Technická informace Plynová turbína GT 750 – 6M s kompresorem TD – 260 – 14 – 1M/T (TD – 260 – 15 – 1) v plynárenské přepravní soustavě RWE Transgas Net, s.r.o.
1.
Úvod
Tento dokument je určen ke stručné technické informaci o turbosoustrojích tvořených spalovací turbínou a plynovým kompresorem, které jsou instalovány na plynárenské přepravní soustavě RWE TGN, pro účely dalších diskuzí o budoucím využití a modernizaci těchto jednotek.
2.
Obecný Popis
Turbosoustrojí je základní pohonnou jednotkou technologického vybavení kompresní stanice. Skládá se ze spalovací turbiny typu GT 750 – 6M umístěné v hale turbosoustrojí spojené spojkou s turbokompresorem typu TD – 260 – 14 – 1M/T, umístěným v samostatné kobce vně haly turbosoustrojí. Plynová spalovací turbina je dvouhřídelovou pohonnou jednotkou (rotor vysokotlaké turbíny vtt a rotor nízkotlaké turbíny ntt), turbokompresor slouží k stlačování zemního plynu a jeho následné přepravě v liniové části tranzitní soustavy. Turbína a plynový kompresor mají společný olejový systém. Na každé kompresní stanici jižního úseku je celkem 9 turbosoustrojí (3 ks umístěné v hale TP II, 6 ks umístěných v hale TPK). Turbosoustrojí jsou připojena k liniové části tranzitní soustavy a plynovým rozvodům pomocí vstupních a výstupních kulových uzávěrů DN700. Různým zapojením potrubí pomocí dálkově ovládaných kulových uzávěrů, zapojením turbosoustrojí do jednostupňové a dvojstupňové komprese a změnou jejich provozních otáček a tedy změnou výkonu je možno provádět kombinace podle požadavků dispečinku TGN Praha. Na stroji, který nebyl v provozu do 6 měsíců, je potřeba provést alespoň zkušební start k ověření funkce zařízení. K zajištění spolehlivého a bezpečného provozu turbosoustrojí jsou potřebná další pomocná zařízení, která tvoří celou technologii kompresní stanice: - řídicí systém, zabezpečovací zařízení požární a únik metanu (Schrack + Sieger), ostraha objektů - olejové hospodářství - potrubní rozvody plynu, filtry a chladiče - tlakovzdušná stanice - VN a NN rozvodny - náhradní zdroj elektrické energie - horkovodní výměníky pro využití odpadového tepla, výměníková stanice - regulační stanice plynu - kotelny - vodní hospodářství včetně požární nádrže, retenční nádrže - dílny a garáže Popisy jednotlivých částí turbosoustrojí jsou uvedeny níže, popisy dalších navazujících technologických celků jsou v místních provozních řádech jednotlivých funkčních celků, kde jsou uvedeny rovněž vzájemné vazby a návaznosti. Turbosoustrojí, haly a některá pomocná zařízení jsou vybavena mimo jiné čidly koncentrace metanu Sieger připojenými k ústředně na velíně a dále čidly výskytu požáru a tlačítky EPS připojenými k ústředně na velín a signalizací na podružná tabla. Signalizace výskytu nebezpečné koncentrace metanu a požáru je připojena rovněž do řídícího systému PAC. Turbosoustrojí řídí řídící systém PAC. Řídící systém PAC zobrazuje vybrané analogové a logické hodnoty. Informuje o vybraných akčních členech a způsobu jejich ovládání. Ovládá akční členy buď přímo nebo z algoritmů, sekvencí či řídících smyček. Varuje obsluhu při poruše a odstaví funkční celek při havárii. Podrobnější popis v manuálu ČKD. Stavy TS a jejich hlavních akčních členů jsou zobrazovány na panelu na velíně a dále na snímcích řídícího systému PAC. Turbosoustrojí na hale TP II je možno provozovat pouze v sériovém zapojení. Turbosoustrojí na hale možno provozovat jednostupňově nebo dvoustupňově. Turbosoustrojí č. 6 a 7 na hale TPK je přestavením kulových uzávěrů navolit do různých stupňů komprese. Ovládání je možno provádět řídícího systému PAC. Turbosoustrojí č. 4 – 9 na hale TPK jsou vybaveny antipompážní regulací KU T 00 a vzduchem ovládaných ventilů T 06.
TPK je možno pomocí pomocí
2/11
3.
Technický popis – technické údaje turbiny GT 750 - 6M
Spalovací turbina GT 750-6M je dvouhřídelová jednotka s generační částí a hnací turbinou. Generační (vysokotlaká) turbina pohání vzduchový kompresor soustrojí, hnací (nízkotlaká) turbina je určena k přímému pohonu turbokompresoru plynovodu. Soustrojí pracuje s otevřeným oběhem s regenerací. Palivo je zemní plyn.
3.1
Technické údaje
Jmenovitý výkon na spojce hnací turbiny s uvažováním tlakových ztrát v sání výfuku 6000 kW Jmenovitá termická účinnost soustrojí vztažená k výkonu na spojce hnací turbiny s uvažováním tlakových ztrát v sání výfuku 27% Jmenovitá střední termodynamická teplota spalin před generační turbinou 760°C Maximálně dovolená střední termodynamická teplota spalin před generační turbinou 765°C Jmenovité otáčky generační turbiny 5200 min-1 Jmenovité otáčky hnací turbiny 5300 min-1 Rozsah regulovatelných otáček hnací turbiny 3750-5500 min-1 Jmenovitý tlak okolního vzduchu 0,101325 MPa (1,01325 bar) Palivo - zemní plyn o výhřevnosti 45 000 až 46 100 kJ/kg, bez tuhých částí a kapalných frakcí, požadovaný tlak na vstupu do rychlouzavíracího ventilu 0,9 - 0,03 MPa (9 - 0,3 bar) Vzduch nasávaný kompresorem musí být čistý tak, aby nevznikala koroze a eroze průtočné části soustrojí. Minimální dovolená teplota nasávaného vzduchu je -30°C. Při nižších teplotách okolního vzduchu spustit předehřívání v sání. Maximální teplota prostředí ve strojovně nesmí přesáhnout + 35°C. Hmotnost nejtěžších částí soustrojí: Vlastní soustrojí včetně rámu cca 52 t Dtto bez obou rotorů a olejového potrubí cca 44 t Spalovací komora cca 2,4 t Výměník spaliny-vzduch cca 19,4 t Odpouštěcí ventily cca 1,2 t Nejtěžší části zdvihané při revizi: Víko osového kompresoru cca 5,5 t Víko turbiny společně s víkem výstupního hrdla turbiny cca 5,6 t Rotor generační části cca 6,5 t Rotor výkonové části cca 1,1 t
Obr. 1: Demontáž turbíny, střední oprava
3/11
Obr. 2: Spalovací turbína, rotor axiálního vzduchového kompresoru s VT turbínou
Obr. 3: Spalovací turbína, rotor NT turbíny (hnací, výkonová turbína)
3.2
Turbokompresor TD 260 - 14 - 1M/T, jižní větev
Turbokompresor TD 260 - 14 - 1M/T je použit na KS jižní větve, celkem 36 strojů. Turbokompresor je určen k dopravě přírodního plynu na dálkových plynovodech. Je zabudován včetně jiného technologického zařízení v kompresních stanicích. Turbokompresor je možno provozovat v paralelním i sériovém zapojení - dle potřeb uživatele. Směr točení rotoru turbokompresoru odpovídá směru pohybu hodinových ručiček při pohledu ze strany pohonu. Turbokompresor je poháněn spalovací turbinou GT 750-6, prostřednictvím torzní tyče se zubovými spojkami na obou koncích. Spojka na straně turbokompresoru má průměr 150 mm. Regulace výkonu turbokompresoru je prováděna změnou počtu otáček poháněcí turbiny v rozsahu 3750 - 5500 otáček za minutu.
3.2.1 Jmenovité parametry Výkon při teplotě 20°C a 760 mm Hg. Objemový výkon TK při tlaku a teplotě dle tab. č. 2 Tlak na výstupu z hrdla TK Příkon TK Teplota plynu na sání Teplota plynu na výstupu Hmotnost částí turbokompresoru: Celková hmotnost TK bez pomocného zařízení a bez olejové náplně Hmotnost nejtěžší součásti (těleso) při ustavení na základový stůl Hmotnost nejtěžší součásti (víka) TK při montáži
22,5 .10 Nm3 / den 242 m3 / min. 7,453 MPa 6000 kW + 30°C + 60°C 22,6 t 13 t 5,5 t
4/11
Obr. 4: Turbokompresor GT 750 - 6 M v kobce
4. 4.1
Popis hlavních částí zařízení kompresorové haly Spalovací turbina GT 750 - 6 M
Hlavní části jsou: generační turbina pro pohon osového kompresoru, hnací turbina pro pohon kompresoru plynovodu (turbiny jsou na sobě mechanicky nezávislé), osový kompresor, spalovací komora, výměník, spouštěcí zařízení turbiny, systém mazání, regulace, ovládání a systém ochran.
Obr. 5: Spalovací turbína, řez
4.1.1 Turbinový blok na rámu Turbinový blok sestává z osového kompresoru a turbin. Je smontován na společném rámu, v němž je též olejová nádrž. Turbosoustrojí je umístěno na betonových podpěrách na výšce 4,8 m. Konstrukce soustrojí umožňuje jeho blokovou montáž.
5/11
4.1.1.1 Osový kompresor Vzduchový osový kompresor je 12- ti stupňový. Statorové lopatky jsou uchyceny v litinové skříni opatřené odlitým sacím a výstupním hrdlem. Oběžné lopatky jsou uspořádány na rotoru konstantního průměru. Se sacím hrdlem je spojen přední ložiskový stojan, na jehož čele je umístěno spouštěcí zařízení turbiny, spojené s rotorem kompresoru ozubeným soukolím. Spojení a rozpojení spouštěcího zařízení se provádí automaticky. V předním ložiskovém stojanu je umístěno radiálně-axiální ložisko, hlavní olejové odstředivé čerpadlo a protáčecí zařízení s elektromotorem. Zadní radiální ložisko rotoru kompresoru je umístěno v ložiskovém stojanu přilitém ke spojovacímu kusu mezi kompresorovou a turbinovou skříní. Obě turbiny jsou uspořádány ve společné skříni z lité oceli, opatřené tepelnou isolací. Výstupní hrdlo je svařované konstrukce s vnější tepelnou isolací. Rotor generační turbiny sestává z dvouvěncového disku upevněného letmo na hřídeli osového kompresoru. Rotor hnací turbiny má jednověncový disk uložený letmo na hřídeli. Rotor je uložen ve dvou ložiskách, z nichž jedno je kombinováno s osovým ložiskem. Obě ložiska jsou uspořádána ve společném ložiskovém stojanu uloženém ve vnitřním kuželi zadní části společné turbinové skříně. Všechny tři řady oběžných turbinových lopatek mají stromečkové axiální závěsy. Chlazení nožek lopatek i obvodu disků je prováděno vzduchem. Statorové lopatky generační turbiny jsou uchyceny v děleném nosiči lopatek. Statorové lopatky hnací turbiny jsou v neděleném nosiči lopatek.
4.1.2 Spalovací komora Spalovací komora je vertikální souproudá. Skládá se z pláště, z vnitřní plamencové části a hořáků. Vnitřní plamencová část sestává z čela s vířiči, vlastního plamence a směšovačů. Spalovací komora obsahuje 2 zapalovací hořáky, 2 svíčky, stabilizační hořák, 6 hlavních hořáků. Na části strojů jsou provedeny úpravy a výměny hořáku z důvodu snížení emisí, zejména CO. Podrobná dokumentace skutečného provedení jednotlivých turbín je uložena v archivu.
Obr. 6: Spalovací komora, vertikální
4.1.3 Výměník spaliny - vzduch Vzduch vystupující z kompresoru se ohřívá před vstupem do spalovací komory teplem výfukových plynů ve dvou sekcích výměníků. Výměník má teplosměnnou plochu z profilových plechů a nebo je v trubkovém provedení. Výměník je posuvně uložen na podložkách. Pracovní (cyklový) vzduch nasávaný z atmosféry přes protidešťové žaluzie do nasávací šachty se přivádí přes odvinovací filtry a tlumič sacím potrubím do sání kompresoru.Myslím, že sací trakty na středním úseku se dost liší od těch na jižním (jedny jsou svislé, druhé vodorovné). Nemělo by se to zmínit?
6/11
4.1.4 Odvinovací filtr je určen pro odloučení a zachycení prachu a mechanických nečistot z nasávaného vzduchu. Suché odvinovací filtry mají pás tkaniny. Posuv pásu je řízen automaticky v závislosti na tlakové ztrátě filtru, jež ukazuje stupeň jeho zanesení. Zanesený pás se vymění za nový.
4.2
Potrubí vzduchu a spalin
Vzduchová a spalinová potrubí jsou jednoplášťová, opatřena vesměs kompenzačními kusy, dovolujícími dilataci potrubí. Pro umožnění dilatace velkých potrubí spalin a vzduchu, jež jsou součástí technologického zařízení kompresorové stanice, se dodávají se soustrojím speciální detaily a uzly. Na potrubí je tepelná a zvuková izolace z čedičové vaty, chráněné pozinkovaným plechem.
4.3
Olejový systém
Olejový systém soustrojí zabezpečuje olej pro mazání ložisek turbiny, pro regulaci soustrojí, mazání ložisek poháněného TK a těsnění jeho ucpávek. Sestává z: olejové nádrže umístěné v základním rámu turbinového bloku 4 m3 odplyňovací, přepadové a drenážní nádrže hydraulického uzávěru v případě havárie nebo požáru lze olej z hlavní olejové nádrže vypustit do havarijní nádrže 50 m3-hala TP II a 100 m3 hala TPK hlavního olejového čerpadla o výkonu 2390 l min-1 , umístěného na hřídeli generační turbiny pomocného olejového čerpadla o výkonu 2000 l min-1 s el. motorem 45 kW, 50 Hz, 220/380 V nouzového olejového čerpadla s elektromotorem 6 kW, ss proud, 220 V, čerpadel pro přepadovou a drenážní nádrž zařízení pro ohřev oleje horkou vodou vč. olejového čerpadla, vodního ohříváku 12 m2 a doprovodného potrubí vně budovy po hrdla olejového chladiče. plnoprůtočných olejových filtrů 40μm ADAST společných pro stroje celé haly propojovacího olejového potrubí s armaturami mezi výše uvedenými částmi včetně závěsů pro vnější olejové potrubí odsávání olejových par včetně cyklonu kompletujících částí olejového systému Náplň oleje je asi 9000 kg. Některé části olejového systému jsou umístěny na základ rámu turbinového bloku. Informativní spotřeba oleje turbiny a dmychadla se pohybuje od 0,2 - 1 litr za hodinu provozu turbosoustrojí. Chladič oleje se vzduchovým chlazením pro max. teplotu oleje na vstupu do chladiče 62°C, teplotu oleje na výstupu 50°C (při teplotě okolního vzduchu 31°C) a max. odpor na straně oleje 0,05 MPa. Regulace chladícího výkonu je prováděna žaluziemi a natáčení lopatek ventilátoru. Tato regulace je prováděna automaticky systémem PAC podle zadané teploty na výstupu z chladiče., Hydraulický regulační systém spalovací turbiny zabezpečuje udržování požadovaných otáček hnací turbiny ovládáním regulačního ventilu přívodního plynu do spalovací komory pomocí hydrodynamického regulátoru otáček. Přestavování otáček pro automatické ovládání umožňuje zařízení rychlostního regulátoru s elektromotorem 120 W na stejnosměrný proud 220 V. Dovolená tolerance je 0,5%.
Předpis pro volbu oleje pro tepelné turbiny IBZKG Olej použitý pro mazací a regulační systémy musí být výrobcem specifikován jako olej pro tepelné turbiny a mimo to má splňovat tyto technické požadavky: olej MOGUL TB 46 jakostní parametr jednotka hodnota norma metody Bod vzplanutí °C 212 ČSN 65 6212 Bod tuhnutí °C -10 ČSN 65 6072 2 Viskozita při 40 mm /s 41.71 ČSN 65 6216 Popel oxidační % hmotnosti 0,002 ČSN 65 6063 Voda nepřítomna ČSN 65 6231 Číslo kyselosti mg KOH/g 0,013 ČSN 65 6070 Deemulgační číslo s 110 ČSN 65 6230
7/11
Protikorozní vlastnosti kor. nepřít. Obsah antioxidantu % hm Hustota při 20°C kg/m3
4.4
0,42 862
ČSN 65 6249 IC ČSN 65 6010
Systém ochran
Spalovací turbina je zabezpečována před nepřístojnými provozními stavy systémem ochran působících hydraulickou a elektrickou cestou. Ochrany hydraulickou cestou přímo zasahují: -
při překročení otáček generační turbiny při překročení otáček hnací turbiny při překročení otáček při roztáčení
Ochrany působící elektricky přes elektromagnetický vypínač zasahují při překročení přípustné hodnoty následujících veličin: -
teplota spalin před VTT tlak spalin před výměníkem otáčky VTT nebo NTT axiální posuv VTT, NTT a kompresoru teplota ložisek turbiny a kompresoru chvění turbiny a kompresoru tlak mazacího oleje turbiny a kompresoru ztráta plamene tlak oleje pojistek ztráta ovládacího napětí ventilů turbiny tlak topného plynu metan požár nekompletní sekvence diference olej – plyn hladina akumulátoru
Tepelné schéma turbiny GT 750-6M Spalovací turbina GT 750 6 M pracuje následujícím způsobem: Vzduch z atmosféry je nasáván přes filtry osovým kompresorem. Z kompresoru proudí stlačený vzduch do regeneračního výměníku, kde se ohřívá výfukovými spalinami. Ohřátý vzduch je veden z regeneračního ohříváku do spalovací komory. Současně se do spalovací komory přivádí palivo - topný plyn o tlaku 0,90 MPa. Palivo shoří se značným přebytkem vzduchu a vzniklé spaliny o teplotě max. 750 + 10°C a tlaku cca 0,43 MPa expandují v generační a hnací části turbin. V obou částech NT i VT turbiny dochází k přeměně potenciální energie v mechanickou práci. Za NTT odchází spaliny o teplotě cca 470°C do regeneračního výměníku, kde předají část svého tepla cyklovému vzduchu a o teplotě 270°C pak odchází výfukovým potrubím do komína. Pro spouštění turbiny slouží jako startér hydraulické nebo elektrické roztáčecí zařízení.
8/11
Roztáčení Zařízení slouží k roztáčení spalovací turbiny na otáčky nutné pro její uvedení do provozního stavu. Původní startovací expanzní turbíny byly nahrazeny elektrickým nebo hydraulickým startovacím zařízením. Výměna byla provedena z ekologických důvodů. Významný efekt přináší 100% úspora zemního plynu, který byl po expanzi vypouštěn do ovzduší. Start turbosoustrojí pomocí elektrického startovacího zařízení rovněž není omezen podmínkami - při bouřce není možné z důvodů bezpečnosti startovat plynem.
4.5
meteorologickými
Turbokompresor TD - 260 - 14 - 1M/T
4.5.1 Popis agregátu Turbokompresor je konstrukčně proveden jako jednostupňový radiální stroj s oběžným kolem uloženým letmo. Sací a výtlačné hrdlo jsou situovány k ose turbokompresoru tangenciálně, hrdla jsou provedena souose s vnitřním průměrem 680 mm, pro přímé připojení potrubí přivařením.
Obr. 7: Turbokompresor, příčný řez Pohyblivé části (rotor), ložiska, čelní provozní ucpávka a další jsou zabudovány do vložky uložené v tělese turbokompresoru. Celá sestava vložky vč. rotoru se montuje z činného prostoru TK po demontáži víka. Příruba vložky se připevňuje osmi šrouby k zadní čelní ploše tělesa a válcová část je vsuvně uložena v zadní části nosiče ložisek. Vůle citronového uložení vložky je v horizontálním směru nosiče ložiska vymezena dvěma pery, která zajišťují při demontážích stálost rotoru TK s rotorem turbiny.
9/11
Obr. 8: Vložka turbokompresoru, rotační části Toto konstrukční provedení dovoluje, v případě havárie rotujících částí TK, rychlé vyjmutí poškozené a zabudování úplné smontované vložky. Poškozená vložka může pak být opravena ve větší časové toleranci, ve speciálně k tomu zařízené centrální dílně. Kromě impulsního odběru ze sací komory víka jsou všechny olejové a plynové kanály TK provedeny tak, že nevyžadují při opravách zejména při vyjímání vložky odpojení vnějšího potrubí, kromě odvětrávacího potrubí na víku nosiče ložiska. TK se usazuje přímo na betonový základ bez základní desky, podkládá se klínovými třmeny a podložkami, po vyrovnání soustrojí se spodní část tělesa zalije betonem. Je umístěno mimo prostor pohonu a je od něho odděleno hermetickou stěnou.
4.5.2 Mazací a ucpávkový systém TK Zde je pouze popsána ta část olejového systému celého soustrojí, která umožňuje provoz TK a je součástí jeho dodávky, t.zn. přívod a odpad oleje kombinovaného ložiska TK, přívod a odpad oleje od hydraulického relé axiálního posuvu a celý vysokotlaký olejový systém. Všechny ostatní části olejového systému soustrojí jsou součástí plynové turbiny. Nízkotlaký olej je přiveden přes chladič pro TD do kombinovaného ložiska. Tentýž olej je zaveden do sání vysokotlakých olejových čerpadel, z nichž jedno je pracovní a jedno rezervní. Výstup z čerpadla je zaveden přes olejový filtr a zásobník oleje do provozní ucpávky a vysokotlakého ložiska. Tlak ucpávkového oleje se udržuje regulátorem tlakové diference RPD 2M na hodnotě o cca 0,2 – 0,3 MPa vyšší, než je tlak plynu v plovákové komoře. Tím je zaručeno, že plyn za provozu nemůže pronikat do ložiskového stojanu. Olej odpadající z kombinovaného ložiska se zavádí do radiální části kombinovaného ložiska a odtud přes kryt spojky do odplyňovací nádrže. Část oleje za axiální částí kombinovaného ložiska se odvádí z prostoru mezi radiální a axiální částí ložiska do odplyňovací nádrže přes škrtící ventily, kterými je možno upravit optimální mazání axiální a radiální části ložiska. Sledování funkce olejového systému umožňují dálkové měření a ochrany, které jsou připojeny na řídící systém.
10/11
Obr. 9: Turbokompresor TD-260-14-1M/T, jižní úsek, charakteristiky, výstupní tlak a spojkový výkon vers. průtok, otáčky 5300 ot./min, vstupní tlak 6,00 MPa, vstupní teplota 295,15 K
11/11
