Разработка технических решений повышения надежности и экологичности газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций 25. 00. 36 Геоэкология

жүктеу 2,16 Mb.

бет	6/6
Дата	16.02.2020
өлшемі	2,16 Mb.
	#29201
түрі	Автореферат

1 2 3 4 5 6

Рисунок 8 – Схема формирования комплексного критерия

оценки экологических решений

На первом этапе формирования комплексного критерия оценки экологических решений происходит ознакомление с исходными показателями П_ijосуществляется расчет частных (экспертных) оценок показателей П_ij_эксп, формируются значения показателей сравнения х_ij, которые представляют собой желаемые значения величин П_ij (рисунок 8). Происходит структурирование исходных показателей по введенным нами обязательным обобщенным блокам оценки у_ij = f (П_ij_, П_ij_эксп). Значения П_ij_эксп могут либо совпадать, либо отличаться от официально декларируемой информации. Если различия после рассмотрения всей имеющейся информации неустранимы, на дальнейших этапах формирования комплексной оценки используются П_ij_эксп.

Формирование показателей сравнения х_ij обеспечивает повышение доказательности и результативности итоговых замечаний, рекомендаций и предложений и исключение субъективного фактора экспертной оценки. На следующем шаге формирования комплексного критерия оценки экологических решений (рисунок 8) путем обобщения детальных частных экспертных оценок осуществляется расчет обобщенных частных экспертных оценок К^ч= f (d_ij) по обязательным блокам оценки ψ_ij.

Затем, по группам оценки L происходит формирование групповых экспертных оценок экологических решений К_L^гр = f(K^ч). И, наконец, путем обобщения полученных групповых оценок формируется окончательная сводная оценка экологических решений К^ит = f (К_L^гр) и делается вывод о возможности или невозможности реализации оцениваемого объекта в целом или принятии или отклонении рассматриваемого решения в частности.

Пользуясь методом экспертных оценок, можно вывести шкалу оценки экологических решений, согласно которой, если значение комплексного критерия оценки экологических решений не превышает 0,40, то предлагаемое решение должно быть отклонено, если значение попадает в пределы от 0,40 до 0,70, то решение должно быть доработано и подвергнуто новой оценке. Если значение критерия находится в пределах от 0,70 до 1,00, то решение может быть реализовано с учетом выполнения экспертных рекомендаций и предложений на последующих этапах его осуществления.
Заключение
Краткие выводы по результатам работы:

1. На основе анализа литературы и лабораторных исследований выявлено преимущество фронтового устройства со встречно-закрученными струями для подавления NOx в камерах сгорания газотурбинных установок.

2. С целью повышения надежности, экологичности и экономичности ГПА предложены технические решения отдельных узлов (новая модернизированная горелка со встречно-закрученными струями, винтовое уплотнение, металлокерамическое уплотнение) газотурбинного и вспомогательного оборудования и выработаны рекомендации их использования.

3. На лабораторном стенде экспериментально исследованы различные физические модели фронтовых устройств камер сгорания с лопатками при разных углах закрутки и получены наиболее рациональные геометрические, аэродинамические характеристики.

4. Разработана методика расчета выбросов NOx, учитывающая схему модернизации действующих камер сгорания, которая позволит выбрать рациональные теплотехнические параметры и на стадии проекта модернизации определить экологические показатели камеры сгорания ГТУ.

5. Проведенные натурные испытания на камерах сгорания ГПА компрессорных станций УМГ «Атырау» подтвердили корректность предложенной методики расчетов выбросов NО_х для горелок со встречно-закрученными струями.

6. Проведен аналитический обзор отечественных и зарубежных широко используемых теплообменных аппаратов в ГПА и выявлено преимущество трубчатых и змеевиковых регенераторов по надежности, экологичности в сравнении с пластинчатыми.

7. Предложена новая конструкция рекуператора, которая повышает степень регенерации ГТУ до 0.82 и снижает выбросы тепла в атмосферу на 2% .

8. Предложено уравнение для расчета теплоотдачи в межтрубном пространстве змеевикового регенератора и разработана методика инженерного расчета теплопередачи аппарата.

11. Предлагается методика комплексной оценки экологической эффективности технических решений.

12. Показан, что эколого-экономический ущерб после реализации предложенных мероприятий снизится на 60 млн. тенге в расчете на одну компрессорную станцию.

Оценка полноты решений поставленных задач. Поставленная цель работы достигнута, и задачи исследований полностью решены. Результаты исследований приняты для внедрения в производство, что подтверждает достоверность основных выводов и положений.

Рекомендации и исходные данные по конкретному использованию результатов работы. Для конкретного использования результатов исследований предложены: методика расчета образования оксидов азота для камеры сгорания; рекомендации при реконструкции и модернизации существующих камеры сгорания, регенератора и других узлов газоперекачивающих агрегатов; методика комплексной оценки экологической безопасности работы компрессорных станций.

Результаты исследований могут быть использованы при проектировании экологически чистых камер сгорания газотурбинных установок, для повышения общего к.п.д., снижения выбросов тепла в окружающую среду и для оперативной оценки экологической безопасности работы ГПА, а также ВУЗами при подготовке инженеров-экологов.

Технико-экономическая оценка эффективности внедрения. Ожидаемый эколого-экономический эффект от внедрения разработок составляет порядка 60 миллионов тенге в год в расчете на одну компрессорную станцию.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Работ, посвященных теории и практике оценки экологической безопасности работы газотурбинных установок газоперекачивающих станций недостаточно, и решают проблемы только узко направленных задач. Данная работа по своему научному уровню соответствует лучшим достижениям в данной области, содержит хорошую теоретическую основу, лабораторные и промышленные эксперименты.
Список опубликованных работ по теме диссертации

Усеров А.Г., Достияров A.M., Кибарин А.А. Наушиев Т.Е., Толумбаев А.З., Туманов М.Е. Сравнительная оценка технического состояния турбомашин ГПА-750-6М в условиях эксплуатации на магистральных газопроводах // Актуальные проблемы экологии: материалы 2-й Междунар. науч.-практ. конф. Ч. 1. – Караганда: Изд-во КарГУ, 2003. – С. 83-87.
Достияров A.M., Кибарин А.А., Наушиев Т.Е., Толумбаев А.З., Усеров А.Г. Результаты исследования камеры сгорания ГТ-750-6 на компрессорной станции Кульсары магистрального газопровода «Средняя Азия – Центр» // Железнодорожный транспорт Казахстана: история и перспективы экономического роста: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (27-28 апреля 2004 г.). КазАТК им. М. Тынышпаева. – Алматы, 2004. – Т. 2. – С. 302-304.
Достияров A.M., Кибарин А.А., Майсутов Т.Б., Усеров А. Г., Достиярова А.А. Исследование ГПА типа ГТК-10-4 в условиях эксплуатации на КС «Макат» УМГ «Атырау» // «Железнодорожный транспорт Казахстана: история и перспективы экономического роста», посвящ. 100-летию железной дороги Казахстана и 125-летию со дня рождения М. Тынышпаева: материалы 4-й Междунар. науч.-практ. конф. КазАТК им. М. Тынышпаева. – Алматы, 2004. – Т. 4. – С. 22-23.
Достияров A.M., Кибарин А.А, Наушиев Т.Е., Толумбаев А.З., Туманов М.Е., Усеров А. Г. Основные результаты исследования технического состояния газотурбинных установок ГПА-750-6 в условиях эксплуатации на магистральных газопроводах // Экология и нефтегазовый комплекс: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Атырауский ин-т Нац. Инж. Акдемии РК. – Атырау, 2004. – С. 359-366.
Достияров A.M., Майсутов Т.Б., Усеров А. Г. Анализ исследований по выбросам токсичных компонентов ГПА типа ГТК-10-4 в условиях эксплуатации на КС «Макат» УМГ «Атырау» // Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях: материалы 5-й Междунар. науч.-практ. конф. (сентябрь 2006 г.). АИЭС. – Алматы, 2006. – С. 37-39.
Достияров A.M., Наушиев Т.Е., Кибарин А.А., Туманов М.Е., Усеров А. Г. Исследование ГПА типа ГТК-10-4 в условиях эксплуатации на КС «Макат» УМГ «Атырау» // Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях: материалы 5-й Междунар. науч.-практ. конф. (сентябрь 2006 г.). АИЭС. – Алматы, 2006. – С. 39-43.
Достияров A.M., Майсутов Т.Б., Усеров А. Г. Модернизация фронта камеры сгорания ГТУ компрессорных станций // Ауезовские чтения – 6: тр. Междунар. науч.-практ. конф. ЮКГУ им. М. Ауезова. – Шымкент, 2007. – Т. 9. – С. 135-140.
Усеров А. Г. Расчет выхода NOx в камерах сгорания ГТУ// Наука и образование Южного Казахстана. Сер.: экология и рациональное использование природных ресурсов. ЮКГУ. – Шымкент, 2008. – №3(68). – С. 54-57.
Усеров А. Г. Экологическая реконструкция старых типов ГТУ на магистральном газопроводе // Ежеквартальный журнал: Вестн. ТашИИТ. Республика Узбекистан. – Ташкент, 2009. – № 1. – С. 44-48.
Усеров А. Г., Шалбаев К. К. Повышение эффективности работы газоперекачивающих агрегатов и пути снижения выбросов теплоты в окружающую среду // Вестн. ТарГУ. – Тараз, 2009. – № 1. – С. 57-61.
Усеров А. Г., Шалбаев К. К. Используемые аппараты и разработка новых эффективных регенераторов ГПА для повышения к.п.д. и утилизация высокопотенциальной теплоты с целью снижения выбросов в атмосферу // Вестн. Нац. АН РК. – Алматы, 2009. – № 2. – С. 60-65.
Предпат. 2009/0010.1 РК. Теплообменный аппарат / Усеров А. Г., Достияров A. M., Шалбаев К.К., Аспандияров К. Б.; опубл. 2009.

Тұжырым
Өсеров Асхат Ғабдуалиұлы
Сығымдағыш стансалардың газ айдау

агрегаттарының сенімділігін және экологиялылығын

арттырудың техникалық шешімдерінің әзірлемесі
25.00.36 – Геоэкология
Газ құбыр қондырғыларын қолданудың келешегі олардың тиімділігі мен оларға қоршаған ортаға NO_x, CO₂уытты газдарын, сондай-ақ қоршаған ортаға жоғары температуралы газдарды шығаруы бойынша қойылатын талаптарды қанағаттандыруымен айқындалады. Сондықтан қазіргі уақытта жану камерасында аз уытты жанарғыны және атмосфераға жылудың шығуын азайту үшін тиімді жылуалмасу аппараттарын әзірлеу негізгі міндет болып табылады.

Зертеудің міндеті – газ құбыр қондырғыларының атмосфераға зиянды заттарды шығаруын азайту және сенімділігін арттыру үшін техникалық шешімдердің ұсыныстарын әзірлеу және зерттеулер жүргізу; аз уытты жану құрылғысын әзірлеу, оларды пайдалану бойынша нұсқаулықтар беру және азот оксидінің пайда болу есебінің әдістемесін әзірлеу; ГҚА жылуалмастырғы-шының тиімділігін арттыру бойынша техникалық шешімдерді әзірлеу және иректүтік типті регенераторлар үшін есептік теңдеулерді жетілдіру; техникалық процестердің экологиялық тиімділігін кешенді бағалау әдістемесін әзірлеу.

Жұмыстың мақсаты – ГҚҚ сенімділігін арттыру бойынша техникалық шешімдерді әзірлеу, сығымдағыш стансалардың газ айдау агрегаттарының атмосфераға зиянды шығарындысын азайту және қоршаған ортаға жылудың шығарылуын азайту.

Зерттеу әдістері. Ұқсас теориялардың әдістері, аналитикалық әдістер, эксперименттік зерттеу, сондай-ақ программалық қамтамасыз ету әдістері пайдаланылды. Эксперименттік зерттеулер зертханалық және өндірістік жағдайларда жүргізілді.

Жұмыстың ғылыми жаңалығы: газ айдау агрегатының сенімділігі мен экологиялылығын арттыру үшін қарсы-бұраушы ағыны бар жаңғыртылған жаңа жанарғысы және ГҚК сығымдағышында бұрамалы, металл керамикалық тығыздағыш ұсынылды; қарсы бұраушы ағыны бар жанарғылы құрылғыларда табиғи газды жағу кезінде эксперименттік жаңа деректер және жанудың жаңғыртылған камерасында өнеркәсіптік сынақтардың нәтижелері алынды; жаңадан фронттық құрылғысы бар ГҚҚ жану камерасының ұтымды геометриялық және аэродинамикалық параметрлері табылды; жану камерасының зиянды шығарындысын есептеудің және техникалық шешімдердің экологиялық тиімділігін кешенді бағалаудың әдістемесі әзірленді; регенератордың жоғары тиімді жаңа құрастырылымы, сондай-ақ иректүтік типті жылуалмастырғыштың инженерлік есептеу әдістемесі мен теңдеуі ұсынылды.

Жұмыстың практикалық құндылығы. ГҚА-ның сенімділігін, экологиялылығын және үнемділігін арттыру мақсатында газ құбыр және қосымша жабдықтардың жекелеген түйіндерінің техникалық шешімі ұсынылды және оларды пайдаланудың ұсыныстары жасап шығарылды.

Қарсы бұраушы ағыны бар фронттық жаңа құрылғы сипаттаманы жақсартады, жану камерасының ұзындығын қысқартады және уытты элементтердің: NO_X, CO және С_ХН_У шығуын едәуір азайтады.

Ұтымды жылутехникалық параметрлерді таңдауға және жаңғырту жобасы кезеңінде ГҚҚ жану камерасының экологиялық көрсеткіштерін анықтауға мүмкіндік беретін Nox шығарындысын есептеудің әдістемесі әзірленді.

Иректүтік типті жылуалмастырғыштың ұсынылып отырған жоғары тиімді жаңа құрастырылымы 0.82-ден жоғары қайта өндіру деңгейін алуға және қоршаған ортаға жылудың шығуын 2%-ға азайтуға мүмкіндік береді. Иректүтікті регенератордың құбыраралық кеңістігінде жылу беруді есептеуге арналған теңдеу ұсынылды және иректүтікті жылуалмасу аппаратының жылу беруін инженерлік есептеудің әдістемесі әзірленді.

Техникалық шешімдердің экологиялық тиімділігін кешенді бағалау әдістемесі ұсынылып отыр.

Жұмыстың нәтижесі. Газ құбыр қондырғысының жану камерасында NOx басуға арналған қарсы бұраушы ағыны бар фронттық құрылғының және оны ГҚА жаңғыртқан кезде Қазақстанның жұмыс істеп жатқан сығымдағыш стансаларына енгізудің артықшылығы анықталды. Газ құбыр және қосымша жабдықтың жекелеген түйіндерінің (қарсы бұраушы ағыны бар жаңғыртылған жаңа жанарғы, бұрамалы тығыздау, металл керамикалық тығыздау) техникалық шешімдері ұсынылды және оларды пайдаланудың нұсқаулықтары жасалды.

Бұраудың әртүрлі бұрышында қалақтары бар жану камерасының фронттық құрылғысының физикалық үлгілері зерттелді және аса ұтымды геометриялық, аэродинамикалық сипаттамалары алынды.

Ұтымды жылутехникалық параметрлерді таңдауға және жаңғырту жобасы кезеңінде ГҚҚ жану камерасының экологиялық көрсеткіштерін анықтауға мүмкіндік беретін қолданыстағы жану камерасын жаңғырту сызбанұсқасын ескеретін, NOx шығарындысын есептеудің әдістемесі әзірленді.

Регенерация деңгейін 0.82-ге дейін арттыратын және атмосфераға жылудың шығуын 2%-ға төмендететін рекуператордың жаңа құрастырылымы ұсынылды.

Иректүтікті регенератордың құбыраралық кеңістігінде жылу беруді есептеуге арналған теңдеу ұсынылды және иректүтікті жылу алмастырғыш аппараттың жылу беруін инженерлік есептеудің әдістемесі әзірленді.

Ұсынылып отырған шараларды іске асырғаннан кейін экологиялық экономикалық зиян бір сығымдағыш стансаға есептегенде 60 млн. теңгеге азайғаны көрсетілді.

Зерттеу нәтижелері «Интергаз Центральная Азия» АҚ сығымдағыш (компрессорлық) стансасына енгізу үшін ұсынылды.
Resume
Usserov Askhat Gabdualyevich
Elaboration of technical solutions for improving the

reliability and environmental friendliness of gas pumping units

of compressor plants
25.00.36 – Geoecology
Prospects of implementing the gas-turbine plants are determined by their efficiency and satisfaction of requirements concerning emissions of toxic gas NO_x , CO₂and high-temperature gas to the environment. Thus, nowadays the fundamental task is to elaborate low-toxic burners in the combustion units and efficient heat exchangers in order to reduce heat emissions to the atmosphere.

Research goal – conducting research and elaborating recommendations of technical solutions for improving the reliability of gas-turbine plants and reducing pollutant emissions to the atmosphere; elaboration of low-toxic burner device, recommendations for its usage and methods of calculating the formation of nitrogen oxide; elaboration of technical solutions for enhancing the efficiency of GPU heat exchangers and perfection of calculation equations for coiled regenerators; elaborating the methods of complex assessment of environmental efficiency of technical processes.

Aims – elaboration of technical solutions for enhancing the reliability of GTP, reduction of pollutant emissions to the atmosphere by gas-pumping units of compressor stations and reduction of heat emissions to the environment.

Research methods. The methods of similarity theory, analytical methods, methods of experimental research, and Math cad software were applied during this research. Experimental research was conducted in the laboratory and manufacturing environments.

Scientific novelty: a new updated burner with counter-swirling jets and screwed and metal-to-ceramic seal in the GPU compressor were elaborated for improving the reliability and environmental friendliness of gas-pumping units; during combustion of natural gas in burner devices with counter-swirling jets new experimental data and results of industrial tests of updated combustion units were obtained; the rational geometrical and aerodynamic dimensions of GTP combustion units with new flame tube head were specified; methods of calculation and complex assessment of environmental efficiency of technical solutions were elaborated; a new design of highly-efficient regenerator was developed, and equations and methods of engineering design of coiled heat exchanger were elaborated.

Practical value. New technical solutions for some trims of gas-turbine and accessory equipment were suggested and recommendations for their application were elaborated in order to enhance the reliability, environmental friendliness and economic feasibility of GPU.

New flame tube head with counter-swirling jets improves the specifications, reduces the length of the combustion unit and considerably reduces the emissions of toxic compounds: NO_X, CO и С_ХН_У.

The methods of NOx emissions calculation was elaborated, it allows to choose rational heat and technical criteria and determine the environmental indicators of GTP combustion unit at the stage of project updating.

New highly-efficient design of coiled heat exchanger will enable obtaining the regeneration rate of more than 0.82 and reduce the heat emissions to the environment by 2%. For calculating the heat output in the shell side of coiled heat exchanger, an equation and methods of engineering design of heat transfer of coiled heat exchanger were elaborated.

The methods of complex assessment of environmental efficiency of technical solutions are given.

Results. The advantage of new flame tube head with counter-swirling jets for suppressing NOx in the combustion units of gas-turbine plants and its implementation in the course of updating GPU in the active compressor stations of Kazakhstan was proved. New technical solutions of separate equipment trims (new updated burner with counter-swirling jets, screwed seal, metal-to-ceramic seal) of gas-turbine plants and accessory equipment were elaborated as well as recommendations for their application.

Physical models of flame tube heads of combustion units with blades were examined under different twist angles and the most rational geometrical and aerodynamic dimensions were obtained.

The methods of calculating NOx emissions were elaborated, with account of the scheme of updating the active combustion units, which will enable choosing the rational heat engineering specifications and determining environmental indicators of GPU combustion units at the stage of updating.

New design of wasteheat exchanger was elaborated, which increases the regeneration rate up to 0.82 and reduces the heat emissions to the atmosphere by 2%.

An equation was elaborated for calculating the heat output in the shell side of coiled regenerator and methods for engineering design of heat transfer of coiled heat exchanger were determined.

The methods of complex assessment of environmental efficiency of technical solutions are given.

It is specified that environmental and economical damage reduced by 60 million tenges for one compressor station upon implementation of suggested measures.

The results of the research were recommended for implementation at the CS of “IСA” JSC.

Подписано в печать 29.05.2009 г.

Формат 60х80 1/16. Уч.-изд. л. 1,5. Усл. п. л. 1,3.

Тираж 100. Заказ 174.

Издательство «Тараз университетi»

ТарГУ им. М.Х. Дулати

080012, г. Тараз, ул. Толе би, 60

жүктеу 2,16 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4 5 6