Д. т. н. Бекренев Н. В. ^* , к. т. н. Карачаровский В. Ю. ^* , к. т. н. Фомин А. А. ^* ,

  к. т. н. Аврамов М. В. ^** , Выдыш С. Л. ^**

^* Саратовский государственный технический университет

имени Ю. А. Гагарина, Российская Федерация;

^** ОАО «Газпром трансгаз Саратов», Российская Федерация

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ ГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ

К ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИМ АГРЕГАТАМ

 

Одними из основных элементов газоперекачивающих агрегатов (ГПА) газотурбинных установок на основе конверсионных реактивных двигателей являются камеры сгорания. Паспортными данными регламентируются определенная мощность, частота вращения ротора турбины и выбросы в окружающую среду соединений классов СОх и NOх . Горелочные устройства ГПА имеют до 137 рабочих отверстий малого диаметра (0,8–1,0 мм), которые расположены в 10 пилонах (радиальных трубках) во взаимно перпендикулярных плоскостях, а также в центральном корпусе. Пилоны закрыты сдвоенным кольцевым кожухом, в котором расположены лопатки-завихрители потока воздуха, поступающего в камеру сгорания за счет эжекции . В процессе эксплуатации выявляется нарушение требуемых параметров горения газовоздушной смеси, что приводит к снижению фактической мощности ГПА, а также повышенному содержанию соединений СОх и NOх , что сказывается отрицательно на экологических показателях агрегата [1]. Отмеченные нарушения проявляются задолго до выработки горелочным устройством паспортного ресурса, что приводит к росту непроизводительных расходов предприятий-транспортировщиков природного газа. Одной из причин указанных нарушений является уменьшение суммарного проходного сечения каналов и отверстий вследствие образовавшихся в ходе эксплуатации химических отложений. В настоящее время эффективным методом очистки изделий машино - и приборостроения от загрязнений разной природы является ультразвуковая очистка в моющих средах [2]. Однако, вследствие отмеченной выше конструктивной сложности горелочного устройства, содержащего множество «теневых» для распространения ультразвуковых волн зон, известные технологические схемы общей ультразвуковой очистки малоэффективны.

Целью работы являлось определение технической возможности восстановления работоспособности горелочных устройств путем исследования новой схемы ультразвуковой очистки каналов от отложений.

Анализ результатов и сследования химического состава отложений в каналах горелочных устройств, демонтированных из двух различных ГПА (табл. 1), позволяет сделать следующие выводы: химический состав отложений в первой и второй пробах принципиально отличается содержанием углерода (во второй пробе прмерно в два раза меньше) и различием в составе отложений (во второй пробе отсутствуют сера, кальций, хром, марганец, но присутствует титан); в первой и второй пробах содержится примерно одинаковое количество кислорода и железа; в обоих пробах содержится относительно меньше углерода и серы по сравнению с кислородом и железом, в то же время можно отметить разнообразие металлов.

 

Таблица 1. Содержание химических элементов в отложениях,

извлеченных из горелочных устройств (масс. %)

 

Таким образом, можно предположить, что элементы, характерные для углеводородного сырья и наиболее вероятные для присутствия в составе магистрального газа в качестве загрязнений, составляют не более 7–14 массовых % от других элементов. То есть, причина зашлакованности отверстий и каналов в горелочных устройствах может заключаться также в продуктах взаимодействия природного газа и кислорода атмосферного воздуха, поступающего в смесь за счет эжекции, с материалом корпуса и пилонов при высоких температурах длительного нагрева. Поэтому для очистки можно использовать моющие средства, рекомендуемые для удаления продуктов химической коррозии металлов.

Для очистки использовали ультразвуковую ванну емкостью 10 л с 5-ю пьезокерамическими преобразователями с резонансной частотой 22 кГц. Питание ванны осуществлялось от ультразвукового генератора УЗГ-И разработки ООО «Ультразвук-ТЕО» мощностью 1,5 кВт. В донной зоне ультразвуковой ванны обеспечивалась регулировка интенсивности ультразвука в диапазоне 0,8–1 Вт/ см ² . В качестве моющей жидкости использовали 10% водный раствор « Вертолина-74 ». Время одного цикла очистки изменяли от 2 до 5 минут. Результаты очистки оценивали по внешнему виду проблемных зон и по следующей методике: эталонное (до эксплуатации) горелочное устройство помещали в герметичный цилиндр специального стенда; осуществляли через него накачку воздуха в цилиндр до получения избыточного давления 0,4 кГ / см ² и замеряли кинетику роста давления (время набора каждого 0,1 кГ / см ² давления), а также общее время набора давления.

В ходе опытов получены следующие результаты. При общей очистке в ультразвуковой ванне наблюдалось видимое разрушение отложений вблизи отверстий на пилонах и уменьшение площади отложений на корпусе. При этом после первого цикла очистки жидкость в ванне приобретала ржавый оттенок, на дне скапливался черный шлам. После ее замены и второго цикла очистки жидкость становилась более светлой, количество шлама уменьшалось. После третьего цикла шлам не наблюдался, однако – пропускная способность горелочного устройства была восстановлена не более чем на 85%. Затем осуществляли очистку с одновременным общим и местным силовым воздействием ультразвукового излучателя по схеме с местным контактом стержневого излучателя и изделия. При определенных условиях на изделии возникали фонтаны распыляемой ультразвуком жидкости, что свидетельствовало о резком росте интенсивности воздействия. Скорость накачки баллона через горелочные устройства после эксплуатации меньше, чем через эталонное устройство на 23–25%. После обработки средняя скорость набора давления в баллоне с горелочным устройством составила 0,035–0,037 кГ / см ² с, что практически полностью (с расхождением менее 3%) соответствует показателям эталонного горелочного устройства (рис. 1). Увеличение времени очистки более 5 минут не привело к заметному улучшению пропускной способности.

 

Рис. 1. Средняя скорость набора избыточного давления 0,4 кГ / см ²

при накачке баллона через горелочное устройство

 

Таким образом, экспериментальные исследования показали принципиальную возможность восстановления первичных параметров горелочного устройства после ультразвуковой очистки по специальной схеме с сочетанием общего и местного контактного ультразвукового воздействия. Разработанная на основе исследований установка внедряется в системе ОАО «Газпром трансгаз Саратов».

 

Список использованных источников:

1.             Илюшин А. Ф. О необходимости подготовки попутного нефтяного газа для конверсионных авиационных двигателей / А. Ф. Илюшин ( ОАО « Томскнефть ») // Газотурбинные технологии. – 2012. – № 3. – 48 с.

2.            Бржозовский Б. М. Ультразвуковые технологические процессы и оборудование в машино - и приборостроении: учеб. пособ . / Б. М. Бржозовский, Н. В. Бекренев . –Саратов: Сарат . гос . техн . ун-т, 2009. – 348 с .