Газотурбинные установки

Виды и область применения газотурбинных установок в нефтегазовой промышленности

Продуктом работы газотурбинной установки является переработанный газ, который в дальнейшем может использоваться для выработки энергии, производства горячей воды или пара.

Две основные части газотурбинной установки - это генератор и силовая турбина, которые размещаются в одном корпусе.

Газотурбинная установка может работать как на жидком, так и на газообразном топливе. В обычном режиме установка работает на газе, но при аварийном режиме может продолжать работать на дизельном топливе. Поэтому для работы газотурбинной установки могут применяться:

• древесный газ;
• дизельное топливо;
• коксовый газ;
• керосин;
• шахтный газ;
• природный газ;
• попутный нефтяной газ;
• биогаз (такой газ образовывается в результате процесса переработки мусора).

Мощность газотурбинных установок колеблется от десятков киловатт до десятков мегаватт. Наибольший коэффициент полезного действия газотурбинной установки достигается при работе в режимах тригенерации (выработка тепловой, электрической энергии и энергии хода) и когенерации (одновременная выработка электрической и тепловой энергии).

Коэффициент полезного действия современных газотурбинных установок колеблется в пределах от 33% до 59 %, в зависимости от режима использования турбин установок.

Газотурбинные установки широко применяются в нефтегазовой промышленности. Разработка нефтегазовых месторождений и добыча нефти и природного газа очень энергоемкий процесс и объем потребляемой энергии только возрастает во времени. Поэтому практически во всех нефтегазовых компаниях. В данной области они применяются для повышения энергоэффективности технологических процессов и в области энергосбережения. На нефтегазовых месторождениях газотурбинные установки применяются для переработки попутного нефтяного газа, который в дальнейшем используется для выработки собственного электроэнергии, а также для утилизации отводимого тепла.

В зависимости от способа подвода теплоты к рабочему механизму газотурбинные установки могут быть:

1. Закрытого типа. Такие установки находятся по постоянным давлением и внутри ее циркулирует одинаковое количество рабочего тела. Подвод тепла осуществляется через специальную поверхность, что исключает возможность смешивания рабочего тела с продуктами сгорания.
2. Полузакрытого типа. В этом случая открытая часть установки служит для подачи в нее атмосферного воздуха и отвода избыточного объема рабочего тела.
3. Открытого типа. При таком типе газотурбинной установки атмосферный воздух пройдя процесс обработки выбрасывается в атмосферу, что исключает его повторное использование. То есть в таких установках происходит постоянная замена рабочего тела

Схема газотурбинной установки и ее рабочий процесс

В нефтегазовой промышленности в основном применяют газотурбинные установки открытого типа, так они являются самыми надежными и простыми в конструктивном отношении. Принципиальная простейшая схема газотурбинной установки изображена на рисунке.

Рисунок 1. Схема газотурбинной установки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рабочий процесс одновальной газотурбинной установки данной принципиальной схемы осуществляется следующим образом: атмосферный воздух проходит систему фильтров и поступает на вход осевого компрессора (1), где происходит процесс его сжатия под давлением от 05-07 Мпа и температурой от 180 до 240 градусов по Цельсию. После этого он поступает в камеру сгорания (2), где происходит процесс его разделения на два потока: меньшая часть потока участвует в горении подведенного извне жидкого или газообразного топлива, а большая часть проходит между корпусом камеры сгорания и жаровой трубой (которая и организовывает процесс сжигания топлива), охлаждая ее. Далее происходит процесс смешения сжатого воздуха большего потока с с продуктами сгорания, потом данная смесь охлаждается до температуры, зависящей от жаростойкости дисков и лопаток газовой турбины (3) (обычно такая температура составляет около 750-850 градусов по Цельсию, для стационарных газотурбинных установок). После прохождения газовой турбины продукты сгорания выбрасываются в атмосферу (их температура в данный момент составляет более 400 градусов по Цельсию).

Мощность газовой турбины в процессе работы на привод осевого компрессора (70%) и на привод полезной нагрузки, в состав которой входят вентиляторы, нагнетатели и насосы. По основным показателям схема с одновальной и двухвальной газотурбинной установкой не отличаются. Но схема с двухвальной установкой широко применяется при необходимости стабилизации газотурбинной установки при переменной нагрузке. Для этого используется тяговая турбина (4), которая может работать при переменных числах оборотов и различных уровнях мощности полезной нагрузки.