙ ГАЗ

Турышева Анна Вахтанговна
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
кандидат технических наук, ассистент кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики

Аннотация
В данной статье рассмотрены существующие электроприводы, способные использовать в качестве энергоносителя попутный нефтяной газ. Выполнен анализ газопоршневых и газотурбинных установок, выявлены их основные достоинства и недостатки. Представлены характеристики микротурбинных агрегатов, определены области рационального использования.

Ключевые слова: газопоршневые установки, газотурбинные установки, микротурбинные агрегаты., объекты нефтегазодобычи, попутный нефтяной газ


ASSESSMENT OF EFFICIENCY OF USE OF THE GENERATING UNITS USING AS THE ENERGY CARRIER ASSOCIATED PETROLEUM GAS

Turysheva Anna Vahtangovna
National mineral resources university (university of mines)
PhD of Technical Sciences: Assistant of the Electric Engineering, Electrical, Energetics and Electromechanics Department

Abstract
In this article the existing electric drives, capable to use of the energy carrier in the form of associated petroleum gas. The analysis of gas reciprocating unit and gas-turbine power plant is made, their main merits and demerits are revealed. Characteristics of microturbine units are submitted, areas of rational use are defined.

Keywords: areas of oil and gas extracting, associated petroleum gas, gas-turbine power plant, microturbine unit, reciprocating unit


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Турышева А.В. Оценка эффективности применения современных генерирующих агрегатов, использующих в качестве энергоносителя попутный нефтяной газ // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 5. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/05/35060 (дата обращения: 29.09.2017).

В настоящее время основными электроприводами для электростанций собственных нужд объектов нефтедобычи с энергоносителем в виде попутного нефтяного газа являются: газопоршневые и газотурбинные двигатели.

Поскольку применение сернистого газа в качестве топлива, способствует выходу из строя агрегата, образованию нагаров, отложений,  приводит к возникновению коррозии металлов, эрозии в газоподводящей системе, возникает необходимость осуществлять предварительную очистку попутного нефтяного газа.

Такие воздействия нельзя снизить путем применения масел с высоким общим щелочным числом или заменой масла. В настоящее время существует много способов, которые позволяют снизить содержание сероводорода в топливном составе, например химические активные фильтры, реактивные слои и растворы. Однако, применение данных средств неэффективно после истощения реактивных химических элементов. Даже недолговременная эксплуатация электропривода с применением высокосернистого газа способна вывести из строя агрегат, повредив его составные части.

Для газопоршневых агрегатов допустимое содержание сероводорода в топливе должно быть не более 0,1% [Сердюкова , с. 14], поэтому использование этого типа генерирующего агрегата в качестве источника питания для покрытия электрических нагрузок нефтяного месторождения сопряжено с дополнительными затратами на систему очистки попутного нефтяного газа. На рисунке 1 представлена система очистки ПНГ, реализованная компанией «Татнефть»:

 

Рисунок 1 – Система очистки попутного нефтяного газа

Основным преимуществом газотурбинных агрегатов является: отсутствие детонационных явлений, возможность эксплуатации при повышенном содержании сероводорода в топливном газе (в газотурбинных установках OPRA до 5%, Capstone до 7%).

Характеристики микротурбинных агрегатов сведены  в таблицу [Пожидаев, с. 29, ].

Таблица 1 – Характеристики микротурбинных агрегатов

Компания

Capstone Turbine Corporation

Toyotaturbine and system

Capstone Turbine Corporation

Ingersoll-Rand Energy System

Honeywell Power  Systems

Bowman power

Bowman power

Elliott Energy Systems

Turbec

Capstone Turbine Corporation

Ingersoll-Rand Energy System

Производитель

США, Калифорния

Япония

США, Калифорния

США,

Нью-Гемпшир

США

Великобритания

Великобритания

США, Флорида

Великобритания, Хэмпшир

США, Калифорния

США, Нью-Гемпшир

Модель

C30

TPC-50R

С65

МТ70

Parallon 75

Turbogen TG80RC-G

Turbogen TG80SO-G

TA100 CHP

T100

С200

MT250

Электрическая мощность, кВт

30

50

65

70

75

80

80

100

100

200

250

Тепловая мощность, кВт

60

-

120

92

90

216

136

172

155

250-375

263-366,3

Электрический КПД, %

26

12,6

29

28

28,5

22-28

28

29

30

34

30

Частота вращения ротора, (об/мин)

96000

80000

96000

-

85000

68000

68000

68000

70000

60000

45000

Вид топлива

природный газ, пропан, бутан, попутный газ, биогаз, шахтный или коксовый газ, пиролизный газ, древесный газ

природный газ, керосин, сжиженный нефтяной газ, LPC

природный газ, пропан, бутан, попутный газ, биогаз, шахтный или коксовый газ, пиролизный газ, древесный газ

природный газ

природный газ, дизельное топливо, керосин или пропан

природный газ, пропан, бутан

Природный газ, пропан, бутан

природный газ

природный газ, биогаз, дизтопливо, керосин, метанол, LPC

природный газ, керосин, дизель, попутный газ

природный газ

Расход топлива, м3/час

12

22

23,7

25

30

28

32,8

33,3

65

76,9

Давление топлива на входе, бар (изб.)

3,8–4,1 (без компрессора)

0,01–1,0

0,015-0,025

4,5 (без компрессора)

0,20

0-0,01

5,17 – 5,86

4,1-5,6

4,1-5,6

0,034-0,345

0,02-1,0

0,02-5,3

13,79

NOx, при 15% O2, ppm

< 9

9 (16% O2)

< 5

<3

<50 в день

<25

25

<24

<15

< 9

5-9

Габариты (Д*Ш*В), мм

1524*762*1956

1000*2100*1850

1956*762*1931

1810*10800*2220

2334*1219*2163

3100*880*1920

2180*880*1920

3100*850*1930

2770*900*1810

3660*1700*2490

3354*2169*2278

Масса, кг

405

2000

758

2200

1295

1930

1350

1860

2250

3180

5440

Как видно из таблицы диапазон электрических мощностей составляет 30-250 кВт, тепловых 60-366 кВт. Коэффициент полезного действия газогенераторных установок различных фирм-производителей находится в пределах 12,6-34%. Частота вращения ротора находится в диапазоне 45000-96000 об/мин. Основным типом топлива является природный газ, однако, для ряда газотурбинных установок, компаниями предложены модификации позволяющие с использовать газ с содержанием агрессивных компонентов. В настоящее время, компанией  Capstone Turbine Corporation разработаны микротурбинные установки с номинальной электрической мощностью до 1000кВт.

Для большинства представленных в таблице установок генератором является синхронная машина с постоянными магнитами. Понижающий редуктор является связующим звеном между генератором и нагрузкой в агрегатах компаний Ingersoll-Rand Energy System, Toyota turbine and system.  Другие производители изготавливают газотурбинные установки, в которых осевой компрессор, турбина, нагрузка имеют одинаковую частоту вращения, так как находятся на одном валу. Основной проблемой, связанной с применением высокочастотного синхронного генератора, является выработка электроэнергии с повышенной частотой тока, что приводит к необходимости согласования величин напряжений генератора и нагрузки. Кроме того, для выхода привода в генераторный режим необходимо выбрать рациональный способ пуска, обеспечивающий безопасную и долговременную работу агрегата.

Газогенераторы фирмы OPRA и Capstone получили наиболее широкое распространение, по сравнению с другими газовыми генерирующими агрегатами. Недостатком применения микротурбин OPRA является более сложное конструктивное исполнение: значительное количество подшипников качения,  необходим сжатый воздух на регулирующие клапана, наличие нагрузочных устройств и пускового дизель-генератора. Применение  генераторных устройств OPRA, использующих в качестве энергоносителя попутный нефтяной газ, оправданно в условиях генерации больших мощностей и наличии больших объемов попутного нефтяного газа. В условиях малых компаний целесообразно использование газогенераторов Capstone. Микротурбины Capstone имеют более гибкую возможность регулирования мощности, отсутствие необходимости создания большого парка емкостного оборудования газоподготовки.


Библиографический список
  1. Сердюкова А. Микротурбинные энергоцентры для утилизации ПНГ на объектах ОАО АНК ≪Башнефть» // Химическая техника.  2014. №3. С.14-17.
  2. Пожидаев В.М. Микрогазотурбинные электроагрегаты – новое направление в малой энергетике // Академия энергетики.  2005. №4. С. 26-33.
  3. Sakai Ryo Development Of A High-Efficiency 50kw Micro Gas Turbine Cogeneration System / Ryo Sakai, Toho Gas Co., Koji Ishibashi, Toho Gas Co., Akio Mori, Toyota Turbine and Systems Inc. URL: http://www.igu.org/html/wgc2003/WGC_pdffiles/10462_1045532585_19253_1.pdf (дата обращения: 26.05.2014)


Все статьи автора «Турышева Анна Вахтанговна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: