Подготовка газа в современной энергетике

18.03.13 09:57

Газом надо как следует позаниматься, прежде чем «голубой поток» чудесным образом обратится в электричество, тепло, разнообразную продукцию химической промышленности и горючее для автомобилей. Роль «волшебной палочки» в этом превращении отведена важнейшему технологическому процессу - подготовке газа.

  

Газ разнообразен по типу - природный, попутный нефтяной, шахтный, сланцевый, биогаз и др. Он различен и по составу. Каждый газ обладает только ему присущими физико-химическими свойствами. Этапы жизненного цикла и сферы применения газа определяются его функциональными признаками - магистральный, сжиженный, топливный, импульсный, низконапорный, пусковой, сырьевой, бытовой газ. Поэтому подготовка газа имеет особенности на разных этапах его использования и ведется с учетом типа, состава и назначения исходного газа.

 

Топливный газ – «насущный хлеб» газовой энергетики

 

Газ занимает в топливном балансе российской электроэнергетики первое место - 54 %. Газ в два раза эффективнее, чем уголь. Из 1 кг угля вырабатывается 7 кВт/ч электроэнергии. Сравнимый объем газа дает до 14 кВт/ч.

 

Ради объективности отметим, что на атомных станциях, где для получения тепла используется физический процесс деления ядер урана, 1 кг ядерного топлива дает 120 тыс. кВт/ч энергии. АЭС на быстрых реакторах рассчитаны на 24 млн. кВт/ч электроэнергии от 1 кг топлива. Технологии, основанные на термоядерном синтезе, позволят получать из 1 кг топлива 60 млн. кВт/ч.  Впечатляющее энергетическое будущее!

 

Реальность, однако, такова: темпы реконструкции энергетических мощностей надо наращивать уже сейчас. Специалисты предупреждают, что к 2020 году более 70 % генерирующего оборудования на тепловых электростанциях исчерпает свой ресурс. Поэтому ближайшее развитие энергетики связано с интенсивным переходом к парогазовому циклу и применению современных газотурбинных установок. О приоритете газовой энергетики говорит также планируемая структура производства электроэнергии: ТЭС – 66 %, АЭС – около 21 %, ГЭС – свыше 13 %.

 

В рамках модернизации Сызранской ТЭЦ построена парогазовая установка мощностью 225 МВт

 

В итоге модернизации ожидается, что средний КПД тепловых электростанций поднимется с «классических» 34 % до 50 % и выше, что приведет к значительной экономии топлива. Здесь, кстати, существует прямая зависимость: чем выше КПД турбины, тем жестче требования к качеству газа, и значение газоподготовки резко возрастает.

 

Подготовка газа – это комплекс технологических мероприятий для получения и подачи в турбину газового топлива строго определенных параметров - по содержанию компонентов и примесей, температуре, влажности, давлению. Качество топлива необходимо бесперебойно обеспечивать на протяжении всего срока эксплуатации газовой турбины. 

 

Параметры топливного газа

 

Чистота. Присутствие твердых загрязнений в топливном газе не должно превышать величины 0,5-1 мг/м3, при максимальном размере частиц 10-40 мкм. Жидкая фракция, которая включает в себя воду, фракции углеводородов (конденсат), как правило, ограничивается величиной 2-5 ppm (ppm – миллионная часть объема). Для некоторых камер сгорания газовых турбин эти требования могут достигать 0-1 ppm, что является крайне высоким показателем. 

 

В процессе очистки применяются многоступенчатые системы сепарации и фильтрации газа. Производятся расчёты температуры точки росы по воде и углеводородам, определяется теплотворная способность газа и его компонентный состав. 

 

Температура. Температура подачи топливного газа может колебаться в широком диапазоне от +40 до +150°С. Газ, который в условиях нагнетания имеет высокую температуру точки росы, наиболее сложен в подготовке. Во избежание выпадения конденсата температуру топливного газа необходимо удерживать в очень узком диапазоне. Эта задача зачастую усложняется большим перепадом температур окружающей среды. Проблема решается за счет комбинирования технологических возможностей оборудования для охлаждения и нагрева газа.

 

Давление. Для бесперебойной работы газовых турбин необходимо обеспечивать строго заданное давление газа. Компримирование топлива – центральная задача всего процесса газоподготовки.

 

Оборудование для подготовки топливного газа на ПГУ-110 Астраханской ГРЭС

 

Рассмотрим особенности подготовки газа для турбин различной мощности, применяемых в парогазовых установках (ПГУ) и на газотурбинных электростанциях (ГТЭС). Иллюстрацией послужит опыт эксплуатации технологического оборудования от компании «ЭНЕРГАЗ».

 

Системы подготовки газа  

 

В системы подготовки газа «ЭНЕРГАЗ» входят дожимные компрессорные станции (ДКС), отдельные установки (ДКУ) и блоки подготовки топливного газа (БПТГ) различных модификаций. 

 

ДКУ – это основное технологическое звено, обязательное для качественной подготовки топлива. БПТГ применяется для очистки, учета объема и контроля качества газа перед его подачей в ДКУ и затем в турбину.

 

В системах подготовки газа используется многоступенчатая система фильтрации, которая позволяет гарантировать требуемые параметры топлива. Помимо основных элементов – фильтра-сепаратора и коалесцентного фильтра – система усиливается элементами предварительной очистки. Это фильтр-скруббер (при подготовке ПНГ) и внешний сепарационный блок (при подготовке природного газа). В некоторых проектах комплекс фильтрации оснащается дополнительными фильтрами тонкой очистки газа перед подачей непосредственно в турбину.

 

Автоматизированная система управления связывает между собой локальные САУ элементов системы газоподготовки, выполняя функцию группового регулирования. Система управления поддерживает оборудование в рабочем режиме; обеспечивает требуемые параметры масла, газа, охлаждающей жидкости; управляет системами жизнеобеспечения и безопасности; обеспечивает связь с верхним уровнем АСУ ТП.

 

Проекты, реализуемые ЭНЕРГАЗом, индивидуальны в инженерном отношении. Как правило, заказчик и генеральный подрядчик выдвигают конкретные требования, связанные с качеством исходного газа и условиями эксплуатации газотурбинных установок. Неукоснительное соблюдение этих требований, поиск и внедрение оригинальных технических решений придают своеобразие и уникальность каждому проекту. Однако все проекты едины в следующем: комплексные заводские испытания оборудования, минимальный объем работ со стороны заказчика, полная автоматизация технологических процессов, высокая квалификация сервисных инженеров.

 

Система газоподготовки (ДКС и БПТГ) нового энергоблока Новомосковской ГРЭС

 

Дожимные компрессорные установки

 

ДКУ компримируют углеводородный газ до давления 7,5 МПа. Технологические возможности различных модификаций ДКУ позволяют подготавливать природный или попутный нефтяной газ объемом от 200 до 50 000 м3/ч и снабжать топливным газом турбины мощностью от 1 до 200 МВт.

 

Двухуровневая система регулирования производительности ДКУ (в диапазоне 0…100%) максимально быстро и корректно реагирует на изменения параметров входного газопровода и режима работы газотурбинной установки; обеспечивает работу ДКУ в режиме рециркуляции; позволяет установке функционировать при нулевом расходе.

 

ДКУ изготавливаются как на открытой раме, так и в блочно-модульном исполнении. Оборудование поставляется на объект в максимальной заводской готовности и оснащено всеми системами жизнеобеспечения и безопасности (обогрев, освещение, вентиляция, пожарообнаружение, пожаротушение, газообнаружение). Для Крайнего Севера ДКУ производятся в арктическом варианте.

 

По индивидуально разработанным инженерным решениям проводится дополнительная комплектация дожимной компрессорной установки (станции), что позволяет, например, компримировать низконапорный нефтяной газ или тяжелый (жирный) попутный газ.

 

Для выполнения особых проектных требований с ДКУ поставляется специальное оборудование: адсорбционный или рефрижераторный осушители, чиллер (холодильная установка) и др.

 

Дожимная компрессорная станция подготавливает ПНГ для ГТЭС-36 С.-Лабатьюганского м/р

 

Блоки подготовки топливного газа

 

Включение БПТГ в проекты современных ПГУ и ГТЭС, оснащаемых газотурбинными установками разной мощности, позволяет добиваться существенного продления сроков службы и ДКУ, и самих газовых турбин, заметно снижает затраты на их обслуживание.

 

Как правило, БПТГ комплектуется системой очистки газа, состоящей из нескольких линий фильтрации, и узлом коммерческого учета газа с коррекцией его объема по температуре и давлению. Система управления БПТГ обеспечивает автоматическую работу, контроль технологических защит и блокировок, местный и дистанционный мониторинг параметров и управление с верхнего уровня АСУ ТП.

 

В зависимости от поставленных задач, БПТГ дополнительно оснащается линией измерения малого расхода газа, системой редуцирования давления, потоковым хроматографом для определения состава и теплотворной способности газа, измерителем температуры точки росы по влаге и углеводородам с устройством отбора проб и др. 

 

Реализованные проекты  

 

Опыт подготовки топливного газа для турбин производства General Electric, Siemens, Turbomach, Centrax, Solar, Pratt&Whitney, Rolls-Royce, НПО «Сатурн» и «Сатурн – Газовые турбины», «Авиадвигатель» - ПМЗ, КМПО подтверждает надежность систем газоподготовки от компании «ЭНЕРГАЗ». Успешно решаются проблемы, связанные с качеством исходного газа, обеспечиваются необходимые очистка, осушка, компримирование и бесперебойная подача газа в турбины. 

 

Особого внимания заслуживают проекты, реализация которых позволила накопить уникальную практику газоподготовки: для ПГУ и ГТЭС на природном газе; для ГТЭС на попутном нефтяном газе; для автономных энергоцентров промышленных предприятий; при стендовых испытаниях газотурбинных установок различной мощности. Эти проекты представлены в таблицах.

 

Блок подготовки топливного газа для турбин ГТУ-91,2 Южно-Сахалинской ТЭЦ-1

 

На сегодня ровно 100 ДКУ и БПТГ «ЭНЕРГАЗ» эксплуатируются в составе ПГУ и ГТЭС последнего поколения. Еще 25 компрессорных установок и блоков подготовки газа в настоящий момент готовятся к пуску на предприятиях России, Белоруссии, Украины. 

 

В заключение важно подчеркнуть, что современные системы газоподготовки обеспечивают  необходимое качество топливного газа благодаря комплексу следующих преимуществ:

 

• изготовление оборудования по индивидуальным требованиям;

• максимальная степень заводской готовности при поставке;

• полная автоматизация процесса управления;

• подтвержденный коэффициент надежности – 99%;

• компактная конструкция в модульном или внутрицеховом исполнении;

• работа на разнообразных по составу различных типах газа;

• возможность эксплуатации при низких коэффициентах сжатия и малых давлениях;

• гибкая система поддержания требуемой температуры газа; 

• высокоэффективные фильтры и сепарационные системы;

• оптимальное соотношение стоимости, качества и надежности.

 

 

О.В. Шершнев, руководитель отдела реализации проектов ООО «ЭНЕРГАЗ»

 

Читайте также: