RU2806423C1 - Method for determining minimum angular position of adjustable nozzle apparatus of turboexpander unit - Google Patents
Method for determining minimum angular position of adjustable nozzle apparatus of turboexpander unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2806423C1 RU2806423C1 RU2023110580A RU2023110580A RU2806423C1 RU 2806423 C1 RU2806423 C1 RU 2806423C1 RU 2023110580 A RU2023110580 A RU 2023110580A RU 2023110580 A RU2023110580 A RU 2023110580A RU 2806423 C1 RU2806423 C1 RU 2806423C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle apparatus
- adjustable nozzle
- unit
- turboexpander
- tda
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть применено в турбодетандерном агрегате (ТДА) с регулируемым сопловым аппаратом (РСА), входящим в состав установки низкотемпературной сепарации (НТС), являющейся частью установки комплексной подготовки газа (УКПГ).The invention relates to the oil and gas industry and can be used in a turboexpander unit (TDA) with an adjustable nozzle apparatus (RAA), which is part of a low-temperature separation unit (LTS), which is part of an integrated gas treatment unit (CGTU).
Широко известны турбодетандерные агрегаты с РСА (Турбодетандер с поворотными лопатками. Справочник химика 21, https://www.chem21.info/pics/515971/. SU 188470, опубликовано 30.10.1985) состоящие из турбины с РСА и компрессора. На турбине ТДА происходит адиабатное расширение рабочего тела (природного газа) со снижением температуры рабочего тела до температуры, необходимой для НТС. На компрессоре происходит адиабатное сжатие (восстановление давления) рабочего тела за счет мощности, выработанной на турбине. Таким образом основной функцией ТДА является поддержание температуры НТС.Widely known are turboexpander units with RSA (Turboexpander with rotary blades. Chemist's Handbook 21, https://www.chem21.info/pics/515971/. SU 188470, published 10/30/1985) consisting of a turbine with RSA and a compressor. At the TDA turbine, adiabatic expansion of the working fluid (natural gas) occurs with a decrease in the temperature of the working fluid to the temperature required for the NTS. At the compressor, adiabatic compression (pressure recovery) of the working fluid occurs due to the power generated by the turbine. Thus, the main function of the TDA is to maintain the temperature of the LTS.
Основное регулирование режимов работы ТДА происходит за счет изменения разницы давлений рабочего тела на входе и выходе ТДА. При этом при увеличении разницы давлений на входе и выходе ТДА снижается температура НТС и увеличивается расход рабочего тела. Таким образом, в летний период при увеличении температуры наружного воздуха повышается температура рабочего тела на входе ТДА и для поддержания температуры НТС повышается разница давлений на входе и выходе ТДА. При этом происходит увеличение расхода рабочего тела. Для поддержания расхода рабочего тела в рабочем диапазоне технологической нитки НТС УКПГ используется РСА. Исходя из вышеизложенного, в летний период необходимо устанавливать РСА в минимальное положение.The main regulation of the operating modes of the TDA occurs by changing the pressure difference of the working fluid at the inlet and outlet of the TDA. At the same time, with an increase in the pressure difference at the inlet and outlet of the TDA, the temperature of the LTS decreases and the flow rate of the working fluid increases. Thus, in the summer, as the outside air temperature increases, the temperature of the working fluid at the inlet of the TDA increases, and to maintain the temperature of the LTS, the pressure difference at the inlet and outlet of the TDA increases. In this case, the consumption of the working fluid increases. To maintain the flow rate of the working fluid in the operating range of the process line of the NTS of the gas treatment plant, RSA is used. Based on the above, in the summer it is necessary to set the SAR to the minimum position.
От корректной установки минимального положения РСА зависит рабочий диапазон ТДА. На фиг. 1 представлена типовая характеристика ТДА с регулируемым аппаратом в координатах расход - перепад температур на турбине ТДА (рабочий диапазон ТДА). Рабочий диапазон ограничен минимальным расходом (Gmin), максимальным расходом (Gmax), минимальным положением РСА (PCAmin - линия 1), максимальным положением РСА (PCAmax - линия 4). Для поддержания рабочего режима в пределах рабочего диапазона производится регулирование РСА, например, при промежуточном положении РСА - линия 2 изменение расхода происходит вдоль линии 2 изменением разницы давления на входе и выходе ТДА. При корректной настройке минимального положения РСА при минимальном положении РСА рабочие режимы должны меняться вдоль линии 1.The operating range of the TDA depends on the correct setting of the minimum position of the SAR. In fig. Figure 1 shows a typical characteristic of a TDA with an adjustable apparatus in the coordinates flow - temperature difference across the TDA turbine (TDA operating range). The operating range is limited by the minimum flow rate (G min ), maximum flow rate (G max ), minimum SCA position (PCA min - line 1), maximum SCA position (PCA max - line 4). To maintain the operating mode within the operating range, the RSA is regulated, for example, with an intermediate position of the RSA - line 2, the flow change occurs along line 2 by changing the pressure difference at the inlet and outlet of the TDA. When correctly setting the minimum position of the SAR, the operating modes should change along line 1 at the minimum position of the SAR.
В случае, когда РСА принимает минимальное положение, а рабочие режимы меняются вдоль линии 2, это свидетельствует о неполном закрытии РСА - имеет место сокращение рабочего диапазона от линии 1 до линии 2, что в свою очередь может не позволить поддержать необходимую температуру НТС при повышении температуры наружного воздуха и привести к вынужденной остановке технологической нитки НТС УКПГ.In the case when the SAR takes a minimum position, and the operating modes change along line 2, this indicates incomplete closure of the SAR - there is a reduction in the operating range from line 1 to line 2, which in turn may not allow maintaining the required temperature of the LTS as the temperature rises outside air and lead to a forced shutdown of the technological line of the gas treatment plant.
Если же при минимальном положении РСА рабочие режимы меняются вдоль линии 3, это свидетельствует о закрытии РСА больше необходимого. В этом случае имеет место увеличение рабочего диапазона от линии 1 до линии 3, что, в свою очередь, позволит поддержать температуру НТС при более высокой температуре наружного воздуха, либо при неизменной температуре наружного воздуха позволит снизить температуру НТС. Однако, закрытие РСА приводит к увеличению газодинамических сил на ротор ТДА через рабочие лопатки турбины ТДА. Опорная система ротора ТДА не в состоянии демпфировать возросшие газодинамические силы, вследствие чего происходит аварийный останов ТДА. Таким образом, работа в диапазоне правее линии 1 снижает надежность ТДА.If, at the minimum position of the SAR, the operating modes change along line 3, this indicates that the SAR is closed more than necessary. In this case, there is an increase in the operating range from line 1 to line 3, which, in turn, will allow maintaining the LTS temperature at a higher outside air temperature, or at a constant outside air temperature will allow reducing the LTS temperature. However, closing the RSA leads to an increase in gas-dynamic forces on the TDA rotor through the working blades of the TDA turbine. The TDA rotor support system is unable to dampen the increased gas-dynamic forces, resulting in an emergency shutdown of the TDA. Thus, operation in the range to the right of line 1 reduces the reliability of the TDA.
В настоящее время выставление минимального положения РСА производится в соответствии с руководством по эксплуатации путем выставления проходного сечения между лопатками РСА, как показано на фиг. 2, на примере турбодетандер-компрессорного агрегата АДКГ-10 (Турбодетандер-компрессорный агрегат АДКГ-10 производства ОАО «Турбохолод», http://turbokholod.ru/product/adkg-10, дата обращения 11.01.2023), фиксированием положения кольца с пазами (поз. 1 фиг. 3) в крайних положениях на полное открытие и закрытие при ремонте ТДАCurrently, setting the minimum position of the RSA is carried out in accordance with the operating manual by setting the flow area between the RSA blades, as shown in Fig. 2, using the example of the turboexpander-compressor unit ADKG-10 (Turboexpander-compressor unit ADKG-10 manufactured by JSC Turbokholod, http://turbokholod.ru/product/adkg-10, access date 01/11/2023), fixing the position of the ring with grooves (pos. 1 fig. 3) in extreme positions for full opening and closing during TDA repair
Однако, наличие нерегламентированных люфтов в сочленениях между направляющими лопатками и кольцом с пазами (поз. 1 фиг. 3), а также увеличение данных люфтов в процессе эксплуатации ТДА не позволяют гарантированно обеспечить проходное сечение. Основным недостатком данного способа выставления минимального и максимального положения РСА является то, что при работе ТДА газодинамические силы, действующие на направляющую лопатку РСА, увеличивают проходное сечение РСА на величину нерегламентированных люфтов.However, the presence of unregulated backlashes in the joints between the guide vanes and the ring with grooves (item 1, Fig. 3), as well as the increase in these backlashes during the operation of the TDA, do not make it possible to guarantee a flow area. The main disadvantage of this method of setting the minimum and maximum positions of the RSA is that during TDA operation, the gas-dynamic forces acting on the RSA guide vane increase the flow area of the RSA by the amount of unregulated backlash.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы турбодетандерного агрегата, исключение повторного демонтажа и монтажа сменной проточной части с целью изменения настроек РСА, исключение явлений помпажа при запуске и останове агрегата, обеспечение области режимов работы ТДА при обеспечении надежности ТДА.The objective of the present invention is to increase the operating efficiency of a turboexpander unit, to eliminate repeated dismantling and installation of a replaceable flow part in order to change the RCA settings, to eliminate surge phenomena when starting and stopping the unit, to ensure a range of TDA operating modes while ensuring TDA reliability.
Указанная задача решается тем, что по способу определения минимального углового положения регулируемого соплового аппарата турбодетандерного агрегата, включающему выставление проходного сечения между лопатками регулируемого соплового аппарата фиксированием положения кольца с пазами, при запуске агрегата в работу производят закрытие регулируемого соплового аппарата с помощью кольца, после чего ведут расчет фактических значений коэффициента технического состояния турбодетандерного агрегата по параметру расхода при выходе на установившийся режим работы, в случае, если по результатам расчета коэффициент технического состояния турбодетандерного агрегата по параметру расхода > 1, производят итерационное открытие регулируемого соплового аппарата с минимально возможным шагом по условиям регулирования до достижения значения , а в случае, если < 1, производят итерационное закрытие регулируемого соплового аппарата с минимально возможным шагом по условиям регулирования до достижения значения и полученное в результате угловое положение принимают за минимальное.This problem is solved by the fact that according to the method for determining the minimum angular position of the adjustable nozzle apparatus of a turboexpander unit, which includes setting the flow area between the blades of the adjustable nozzle apparatus by fixing the position of the ring with grooves, when the unit is put into operation, the adjustable nozzle apparatus is closed using the ring, after which calculation of actual values of the technical condition coefficient of a turboexpander unit based on the flow rate parameter when reaching a steady state of operation , if, according to the calculation results, the coefficient of technical condition of the turboexpander unit according to the flow parameter > 1, iteratively open the adjustable nozzle apparatus with the minimum possible step according to the control conditions until the value is reached , and in case < 1, iteratively closes the adjustable nozzle apparatus with the minimum possible step according to the control conditions until the value is reached and the resulting angular position is taken as the minimum.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в повышении эффективности работы турбодетандерного агрегата, исключении повторного демонтажа и монтажа сменной проточной части с целью изменения настроек РСА, исключении явлений помпажа при запуске и останове агрегата, обеспечении области режимов работы ТДА при обеспечении надежности ТДА.The technical result of the proposed technical solution is to increase the operating efficiency of the turboexpander unit, eliminate the repeated dismantling and installation of a replaceable flow part in order to change the RCA settings, eliminate surge phenomena when starting and stopping the unit, ensuring a range of TDA operating modes while ensuring the reliability of the TDA.
Алгоритм расчёта коэффициента технического состояния ТДА по параметру расхода:Algorithm for calculating the coefficient of technical condition of TDA based on the flow rate parameter:
Применение функции (2) обусловлено постоянством функции при изменении режимов работы ТДА. Вид функции определяется по результатам испытаний и соответствию рабочего диапазона условиям ТУ (или иной регламентирующей документации).The use of function (2) is due to the constancy of the function when changing operating modes of the TDA. The type of function is determined based on test results and compliance of the operating range with the conditions of the specifications (or other regulatory documentation).
где P1T - абсолютное давление на входе в турбину ТДА [МПа];where P 1T is the absolute pressure at the inlet to the TDA turbine [MPa];
T1T - температура на входе в турбину ТДА [К];T 1T - temperature at the inlet to the TDA turbine [K];
RZ1T - комплекс газовой постоянной с учетом коэффициента сжимаемости газа по условиям на входе [кДж / кг * К] (определяется согласно ПР 51-31323949-99);RZ 1T - gas constant complex taking into account the gas compressibility coefficient according to inlet conditions [kJ / kg * K] (determined according to PR 51-31323949-99);
GТДА - расход газа через турбодетандер [кг / с].G TDA - gas flow through the turboexpander [kg/s].
Абсолютное давление на входе в турбину ТДА определяется по формуле:The absolute pressure at the inlet to the TDA turbine is determined by the formula:
где Р`1т - избыточное давление на входе в турбину ТДА, МПа.where Р` 1т - excess pressure at the inlet to the TDA turbine, MPa.
Температура на входе в турбину ТДА определяется по формуле:The temperature at the inlet to the TDA turbine is determined by the formula:
где t1т - температура на входе в турбину ТДА, °С.where t 1т is the temperature at the inlet to the TDA turbine, °C.
Абсолютное давление на выходе из турбины ТДА определяется по формуле:The absolute pressure at the outlet of the TDA turbine is determined by the formula:
где Р`2т - избыточное давление на выходе из турбины ТДА, МПа.where P` 2t is the excess pressure at the outlet of the TDA turbine, MPa.
Степень расширения турбины ТДА определяется по формуле:The degree of expansion of the TDA turbine is determined by the formula:
Значения , GТДА принимаются по результатам измерения штатными средствами измерений.Values , G TDA are accepted based on measurement results using standard measuring instruments.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2806423C1 true RU2806423C1 (en) | 2023-10-31 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5700129A (en) * | 1995-05-04 | 1997-12-23 | Deutsche Forschungsanstalt Fuer Luft- Und Raumfahrt E.V. | Temperature-adjustable compressor guide vane ring |
| RU2379645C2 (en) * | 2007-06-19 | 2010-01-20 | Андрей Павлович Ушаков | Method to diagnose health of gas turbine engine assembly units and parts and device to this end |
| RU2544416C1 (en) * | 2013-11-19 | 2015-03-20 | Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") | Turbojet overhaul (versions) and turbojet thus repaired (versions), overhaul of lot turbojet filled-up group and turbojet thus repaired |
| RU2660216C1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-07-05 | Общество с ограниченной ответственностью "ГАЗПРОМ ТРАНСГАЗ МОСКВА" | Automatic control system of gas transmission unit "quant-r" |
| RU2704056C2 (en) * | 2017-06-07 | 2019-10-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Turbine of double-flow gas turbine engine with active thermal control of radial clearance in turbine, method of active thermal control of radial clearance in turbine of double-flow gas turbine engine |
| RU195805U1 (en) * | 2019-12-05 | 2020-02-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» | The device for determining the excessive consumption of fuel of ship diesel generator sets |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5700129A (en) * | 1995-05-04 | 1997-12-23 | Deutsche Forschungsanstalt Fuer Luft- Und Raumfahrt E.V. | Temperature-adjustable compressor guide vane ring |
| RU2379645C2 (en) * | 2007-06-19 | 2010-01-20 | Андрей Павлович Ушаков | Method to diagnose health of gas turbine engine assembly units and parts and device to this end |
| RU2544416C1 (en) * | 2013-11-19 | 2015-03-20 | Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") | Turbojet overhaul (versions) and turbojet thus repaired (versions), overhaul of lot turbojet filled-up group and turbojet thus repaired |
| RU2704056C2 (en) * | 2017-06-07 | 2019-10-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Turbine of double-flow gas turbine engine with active thermal control of radial clearance in turbine, method of active thermal control of radial clearance in turbine of double-flow gas turbine engine |
| RU2660216C1 (en) * | 2017-07-06 | 2018-07-05 | Общество с ограниченной ответственностью "ГАЗПРОМ ТРАНСГАЗ МОСКВА" | Automatic control system of gas transmission unit "quant-r" |
| RU195805U1 (en) * | 2019-12-05 | 2020-02-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» | The device for determining the excessive consumption of fuel of ship diesel generator sets |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ Спецвыпуск N 3 (773), Повышение качества ремонта турбодетандерных агрегатов, установленных на Бованенковском НГКМ, Меньшиков С.Н., Кильдияров С.С., Моисеев В.В., Полозов В.Н., Кувытченко Б.Г., УДК 622.691.4. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8510013B2 (en) | Gas turbine shutdown | |
| EP2215365B1 (en) | Control system | |
| US8939704B2 (en) | Method for operating a multistage compressor | |
| US20060101826A1 (en) | System and method for controlling the working line position in a gas turbine engine compressor | |
| AU2007347705B2 (en) | Anti-bogdown control system for turbine/compressor systems | |
| CN106524613A (en) | Variable-frequency air-cooled heat pump unit and control method and device thereof | |
| EA007890B1 (en) | Method and apparatus for the prevention of critical process variable excursions in one or more turbomachines | |
| US7210895B2 (en) | Turbo compressor and method of operating the turbo compressor | |
| JP2014231745A (en) | Twin-screw gas turbine | |
| RU2011125616A (en) | INSTALLATION OF A TURBODETANDER-COMPRESSOR, METHOD OF ITS REGULATION AND CONTROLLER | |
| CN108779715B (en) | Gas turbine control device and gas turbine control method | |
| RU2806423C1 (en) | Method for determining minimum angular position of adjustable nozzle apparatus of turboexpander unit | |
| FI3857070T3 (en) | Oil-injected multistage compressor device and method for controlling such a compressor device | |
| EP2630376B1 (en) | Control of a variable speed centrifugal fan that generates underpressure | |
| RU2422682C1 (en) | Control system of position of guide vanes of compressor of double-flow gas turbine engine | |
| JP2019049234A (en) | Extraction control method of steam turbine generator, and controller thereof | |
| Lee et al. | SCO2PE operating experience and validation and verification of KAIST_TMD | |
| CN112761998B (en) | Control method for enabling compressor to operate at optimal working point based on machine self-learning | |
| CN216381530U (en) | Device for expanding a fluid | |
| RU2458257C1 (en) | Protection method for turbocompressor against stalling | |
| CN112901525B (en) | Control method and control device for power system and power system | |
| JP3469178B2 (en) | Optimal load control system for compressor | |
| KR102229398B1 (en) | Compressor system and control method of the same | |
| US20220274716A1 (en) | Anti-surge regulation for a charging compressor with which an auxiliary power unit is equipped | |
| RU2645184C2 (en) | Method for operating gas turbine below nominal power thereof |