Термодинамический расчет и параметры энергетических газопаротурбинных установок на природном газе и газогидратном топливе

Об авторах:

Шабаров Александр Борисович, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, профессор кафедры прикладной и технической физики, Школа естественных наук, Тюменский государственный университет, Тюмень, Россия; a.b.shabarov@utmn.ru, https://orcid.org/0000-0002-5374-8704
Ширшова Альбина Вольфовна, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры механики многофазных систем, Физико-технический институт, Тюменский государственный университет; albstain@gmail.com

Сагайдачный Дмитрий Евгеньевич, магистрант кафедры механики многофазных систем, Физико-технический институт, Тюменский государственный университет; sagadim@mail.ru

Аннотация:

Предложена и обоснована для проектирования, изготовления и применения в России и других странах газопаротурбинная установка (ГПТУ) с промежуточным охлаждением в процессе сжатия, работающая на природном газе или газогидратном топливе. Предложена принципиальная схема диссоциатора для ГПТУ на газогидратном топливе. Приведена и доведена до практического применения методика термодинамического расчета, а также компьютерная программа, основанная на едином для всех узлов и установки в целом уравнении первого начала термодинамики для открытых систем с источниками и стоками рабочих тел с различной полной энтальпией с учетом подвода и отвода механической и тепловой мощности. Выявлены оптимальные степени сжатия в компрессорах из условий максимальных КПД и мощности установки. Показано, что при рациональных параметрах ГПТУ предложенной термодинамической схемы может быть создана установка на газовом или газогидратном топливе с тепловой экономичностью на уровне 50% при начальной температуре газа перед турбиной высокого давления равной 1500 К. При расчете термодинамических параметров установок, а также при получении, транспорте, хранении и разложении газогидратного топлива могут быть использованы результаты исследований свойств газогидратов, полученные в Тюменском государственном университете. Разработанный вариант ГПТУ может быть рекомендован для выполнения ОКР по созданию установки, использующей газогидраты, полученные из нефтяных попутных газов. Результаты выполненных исследований показывают перспективность для промышленного внедрения ГПТУ на газогидратном топливе.

Список литературы:

1. Арбеков А. Н. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок: учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. / А. Н. Арбеков, под общей редакцией А. Ю. Вараксина. Москва: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. 677 с.
2. Газогидраты перспективы разработки. URL: http://bizon.ru/news/view/news_id/46953
3. Газопаротурбинная установка LMS100. URL: https://dmenergy.ru/ge-lms100
4. Лавров В. Г. Способ питания двигателя внутреннего сгорания газовым топливом (метаном) с помощью газогидратных образований / В. Г. Лавров // патент РФ № 2000110447/06.
5. Накоряков В. Е. Формирование газовых гидратов ударно-волновым воздействием / В. Е. Накоряков, В. Е. Донцов, А. А. Чернов // Доклады РАН. 2006. С. 190-193.
6. Ольховский Г. Г. Энергетические газотурбинные установки / Г. Г. Ольховский. М.: Энерго-атомиздат, 1985. 304 с.
7. Шабаров А. Б. Проектирование установки ускоренного роста газогидрата из ледяных частиц микронного размера в потоке газа / А. Б. Шабаров, М. Ю. Данько, А. В. Ширшова // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2011. № 7. С. 46-51.
8. Шабаров А. Б. Газопаровая установка с охлаждением воздуха при сжатии / А. Б. Шабаров, К. В. Кривохижа // Теплофизика, гидродинамика, теплотехника: Сборник научных трудов. Тюмень: ТГУ, 2002. С. 127-133.
9. Шабаров А. Б. Газотурбинные установки с охлаждением воздуха в процессе сжатия для ком-прессорных станций магистральных трубопроводов / А. Б. Шабаров, К. В. Кривохижа // Энергосберегающие технологии в нефтегазовой промышленности России: Материалы меж-дународного совещания. Тюмень: ТГНГУ, 2001. Часть 2. С. 83-90.
10. Шабаров А. Б. Экспериментальное исследование газогидрообразования пропан-бутановой смеси / А. Б. Шабаров, А. В. Ширшова, М. Ю. Данько, Н. С. Комисарова // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2009. № 6. С. 73-82.
11. Ширшова А. В. Исследование газогидратов. Учебно-методическое пособие для студентов направления «Техническая физика» / А. В. Ширшова. Тюмень: ТюмГУ, 2016. 50 с.
12. Ширшова А. В. Способ утилизации попутного нефтяного газа / А. В. Ширшова, М. Ю. Данько // Патент РФ № 2488625. Дата регистрации 27.07.2013.
13. Якушев В. С. Эффект самоконсервации в газогидратах / В. С. Якушев, В. А. Истомин // Физика и химия льда. 1993. С. 136-139.