теор / Подогреватели ТГ
.pdf1
СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ ТОПЛИВНОГО ГАЗА ГТУ
Система подготовки топливного газа ГТУ включает узлы очистки, подогрева и редуцирования газа.
Очисткагаза
Узел очистки должен обеспечивать удаление механических примесей и жидкостей из газа. Узел очистки газа включает в себя аппараты очистки, чаще фильтры-сепараторы, запорную арматуру на входе/выходе каждой линии очистки, контрольно-измерительные приборы. Дополнительно может предусматриваться устройство автоматического слива конденсата в емкость.. Степень очистки и осушки газа должна исключать заедание и обмерзание исполнительных органов арматуры при низких температурах наружного воздуха.
Подогревгаза
Подогрев газа осуществляется для исключения образования
кристаллогидратов во внутренних полостях технологического оборудования. Узел подогрева включает в себя подогреватели газа прямого нагрева или непрямого нагрева через теплоноситель, запорную арматуру на входе/выходе узла. В качестве теплоносителя при непрямом нагреве, в основном, используются диэтиленгликоль, триэтиленгликоль или вода.
Предусматриваются подводящие/отводящие линии теплоносителя с ручными затворами, защита и сигнализация при прорыве газа в полость теплоносителя. В среднем подогрев газа осуществляется на 15-25 градусов Цельсия в зависимости от температуры входящего потока и требуемой температуры потока на выходе.
Гликоли – двухатомные спирты с общей формулой CnH2n(OH)2.
Этиленгликоль (ЭГ) – C2H4(OH)2, диэтиленгликоль (ДЭГ) – C4H8(OH)2, триэтиленгликоль (ТЭГ)– C6H12(OH)2, пропиленгликоль (ПГ)– C3H6(OH)2
– прозрачные бесцветные вязкие жидкости, растворимые в воде. В газовой промышленности гликоли широко применяются как
ингибиторы гидратообразования и в качестве абсорбентов для осушки газа. Восстановление концентрации гликоля в его водном растворе (регенерация) проводится путем выпаривания воды в установках атмосферной и вакуумной ректификации.
2
Редуцирование газа
Узел редуцирования должен осуществлять снижение и
автоматическое поддержание заданного давления топливного и пускового газа, обеспечивать стабильную работу во всем диапазоне выходного и выходного давления. Узел редуцирования включает в себя регуляторы давления, клапаны-отсекатели, арматуру на входе/выходе редуцирующих линий, контрольно-измерительные приборы для замера и передачи параметров давления и температуры. Входящее давление газа в узел редуцирования может составлять от 6 до 12 МПа в зависимости от особенностей магистрального газопровода (протяженности, количества компрессорных станций на магистральных газопроводах, давления газа, исходящего с установки комплексной подготовки газа и прочих факторов). Выходное давление газа может составлять от 0,4 МПа до 6 МПа в зависимости от направления дальнейшего использования среды (топливный газ на газотурбинную установку подается с давлением от 0,1 до 2,5 МПа, пусковой газ на компрессор — 1,0 — 1,5 МПа).
ОГНЕВЫЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ ТОПЛИВНОГО ГАЗА
3
4
5
В огневых подогревателях топливного газа ГТУ теплота одновременно передается конвекцией и излучением. При этом суммарная плотность теплового потока q определяется по уравнению
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
4 |
|
T |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(T −T |
)+ε |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
q = q |
к |
+q |
л |
= α |
к |
г.с |
c |
|
г |
|
|
− |
c |
|
|
|
= |
||
100 |
|
100 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
г c |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= αк(Тг −Тс )+αл(Тг −Тс )= α(Тг −Тс ), |
|
|
|
|
||||||||||||||
где Tг, Tc – |
|
абсолютная |
температура |
|
|
газов |
|
и |
стенки, К; |
α – суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и
излучением, α = αк + αл.
Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене определяется из уравнений подобия в зависимости от вида конвекции (свободная или вынужденная)
n |
Gr |
p |
Pr |
m |
Pr 0,25 |
|
Nu =С Re |
|
|
|
, |
||
|
|
|
|
|
Prс |
|
где Nu – число (критерий) Нуссельта, |
характеризует соотношение |
тепловых потоков, передаваемых за счет конвективного теплообмена и теплопроводности, и является искомой величиной,
Nu = αλl ;
6
Re – число (критерий) Рейнольдса, характеризует соотношение
между силами инерции и молекулярного трения (вязкости),
Re = wνl ;
Pr – число (критерий) Прандтля, характеризует физические свойства жидкости и их влияние на конвективный теплообмен,
Pr = |
ν |
= |
νρ cp |
= |
ηcp |
; |
a |
λ |
|
||||
|
|
|
λ |
|||
Gr – число (критерий) |
|
Грасгофа, |
характеризует соотношение |
подъемной силы, возникшей вследствие разности плотностей неравномерно нагретых объемов жидкости, и силы молекулярного трения, и является параметром интенсивности свободного движения жидкости
Gr = |
g β ∆t l3 |
. |
|
ν2 |
|||
|
|
Примеры
Коэффициент теплоотдачи излучением можно определить по формуле
α |
|
=0,04ε |
|
c |
|
|
T |
3 |
≈0,227 ε |
|
|
|
T |
3 |
. |
л |
г.с |
|
mа |
|
г.с |
|
mа |
|
|||||||
|
|||||||||||||||
|
|
0 |
|
100 |
|
|
100 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7
где Тmа = 0,5 (Тг + Tc) – среднеарифметическая температура между газом и теплообменной поверхностью (стенкой), К; εс.г – приведенная степень черноты системы газ – поверхность,
εг.с = [εс +εεгг(1εс−εс )];
где εг = f(рi, l, Т) – степень черноты газа.
Приближенные значения средней длины пути луча могут быть найдены из соотношения
l = 3,6F V ,
где V – объем газа; F – площадь поверхности его оболочки. Степень черноты газовых смесей определяется как сумма
степеней черноты отдельных компонентов.
Плотность теплового потока, передаваемая излучением газами ограждающей поверхности, можно вычислить по приближенной формуле
|
|
|
|
|
|
T |
|
4 |
|
T |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
q |
г.с |
= ε |
г.с |
c |
|
г |
|
|
− |
1 |
|
|
, |
100 |
|
100 |
|
||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где εс – степень черноты ограждающей поверхности.
В основу теплового расчета рекуперативных ТА положены:
уравнение теплового баланса
Q = η Q1 = Q2 |
(245) |
и обобщенное уравнение теплопередачи при переменных
температурах
Q = k F Θm , |
(246) |
где η – коэффициент, учитывающий тепловые потери в окружающую среду, η = 0,95 – 0,98; k – коэффициент теплопередачи от горячего к холодному теплоносителю,
k = |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
; |
1 α |
тр |
+( δ λ) |
+( δ |
ст |
λ |
ст |
) +( δ λ) |
+1 α |
|
||
|
|
з.тр |
|
|
з.мтр |
|
мтр |
Θm – средняя разность температур между теплоносителями,
Θm = ΘlnI −ΘΘI II ;
ΘII
где ΘI и ΘII – разности температур теплоносителей на входе и выходе ТА,
8
ΘI = Θma +0,5 ∆T , ΘII = Θma −0,5 ∆T ;
∆T – характеристическая разность температур,
∆T = (∆t1 +∆t2 )2 −4 P ∆t1 ∆t2 ;
Wm – приведенный водяной эквивалент теплоносителей
1 |
= |
( |
|
1 |
+ |
|
1 |
)2 − |
4 P |
. |
|
W |
W |
W |
|
||||||||
|
|
|
|
W |
W |
||||||
m |
|
|
1 |
|
2 |
|
1 |
2 |
|
Индекс противоточности Р определяется как отношение водяного эквивалента поверхности теплообмена, где осуществляется противоточная схема движения теплоносителей (kF)прот, и водяного эквивалента поверхности теплообмена всего ТА (kF )
P = |
( kF )прот |
= |
( kF )прот |
|
. |
|
|
( kF ) |
|
[( kF ) |
+( kF ) |
] |
|
|
|
|
прот |
прям |
|
|
Для прямоточной схемы движения индекс противоточности Р = 0, а при противотоке Р = 1.
Индекс противоточности для выбранной схемы теплообменного аппарата, заданных температурных режимов и водяных эквивалентов теплоносителей определяется также по уравнению Н.И. Белоконя для характеристической разности температур
P = ( ∆t1 + ∆t2 )2 − ∆T 2 . 4∆t1∆t2
Для более сложных схем определение индекса противоточности P выбранного теплообменного аппарата начинается с расчета характеристик, от которых, наряду со схемой движения теплоносителя, зависит значение индекса
R = |
( t ′ −t |
″ ) |
= |
W |
, |
PS = |
( t |
″ −t |
′ ) |
. |
||||||
1 |
|
1 |
|
|
W2 |
|
2 |
|
2 |
|
|
|||||
″ |
|
′ |
) |
|
′ |
|
′ |
) |
|
|||||||
|
( t2 |
−t2 |
|
1 |
|
|
( t1 |
−t2 |
|
|
По значениям этих характеристик с учетом схемы движения теплоносителей (число ходов по трубному и межтрубному пространству) из графиков определяется ε∆t – коэффициент, учитывающий различие между средней логарифмической разностью температур между теплоносителями для противоточной схемы движения ΘmL и действительной средней разностью температур Θm .
9
Зависимость ε t от характеристик R и PS для четырехходовых (по трубному пространству) кожухотрубных теплообменных аппаратов
Затем рассчитывается действительная средняя разность температур
Θm = ε∆t Θml,
где Θml – среднелогарифмическая разность температур между теплоносителями для схемы движения «противоток»,
Θml = Θ1 −ΘΘ2 ; ln 1
Θ2
Θ1 = t1′ −t2′′; Θ2 =t1′′−t2′ .
Характеристическая разность температур ∆T определяется с
использованием метода последовательного приближения из следующего соотношения:
Θm = ln Θma∆+T0,5∆T ,
Θma −0,5∆T
где Θma – средняя арифметическая разность температур между теплоносителями в теплообменном аппарате,
Θma = ( t1′ + t1″ ) − ( t2″ + t2′ ) .
2 2
Целью поверочного расчета является проверка соответствия, выбранного стандартного или сконструированного теплообменного
10
аппарата с требуемой тепловой мощностью и обеспечением конечных температур теплоносителей.
Действительная тепловая мощность сконструированного или выбранного стандартного теплообменного аппарата рассчитывается по формуле Н.И. Белоконя
QТА = |
|
|
|
|
2( t1′ |
−t2′ ) |
, |
||||
|
1 |
+ |
1 |
+ |
1 |
|
|
ek FТА Wm +1 |
|
||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
ek FТА Wm −1 |
|
||||
|
W W W |
|
|
|
|||||||
|
1 |
|
2 |
|
m |
|
|
|
|
где FТА – площадь поверхности стандартного или сонструированного теплообменного аппарата.
Возможности использования ВЭР