Проектирование ГТУ мощностью 25МВт для привода нагнетателя природного газа

90-110

Паралич дыхания при контакте более 3 с

Паралич дыхания

300 и более

Паралич дыхания и сердца при контакте более 1 с

Поражение дыхания и сердца при контакте более 0,1 с

При измерении напряжения прикосновения и токов сопротивление растекания тока с ног человека моделируем с помощью квадратной металлической пластины, с размером 25x25 см., которая располагается на поверхности пола, в местах возможного нахождения человека.

Защитное заземление или зануление обеспечивает защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате пробоя изоляции.

Защитно заземлены и занулены металлические части электроустановки, доступные для прикосновения человека и не имеющие других видов защиты.

В качестве заземляющих устройств электроустановок в первую очередь использованы естественные заземлители.

При использовании железобетонных фундаментов здания их используют в качестве естественных заземлителей.

И при обеспечении допустимых напряжений прикосновений и токов сооружение искусственных заземлений.

Заземление удовлетворяет ГОСТ 12.1.030-81.ССБТ.

«Электробезопасность. Защитное заземление».

Соблюдается ГОСТ 12.1.019-79.ССВТ. «Электробезопасность. Общие требования».

Чтобы исключить возможность прикосновения или опасного приближения к неизолированным токоведущим частям, обеспечена их недоступность посредством ограждений, а также расположения токоведущих частей на недоступной высоте и в недоступном месте.

По ГОСТ 12.1.030-81.ССБЕ. «Электробезопасность. Защитное заземление, зануление» соблюдаем:

Освещение.

Освещение в машинном зале газопаровой установки спроектировано на основании «Инструкции по проектированию столового и осветительного оборудования промышленных предприятий» (СН 357-77) и СНиП 23-05-95. «Естественное и искусственное освещение».

Предусмотрены следующие виды освещения: рабочее, аварийное и ремонтное (переносные светильники).

Аварийное освещение, необходимое для обеспечения возможности продолжать работу при аварийном выключении электроэнергии.

Оно создает освещенность рабочей поверхности, составляющую не менее 10% от нормального освещения, установленного для этих поверхностей при работе в обычных условиях.

Аварийное освещение для эвакуации людей обеспечивает не менее 10 лк на полу и ступенях лестницы.

Для освещения используется наиболее экономичные разрядные лампы.

Использование ламп накаливания для общего освещения используется только в случае невозможности и технической, экономической нецелесообразности использования разрядных ламп.

Рабочая освещенность 300 лк, а источник света типа ЛВ, ДХБ -разрядные лампы.

Вибрационная безопасность.

Вибрационная безопасность труда обеспечивается по ГОСТ 121.1.012-90. «Вибрация. Общие требования безопасности».

Неблагоприятное воздействие вибрации на организм человека проявляется в том, что отрицательно сказывается на его здоровье, работоспособности, комфорте и других условиях трудовой и социальной жизни и оценивается в соответствии с принятыми гигиеническими, психофизическими, социальными и иными критериями.

Общая вибрация (от вращающихся частей агрегат) передается через опорные поверхности на тело сидящего и стоящего человека.

По санитарным нормам помещение с турбинным оборудованием отнесено к категории «За», которая находится на границе снижения производительности труда.

Для помещения данной категории вибрации существуют следующие нормы (см. таблице №14.3 (Нормы на вибрацию)).

Таблица №14.3 Нормы на вибрацию

Тип вибрации	Виброускорение и соответствующий	Виброскорость и соответствующий
	мс'*2	ДБ	мс"	ДБ
Общая вибрация	0,1	100	0,2	92

Измерение вибрации опорных узлов агрегата производиться сразу при первой его прокрутки после окончания монтажа и капитального ремонта.

Причиной возбуждения вибраций являются возникающие при работе

турбинной установки и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия, а также вибрация создается при ударах подшипниковых узлов (износ подшипников), нарушение центровки вращающихся устройств.

Вибрация электрического характера связана с неравномерным распределением сил

взаимодействия в воздушном зазоре между ротором и статором генератора при подаче возбуждения.

В проектируемой установке уровень вибраций сведен к минимуму (для проектируемой установки не превышает 92 дБ) за счет следующих мероприятий:

- динамическая балансировка;

ГПУ установлена на сборно-монолитном рамном фундаменте бесподвального типа; в качестве материалов для возведения рамных фундаментов применяют железобетон, а верхнее строение из металла. Эта конструкция отвечает следующим требованиям: прочность, устойчивость, выносливость, недопустимость осадок и деформаций, экономическая выгода;

тщательная центровка роторов;

отстройка режимов работ от резонанса;

применение виброизоляции;

применение демпфирования;

проверка температуры масла (не выше 70° С).

Аппаратура по измерению вибрации отвечает нормам ГОСТ 12.4.012-83. «Вибрация. Средства измерения и контроля вибрации на рабочих местах. Технические требования».

Контроль за вибрацией газопаровой установки производится в следующих местах:

на опорных подшипниках - радиальная составляющая вибрации в двух перпендикулярных направлениях;

на упорном подшипнике - радиальная составляющая вибрации в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а также вибрация вдоль оси агрегата. При аварии вибродатчик отключает установку.

Шум.

При работе ГТУ возникает аэродинамический шум, который в зависимости от происхождения подразделяется на вихревой шум от неоднородного потока, ударных волн, шум вращения. Основными источниками шума являются компрессор, турбина, вращающийся вал агрегата, работающий генератор

По «Санитарным нормам допустимых уровней шума на рабочих местах» (СН 3223-85) допустимые уровни звукового давления в октавных полосах частот, уровни звука на рабочих местах принимаем:

- для широкополосного постоянного и непостоянного (кроме импульсного) шума (см. табл. (Допустимые уровни шума на рабочих местах));

- для колеблющегося во времени и прерывистого шума максимальный уровень звука не превышает 110 дБ;

При этом основными источниками шума являются компрессор, турбина, вращающийся вал агрегата, работающий генератор.

Таблица №14.4: Допустимые уровни шума на рабочих местах

Вид трудовой деятельности рабочего места	Уровни звукового давления (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц	Уровень звука
	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000	Эквивалент уровень
Все виды работ на постоянных рабочих	107	95	87	82	78	75	73	71	69	80

Вредное воздействие шума на обслуживающий персонал снижается следующими способами:

путем активного воздействия на источник шумообразования;

поглощением части энергии шума на пути его распределения;

применение средств индивидуальной (наушники) и групповой защиты.

В машинном зале имеется звукопоглащающая обшивка внутренних поверхностей потолка и стен, которая уменьшает уровень шума внутри помещения за счет отраженной от стен и потолка звуковой энергии. Согласно ГОСТ 21199-82 в составе комплексного воздухоочистительного устройства имеется система шумоглушения, обеспечивающая снижение уровня звукового давления до санитарных норм.

Основными производственными вредностями и опасностями при эксплуатации ГТУ является: высокий уровень шума, преимущественного аэродинамического характера от газодинамических процессов в ГТУ, маслосистемах и маслоохладителях, КУ и т.д., а также контактного шума в подшипниках качения, зубчатых передачах, в связи с чем при работе с установкой, и обязательно при входе в контейнеры рабочих агрегатов, используются противошумные средства; тепловые излучения от нагретых поверхностей ГТУ и выхлопного устройства: вибрация, т.к. агрегаты устанавливаются на пространственных рамах, входящих в состав силовой структуры контейнеров.; возможная загазованность окружающей среды и помещений природным газом, не имеющим запаха, при остаточной концентрации кислорода менее 18% подобная смесь действует удушающее, пределы взрываемости смеси газа с воздухом в объеме в пределах 4-16% в более высокой концентрации смесь пожароопасная при наличии искры, поэтому к работе допускаются только люди, прошедшие спец. обучение и проверку знаний, только в спец. одежде. Запрещается использовать одежду из синтетического материала, а также промасленную обувь на мягкой подошве. Время нахождения в контейнерах ограничено.

На работающей ГТУ запрещается открывать двери воздухозаборного устройства, подниматься на площадку рабочей ГТУ, проводить регулировки и устранять неисправности в работе основного оборудования, подтягивать фланцевые соединения трубопроводов и сосудов под давлением. Иные работы в контейнерах двигателя и нагнетателя, несвязанные с действием основного оборудования, проводятся только инструментом не дающим искры (омедненным или обильно смазанным солидолом). В данных помещениях запрещается хранить посторонние предметы.

При необходимости дополнительного освещения используется только переносные лампы во взрывоопасном исполнении, напряжением не выше 36 В.

Контейнера ГПА оснащены эффективной системой приточной вентиляцией и аварийной вытяжкой, система взрывоопасного освещения,

достаточного для беспрепятственного снятия показания приборов. Металлоконструкции надежно заземлены с сопротивлением заземляющего устройства 4 Ом, а также системами автоматического углекислотного пожаротушения, оповещения загазованности. В местах, где установлен шкаф АСУ, возможно возникновение пожара, там должны находится дополнительные огнетушители (углекислотные или порошковые), так как пенными огнетушителями тушить электроустановку нельзя, ящик с песком около бокса. Система пуска и остановки ГТУ полностью автоматизированы и дистанционны.

Перед проведением работ на ГТУ, связанных с использованием открытого огня, искрообразованием или нагрева предметов, все коммуникации подводящие газ к помещениям надежно отсоединены или заглушены. Система вентиляции должна работать непрерывно и быть включена не менее чем за 15 мин до начала проведения работ. Подобные работы допускаются только при наличии концентрации газа 0,7%. Перед проведением работ с маслосистемой, масло сливается в аварийную емкость. В систему защит ГТУ, как и в правила ТБ при работе с ГТУ при переводе ее в состав ГПА вмешательство не происходит. Обслуживающий персонал следит за работой ГПА и в случае несрабатывания защит, аварийно остановить ГПА в следующих ситуациях (основные данные по двигателю): превышение температуры перед силовой турбиной, превышение частоты вращения роторов газогенераторов и силовой турбины, превышение среднеквадратичной скорости вибрации подшипников-4 мм/с, при аварийном снижении давления масла в коллекторе смазки, повышение температуры масла при выходе из подшипников - выше 85°С. При аварийной остановке ГПА, работа паротурбинного контура автоматически прекращается со срабатываем отсечной арматуры котла-утилизатора и опорожнением его полостей.

Система регулирования и защит газовой турбины обеспечивает аварийный останов с быстрым закрытием стопорного клапана, отсечным и сбросных органов котла-утилизатора, а затем регулирующего клапана, срывом вакуума в конденсаторе при следующих ситуациях: повышение частоты вращения ротора турбины; превышение вибраций подшипников уровня, установленного конструктором и заводом-изготовителем; аварийном снижении давления в коллекторе смазки турбин; превышение температуры масла на выходе из подшипников 80°С; недопустимом осевом сдвиге ротора; снижения давления в гидравлических частях регулирования; коротком замыкании в электрических цепях. Для защиты от помпажа компрессора должны быть установлены сбросные предохранительные клапаны, в количестве не менее 2-х для осуществления резервирования, системой оповещения о срабатывании. Проверка работоспособности системы защит и предохранительных клапанов (на специальном стенде) должна обязательно проводиться перед пусками после вывода из ремонта или технического обслуживания, после продолжительного простоя ГТУ.

Сменный персонал во избежание аварии должен следить за тепловым состоянием корпуса газовой турбины и всеми устройствами, компенсирующими тепловые расширения оборудования.

13. Экономическое обоснование проекта

Введение

Произведем расчет экономической эффективности газотурбинной установки на базе ГТН-25, предназначенной для привода нагнетателя природного газа. Величина экономического эффекта от применения данной ГТУ напрямую зависит от себестоимости перекачиваемого газа. Поэтому для расчета получаемой экономии необходимо определить количество компримируемого газа. Также показателем эффективности является быстрая окупаемость проекта, высокая энергетическая эффективность, возможность максимального приближения к потребителю, возможность технической реализации новых технологических решений. Топливом является природный газ.

Для реализации этого потребуется объем инвестиций в размере 86,6 млн.руб.

Расчет количества вырабатываемой мощности за год.

где - установленная мощность ГТУ,

- количество часов использования ГТУ. Данный параметр можно определить по количеству агрегатов установленных в одном цехе КС(среднее количество 5-7 ед.), для расчета примем число ГПА=6. Обычно из 6 агрегатов 1-2 находятся в работе, примем количество работающих агрегатов 2ед. Для поддержания одинакового технического состояния по цеху, будем считать что все двигатели работают парами равное количество времени, т.о. получим:

Расчет переменных издержек.

Переменными являются издержки, величина которых напрямую зависит от количества произведенной мощности. К ним относятся издержки на топливо.

Удельный расход условного топлива на отпуск 1 кВт мощности составляет 0,166 м3 у. т.

Определим годовой расход топлива на создаваемую мощность:

Цена одного равняется

,

где - тепловой эквивалент топлива. Тепловой эквивалент любого вида топлива определяется из соотношения = , где Q - теплота сгорания какого-либо топлива(по низшей границе), а 7000 - общепринятое значение теплоты сгорания условного топлива для целей планирования производства и потребления, при подсчете энергетических ресурсов.

В нашем случае Q=38231 - по данным полученным от Международного энергетического агентства (IEA) по Российскому газу. Учитывая соотношение 1ккал=4,19кДж, имеем Q=9125,77, следовательно =.

- стоимость топлива,

Тогда издержки на топливо составляют:

,

Расчет постоянных издержек.

Постоянные издержки условно не зависят от объема производства. Они включают в себя такие величины как амортизационные отчисления, заработная плата рабочих, затраты на ремонт оборудования.

Амортизационные отчисления:

где - норма амортизационных отчислений,

,

где - количество лет, предполагаемого использования оборудования(выбирается в соответствии с ГОСТ СО153-34.17.448-2003),

- капитальные вложения.

Годовые затраты на заработную плату:

где - средняя заработная плата одного работника в год,

Фонд заработной платы с учетом начислений:

где - ставка единого социального налога

Ежегодные издержки на ремонт оборудования:

Прочие издержки на обслуживание дополнительного оборудования, расход масла, содержание цехового помещения и иные непроизводственные расходы :

Сумма переменных издержек:

Суммарные издержки на отпуск электроэнергии:



Прибыль от реализации компримируемого газа.

Прибыль от реализации компримируемого газа это есть разность выручки от реализации электроэнергии и затрат на ее производство. Выручка от реализации компримируемого газа рассчитывается на основе годовой потребности потребителя в топливе. Для того чтобы выяснить количество проданного газа необходимо вычислить количество поданного ЦН газа за год.

Определим напор создаваемый ЦН, отнесенный к 1кг газа:

H=

где k=1,31 - показатель адиабаты,

z=0,86 - коэффициент сжимаемости,

- газовая постоянная,

- температура газа на входе в ЦН,

- степень повышения давления,

- политропический КПД.

Определим массовый расход газа:

,

где - механические потери мощности.

Из уравнения состояния газа определим параметры газа на входе в рабочее колесо:

 ,

где .

Найдем объемную производительность газа за год:

где - тариф на м3 газа,

по данным РиаНовости(ria.ru)

,

где - налог на прибыль.

Выручка от реализации газа:

Прибыль от реализации :

Чистая прибыль:



Оценка показателей эффективности

Рентабельность:

Срок окупаемости инвестиций:

Таким образом, себестоимость газа, компримируемого c помощью ГТУ составляет 0,69 руб./м3, что более чем в три раза ниже действующей тарифа на электроэнергию, равного 2,5 руб./м3. Инвестиционный проект окупается в 0,13 года с начала эксплуатации. Значит, он обладает высокой коммерческой эффективностью и интересен не только Заказчику, но и любому потенциальному инвестору имеющему желание выгодно вложить свои финансы. Чистый годовой доход от эксплуатации ГТУ составит 675,294 млн.

Заключение

В данном дипломном проекте был спроектирован ГТУ мощностью 25МВт для привода нагнетателя природного газа. Прототипом для проектировочных работ была выбрана установка ГТН-25 Уральского турбинного завода.

Разработанная установка имеет следующую техническую характеристику:

ѕ КПД установки 33,3%;

ѕ расход воздуха через компрессор 83,395 кг/с;

ѕ степень сжатия компрессора 18;

ѕ температура газа перед ТВД 1480 К;

ѕ частота вращения ротора газогенратора 7269 об/мин;

Спроектированная ГТУ отвечает всем требованиям к соверменной ГТУ для привода нагнетателя по мощностным, прочностым, эксплуатационным параметрам. Кроме того КПД спроектированной установки, по расчетным данным, относительно КПД прототипа возрос на 1,3%.

Инвестиционный проект можно считать эффективным, так как окупаемость агрегата составляет 48 дней. Значит, он обладает высокой коммерческой эффективностью и интересен не только Заказчику, но и любому потенциальному инвестору имеющему желание выгодно вложить свои финансы.

Список литературы

1. Арсеньев Л.В., Рассохин В.А., Оленников С.Ю., Раков Г.Л. «Расчет тепловой схемы ГТУ. Учебное пособие», - Л., ЛГТУ, 1992.

2. Подобуев Ю.С., Селезнев К.П. «Теория и расчет осевых и центробежных компрессоров», - М., Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1957.

3. Шляхтенко С.М. «Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей», Машиностроение, 1987.

4. Лапшин К.Л. «Математические модели проточных частей в проектировочных газодинамических расчетах осевых тепловых турбин на ЭВМ. Учебное пособие», - Л., ЛПИ, 1989.

5. Черников В.А. «Аэродинамические характеристики ступеней тепловых турбин», Машиностроение, 1980.

6. Арсеньев Л.В., Тырышкин В.Г., Богов И.А., Подобуев Ю.С., Левин Е.Е. «Стационарные газотурбинные установки», Машиностроение, 1989.

7. Жирицкий Г.С. «Конструкция и расчет на прочность деталей паровых турбин», Государственное энергетическое издательство, 1960.

8. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. «Расчет на прочность деталей машин», Машиностроение, 1993.

9. Локай В.И., Иванов В.Л. «Высокотемпературные охлаждаемые газовые турбины(Исследования и расчет)», Машиностроение, 1971.

10.Ковалевский М.М. «Стационарные ГТУ открытого цикла», Машиностроение, 1979.

11. Ласкин А.С., Семакина Е.Ю., «Энергетические машины. Проектирование направляющих и рабочих лопаточных аппаратов энергетических турбомашин. Учебное пособие», СПб Изд-во Политехн. университета, 2011.

12. Каверзнева Т.Т., Лисочкин Я.И., «Безопасность жизнедеятельности. Безопасность и охрана труда: методические указания», СПб Изд-во Политехн. университета, 2011.

Список нормативных документов

ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. М., 1980.

ГОСТ 12.4.021-75. Системы вентиляционные. Общие требования.

ГОСТ 12.1.004-91 Пожарная безопасность. Общие требования.

ГОСТ 12.1.019-79.ССВТ. Электробезопасность. Общие требования.

ГОСТ 12.1.030-81.ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление.

ГОСТ 12.1.038-82. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжения прикосновения и токов.

ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

ГОСТ 12.4.051-87 Средства индивидуальной защиты органов слуха. Общие технические требования и методы испытания.

ГОСТ 121.1.012-90. Вибрация. Общие требования безопасности.

ГОСТ 12.4.012-83. Вибрация. Средства измерения и контроля вибрации на рабочих местах. Технические требования.

СНиП 2.09.02-85 Производственные здания. М., 1985.

СНиП 2.4.79 Естественное и искусственное освещение. М., 1979

СНиП 2-12-77 Защита от шума. М., 1977

СНиП 21-01-97 Пожарная безопасность зданий и сооружений.

СниП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирования воздуха.

Нормы проектирования.

СН 4088-86. Санитарные нормы микроклимата производственных

помещений.

СниП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.

СН 3223-85 Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах.

Размещено на Allbest.ru

...