автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Анализ интегральных характеристик надежности и ресурсоэффективности мини-ТЭС удаленных линейных объектов газотранспортной системы России

На правах рукописи

Высокоморный Владимир Сергеевич

АНАЛИЗ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАДЕЖНОСТИ И РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ МИНИ-ТЭС УДАЛЕННЫХ ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ РОССИИ

05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты 01.04.14 -Теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 НОЯ 2013

Томск-2013

005537002

Работа выполнена на кафедре теоретической и промышленной теплотехники ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет».

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор

Кузнецов Гений Владимирович

доктор физико-математических наук Стрижак Павел Александрович

Официальные оппоненты: Михайленко Сергей Ананьевич

доктор технических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», профессор

Богомолов Александр Романович

доктор технических наук, ФГБУН «Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН», старший научный сотрудник

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный

энергетический университет им. В.И. Ленина», г. Иваново

Защита состоится 29 ноября 2013 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.269.13 при ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» в аудитории 217 учебного корпуса № 8 по адресу: 634050, г. Томск, ул. Усова, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет».

Автореферат разослан: «2g» октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.269.13

кандидат технических наук /' Ч/f-Ji-H А.С.Матвеев

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Энергоснабжение - важнейший аспект функционирования любого промышленного производства. От того, насколько стабильно и эффективно осуществляется подача необходимой для реализации технологического процесса электрической энергии, зависит производительность работы всего предприятия. Особую важность вопросы надёжности и ресурсоэффектив-ности снабжения электрической энергией и теплом имеют для предприятий, содержащих на своём балансе удалённые от централизованной энергосистемы объекты. Зачастую единственно возможным способом подачи энергии на такие объекты является применение автономных источников энергоснабжения, как правило, мини-ТЭС. При этом предприятия, испытывающие потребность в эксплуатации удалённых объектов, сталкиваются с проблемой выбора такого автономного источника, который позволял бы в конкретных климатических условиях осуществлять энергоснабжение с максимальной надёжностью и ресурсо-эффективностью (минимальными расходом топлива и временными простоями, максимальным коэффициентом полезного действия и т.д.). С этой проблемой постоянно сталкиваются компании нефтяной и газовой отраслей промышленности, организации, предоставляющие услуги связи, транспортные предприятия и другие. Проблема приобретает особую актуальность в масштабах России в связи с эксплуатацией нефтепровода «Восточная Сибирь — Тихий океан» и планируемым строительством магистрального газопровода «Якутия -Хабаровск — Владивосток».

Производители мини-ТЭС, как правило, заявляют большие (нередко даже завышенные) периоды между плановыми техническими обслуживаниями и ремонтами. Предприятия же, эксплуатирующие эти источники энергоснабжения, довольно часто сталкиваются с проблемами нерегламентированных остановов энергоустановок в межобслуживаемый период. Такие технические происшествия снижают надежность энергоснабжения удаленных объектов и их рабочего ресурса.

Сформулировать какие-либо рекомендации по повышению надежности и ресурсоэффективности применяемых, например, на магистральных газопроводах России источников энергоснабжения — мини-ТЭС можно по результатам итерационного подбора параметров или дорогостоящих экспериментов. В настоящее время применяется только эмпирический подход (сопровождается большими временными и материальными затратами) - специалисты эксплуатирующих мини-ТЭС организаций настраивают оборудование методом проб и ошибок. Проводить реальные эксперименты на типичных мини-ТЭС не представляется возможным по ряду причин (требуется останов агрегатов, изменение режимов их работы, установка дополнительных датчиков и т.д.).

Ситуация усложняется тем, что в настоящее время информация по техническим происшествиям на таких мини-ТЭС не систематизирована. Как следствие не проанализированы возможные первопричины этих технических происшествий и влияние различных внешних и внутренних факторов на их статистику.

Цель диссертационной работы - анализ надежности и ресурсоэффективности типичных мини-ТЭС удаленных технологических объектов газотранс-

портной системы России с применением методов математического моделирования нестационарных процессов тепломассопереноса и фазовых переходов в основных проблемных узлах и агрегатах этих энергоустановок.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Поиск информации, систематизация статистики и анализ основных (типичных) технических происшествий на мини-ТЭС удаленных технологических объектов газотранспортной системы России с выделением группы наиболее типичных, выявление их возможных первопричин.

2. Вычисление основных показателей надежности и рабочего ресурса мини-ТЭС (в частности, параметров потока отказов, интенсивности отказов и времени наработки).

3. Разработка физических и математических моделей процессов тепломассопереноса в наиболее проблемных узлах и агрегатах мини-ТЭС, соответствующих реализуемым на практике при критических технических происшествиях.

4. Выбор методов решения нестационарных нелинейных дифференциальных уравнений тепломассопереноса в частных производных. Разработка алгоритмов решения задач. Тестирование полученных моделей на адекватность.

5. Численное исследование макроскопических закономерностей и особенностей процессов тепломассопереноса и фазовых переходов в основных проблемных узлах и агрегатах мини-ТЭС.

6. Анализ влияния группы внешних (параметры рабочих потоков, конструкции основных блоков, связи между ними и другие) и внутренних (условия эксплуатации и другие) факторов на характеристики работы мини-ТЭС. Формулирование соответствующих аппроксимационных выражений.

7. Разработка прогностических моделей для оценки основных технологических параметров работы проблемных узлов и агрегатов мини-ТЭС при различных условиях эксплуатации.

8. Разработка рекомендаций по повышению показателей надежности и безаварийности работы рассматриваемых мини-ТЭС.

Научная новизна работы. Предложен новый подход к анализу причин основных технических происшествий на типичных мини-ТЭС удаленных технологических объектов газотранспортной системы России, отличающийся от известных применением математического моделирования комплекса взаимосвязанных нестационарных процессов тепломассопереноса и фазовых переходов в основных проблемных узлах и агрегатах мини-ТЭС, новых алгоритмов численного моделирования и оценки достоверности полученных результатов.

Практическая значимость работы. Разработанные физические и математические модели, алгоритмы численного решения задач тепломассопереноса используются для анализа основных технологических параметров работы типичных мини-ТЭС газотранспортной системы России при различных условиях эксплуатации (имеется акт внедрения разработанного программного комплекса на предприятии ООО «Газпром трансгаз Томск» № 12 от 30.08.2013). Сформулированные в тексте рукописи аппроксимационньне выражения для определяющих параметров технологических процессов, модели и рекомендации являются основой для разработки перечня мероприятий по существенному уменьшению числа критических

технических происшествий на мини-ТЭС удаленных технологических объектов газотранспортной системы России. Получены 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ с основными программными кодами, разработанными при выполнении диссертационных исследований.

Степень достоверности результатов численных исследований. Оценка достоверности полученных в ходе исследований теоретических результатов (численного решения задач тепломассопереноса) проводилась проверкой консервативности используемых разностных схем. Также выполнено тестирование выбранных численных методов и разработанного алгоритма решения основной задачи тепломассопереноса на ряде менее сложных нестационарных нелинейных задач теплопроводности.

Связь работы с научными программами и грантами. Тема диссертации соответствует приоритетному направлению развития науки, технологий и техники Российской Федерации - «Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика» и критической технологии Российской Федерации «Технологии энергоэффективного производства и преобразования энергии на органическом топливе»

Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (госконтракт № 2.80.2012) и гранта ООО «Газпром трансгаз Томск» (№ 394 от 31.05.2010 г.).

Диссертационные исследования выполнены в рамках научно-технической программы «Теплофизика и теплоэнергетика» по направлению научной деятельности Национального исследовательского Томского политехнического университета «Разработка методов и средств повышения надежности и эффективности эксплуатации энергетических объектов». Основные положения диссертации используются в Национальном исследовательском Томском политехническом университете при подготовке магистров техники и технологии по направлениям «Теплоэнергетика» и «Машиностроение», а также кандидатов наук по специальностям «05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», «05.14.04 -Промышленная теплоэнергетика» и «01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника».

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты поиска и обработки информации по основным техническим происшествиям при эксплуатации типичных мини-ТЭС газотранспортной системы России, а также анализа их возможных первопричин.

2. Результаты вычислений основных показателей надежности и рабочего ресурса рассматриваемых мини-ТЭС (параметров потока отказов, интенсивности отказов и времени наработки).

3. Новый подход к анализу причин основных технических происшествий на типичных мини-ТЭС удаленных технологических объектов газотранспортной системы России, отличающийся от известных применением математического моделирования комплекса взаимосвязанных нестационарных процессов тепломассопереноса и фазовых переходов в основных проблемных узлах и аг-

регатах мини-ТЭС, новых алгоритмов численного моделирования и оценки достоверности полученных результатов.

4. Физические и математические модели процессов тепломассопереноса и фазовых переходов, соответствующих группе основных, реализуемых при критических технических происшествиях на конденсаторных установках мини-ТЭС.

5. Результаты численных исследований влияния основных внешних и внутренних факторов на интегральные характеристики работы конденсаторов мини-ТЭС.

6. Рекомендации по повышению показателей надежности и ресурсоэффек-тивности рассматриваемых мини-ТЭС.

Личный вклад автора состоит в поиске и обработке информации по техническим происшествиям на типичных мини-ТЭС удаленных технологических объектов газотранспортной системы России; составлении статистики этих технических происшествий; выполнении анализа основных технических происшествий и выявлении (объяснении) их первопричин; вычислении определяющих показателей надежности и рабочего ресурса (параметра потока отказов, интенсивности отказов и времени наработки) мини-ТЭС; разработке нового подхода к анализу причин технических происшествий на рассматриваемых мини-ТЭС; формулировке физических и математических моделей основных процессов, соответствующих реализуемым на практике при критических технических происшествиях; выборе методов и разработке алгоритмов решения поставленных при выполнении работы задач; установлении основных закономерностей протекания физико-химических процессов в конденсаторах мини-ТЭС; обработке и анализе полученных результатов; разработке рекомендаций по повышению показателей надежности и ресурсоэффектив-ности рассматриваемых источников энергоснабжения; формулировке основных выводов диссертационной работы.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на XX международном технологическом конгрессе «Новые технологии газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи» (г. Иркутск, 2011 г.); IX всероссийской конференции «Новые технологии в газовой промышленности» (г. Москва, 2011 г.); всероссийской конференции «Химическая физика и актуальные проблемы энергетики» (г. Томск, 2012 г.); международной конференции «Энергетическое обследование как первый этап реализации концепции энергосбережения» (г. Томск, 2012 г.); XVIII всероссийской научно-технической конференции «Энергетика, эффективность, надежность, безопасность» (г. Томск, 2012 г.); IV всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Теплофизи-ческие основы энергетических технологий» (г. Томск, 2013 г.); конференции с международным участием «VIII Всероссийский семинар ВУЗов по теплофизике и энергетике» (г. Екатеринбург, 2013 г.); международном форуме «Интеллектуальные энергосистемы» (г. Томск, 2013 г.); всероссийской конференции «Современные аспекты энергоэффективности и энергосбережения» (г. Казань, 2013 г.); XX всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (г.Волжск, 2013 г.); заочной конференции

«Research Journal of International Studies XVIII» (2013 г.); всероссийской конференции «Новые нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (г. Новосибирск, 2013 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации представлены в 12 печатных работах (3 статьи в журналах из списка, рекомендованного ВАК). Список основных публикаций приведён в конце автореферата.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 130 наименований, содержит 37 рисунков, 7 таблиц, 127 страниц, 1 приложение.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и задачи исследований, отражена практическая значимость и научная новизна полученных результатов, связь работы с научными программами и грантами, представлены защищаемые автором положения.

Первая глава отражает современное состояние проблемы энергообеспечения удаленных от централизованного энергоснабжения технологических объектов, а также ресурсоэффективности и надежности известных автономных источников энергоснабжения таких объектов при различных климатических условиях эксплуатации. Проведен обзор основных факторов, влияющих на интегральные характеристики ресурсоэффективности, надежности и безаварийной эксплуатации типичных автономных источников энергоснабжения (мини-ТЭС). Выполнено сравнение широко используемых в газо- и неф-тетранспортной отраслях промышленности автономных источников энергоснабжения и выделены основные проблемы их эксплуатации.

Во второй главе приведены результаты поиска и обработки информации по техническим происшествиям на типичных для газотранспортной отрасли автономных источниках энергоснабжения (рис. 1), произошедшим на основных магистральных газопроводах Дальнего Востока РФ («Камчатка» и «Сахалин-2») за период с 2008 по 2012 г. Рассмотрены условия эксплуатации 101 мини-ТЭС. Представлены методика обработки и полученные результаты формирования статистики технических происшествий, произошедших на типичных мини-ТЭС газотранспортной системы России.

На рис. 2 приведена статистика наиболее типичных аварийных технических происшествий. Установлено, что тремя основными причинами аварийных технических происшествий на рассматриваемых мини-ТЭС являются: обрыв пламени горелочного устройства, механическая неисправность турбоагрегата и предельно высокая температура в конденсаторе.

Выделенные основные (суммарно 66 %) аварийные технические происшествия (рис. 2) разделены на две группы. К первой относятся обрыв пламени горелочного и предельно высокая температура в конденсаторе - технические происшествия, последствия которых устраняются в процессе эксплуатации. Ко второй - механическая неисправность турбоагрегата, при которой требуется останов мини-ТЭС и замена соответствующего узла.

Рис. 1. Схема мини-ТЭС, работающей по замкнутому циклу пара: 1 -магистраль подвода органического топлива; 2 - панель управления подачей горючего; 3 - горелка; 4 - термостат; 5 - органическая жидкость; 6 - парогенератор; 7 - паропровод; 8 - турбина; 9 - генератор переменного тока; 10 - насос; 11 - трубка подачи пара в конденсатор; 12 - конденсатор; 13 - трубка вывода конденсата; 14 - дымовая труба; 15 - кабели входа переменного тока к вы-

Для каждой из групп технических происшествий вычислены интегральные характеристики надежности мини-ТЭС за периоды до заявленных заводами-изготовителями технических обслуживании, а также за весь период эксплуатации.

Так, например, поток отказов, произошедших в результате обрыва пламени горе-лочного устройства в период эксплуатации мини-ТЭС с 2008 по 2012 годы составил со=0,77-10'51/ч. Интенсивность отказов, произошедших в результате механической неисправности турбоагрегата в период эксплуатации мини-ТЭС с 2008 по 2012 годы, составила Х.=2,62-10°1/ч.

Для оценки установленных значений показателей надежности выполнено их сопоставление с аналогичными параметрами для энергоблоков с паротурбинными установками различной мощности, а также транзисторами, как наиболее типичными электронными компонентами. Показано, что полученные значения X и со для рассматриваемых мини-ТЭС существенно превышают значения аналогичных параметров для типичных транзисторов и несколько меньше для паротурбинных установок. Это хорошо соответствует основным положениям современной теории надежности.

При отсутствии опубликованных нормативных данных о допустимых ю и X для рассматриваемых источников автономного

прямителю; 16 - электрический щит энергоснабжения - мини-ТЭС можно рекомендовать использовать вычисленные значения ш и X в качестве справочной информации при оценке характеристик надежности и рабочего ресурса подобных (по мощности, принципу действия, условиям и режимам эксплуатации, топливу и т.д.) энергоустановок.

Для выработки мер по уменьшению значений ш и X выполнен анализ первопричин рассматриваемых технических происшествий. Так, установлено, что в 80 % случаев обрыв пламени горелочного устройства имеет место в первый год эксплуатации энергоустановки, в момент проведения пуско-наладочных работ и настройки энергоустановки в целом. Одними из основных причин происшествия являются нестабильность подачи топлива и меняющийся компонентный состав (качество) топлива.

Предельно высокая температура рабочего тела в конденсаторе приводит к отклонению характеристик его работы от номинальных. Установлено, что это, главным образом, связано с нестабильными условиями охлаждения и достаточно сложными тепло-физическими свойствами ис-

Во вторую группу входят аварийные технические происшествия, вследствие, которых отказавшее оборудование не восстанавливается (требуется полная замена). К данной группе относится, в частности, выход из строя энергоустановки из-за механической неисправности турбоагрегата.

Важно отметить, что турбоагрегат мини-ТЭС (рис. 1) со всех сторон закрыт металлическими панелями. Это существенно затрудняет его изучение. Лишь при выходе из строя и переводе агрегата на ремонт металлические панели снимаются и проводятся соответствующие работы. Появление выделенной причины, как правило, связано с неисправностью подшипников скольжения турбоагрегата (по заключению экспертов завода-изготовителя мини-ТЭС).

При проведении диссертационных исследований выявлены первопричины основных критических технических происшествий.

Так, например, в результате анализа возможных первопричин возникновения технического происшествия «обрыв пламени горелочного устройства» (с использованием материалов соответствующих экспертиз и отчетов после аварий) были определены и систематизированы наиболее типичные из них (рис. 3). Выполнен анализ выделенных первопричин и сформулированы соответствующие рекомендации для проведения мероприятий по снижению числа происшествий, связанных с этими причинами.

V Ф % Механическая

неисправность

Обрыв пламени Нестабильность Предельно высокая Неисправность горелочного напряжения температура системы

устройства аккумуляторных батарей в конденсаторе пожаротушения

Рис. 2. Статистика типичных аварийных технических происшествий пользуемого органического теплоносителя - дихлорбензола.

6S.S - норет лам ентиров энная работа редуцируют его пункта

20.8 % - выход из строя системы автоматического повторного зажигания

10.4 °.е - выход из строя термопар

Рис. 3. Причины аварийного технического происшествия «обрыв пламени горелочного устройства»

Для технических происшествий, являющихся следствием механических неисправностей турбоагрегата, установлено, что основной их причиной выступает неисправность подшипников скольжения турбоагрегата. Показано, что выход из строя подшипников главным образом связан с нерегламентной работой системы смазки. В рассматриваемых мини-ТЭС подшипники смазываются органическим теплоносителем, поступающим после охлаждения до требуемой температуры из конденсатора (рис. 1). Как следствие, параметры смазывающей подшипники турбоагрегата жидкости главным образом зависят от исправности функционирования конденсатора мини-ТЭС. В этом агрегате, в свою очередь, достаточно часто реализуется другое техническое происшествие - «предельно высокая температура в конденсаторе» (рис. 2). Так как других происшествий для конденсаторных установок не зарегистрировано, то можно сделать вывод о том, что неисправность подшипников скольжения является следствием перегрева конденсатора мини-ТЭС.

Проанализировать влияние различных внешних и внутренних факторов на режимы работы таких агрегатов мини-ТЭС (рис. 1), как турбогенератор и горе-лочное устройство, достаточно сложно. Мини-ТЭС, как правило, поставляются в закрытом корпусе. Контрольно-измерительных приборов на агрегатах энергоисточника установлено минимальное количество (как следствие, затруднено описание стадий и режимов протекания соответствующих технологических процессов). В тоже время статистический анализ позволил установить, что при выявлении условий, при которых достигается предельно допустимая температура в конденсаторах мини-ТЭС, можно сформулировать рекомендации по ряду мероприятий для снижения числа технических происшествий, связанных с механической неисправностью турбоагрегата.

В связи с этим проведены исследования влияния на интегральные характеристики процесса конденсации рабочего тела (в частности, температуру) широкой группы внешних и внутренних условий работы этого агрегата типичной мини-ТЭС, используемой на объектах газотранспортной системы России.

В третьей главе представлены физические и математические модели процессов тепломассопереноса и фазовых переходов, реализуемых в конденсаторных установках (рис. 4) типичных мини-ТЭС.

Моделировался процесс конденсации в одиночной трубке (рис. 5), характерные размеры которой (длина и диаметр) идентичны размерам трубок конденсатора, объединённых коллекторами.

Рис. 4. Схематичное изображение типичного конденсатора мини-ТЭС

При постановке задачи предполагалось, что рабочее тело (как правило, используется дихлорбензол) в парообразном состоянии при температуре поступает в трубку конденсатора.

у.ым

3

За счёт теплоотвода

____, через стенки трубки

во внешнюю среду - - - .........протекающие внутри каналов конденсатора пары ди-Рис. 5. Схема области решения задачи: 1 - пар; 2 - конденсат; хлорбензола охлаж-

И и■

даются и реализует-

3 - стенка трубки конденсатора

ся фазовый переход - конденсация. На внутренней поверхности трубки образуется плёнка конденсата толщиной Ь=у2-}'1.

При решении задачи тепломассопереноса использована декартовая система координат, начало которой совпадет с осью симметрии трубки конденсатора (рис. 5). Поперечные размеры рабочего канала составляют у2=19 мм, у}=23 мм. В первом приближении при достаточно больших (более 20 мм) поперечных размерах рабочих каналов представляется целесообразным использовать плоские постановки без усложнения моделей учетом пространственных эффектов и цилиндрической формы трубок конденсатора.

Численный анализ исследуемого процесса выполнен при следующих допущениях, не накладывающих существенных ограничений на общность постановки задачи:

1) рабочее вещество поступает в конденсатор в состоянии сухого пара при температуре насыщения, поскольку его входная температура и давление соответствуют этому состоянию;

2) пары дихлорбензола являются идеальным газом;

3) теплофизические характеристики взаимодействующих веществ не зависят от температуры. При рассматриваемых диапазонах изменения температуры теплофизические характеристики взаимодействующих веществ изменяются в пределах 15 %. Этими изменениями в первом приближении можно пренебречь.

В качестве временного интервала для вычислений основных характеристик тепломассопереноса выбиралось время движения выделенной массы пара через канал (/])•

Сформулирована система нестационарных нелинейных дифференциальных уравнений (энергии, теплопроводности, диффузии, движения, неразрывности) в частных производных с соответствующими краевыми условиями. При описании течения пара в рабочем канале применялась модель пограничного слоя.

Для решения системы нестационарных дифференциальных уравнений, используемых при моделировании исследуемых процессов, применялись метод конечных разностей, локально-одномерный метод, метод прогонки, метод итераций.

Представлен алгоритм проверки консервативности используемой разностной схемы, примененный для оценки достоверности полученных результатов при решении системы нестационарных дифференциальных уравнений в частных производных. Описан алгоритм решения основной задачи тепломассопере-

носа. Приведены результаты численного решения тестовых задач для верификации используемого алгоритма и выбранных численных методов решения основной задачи.

В четвертой главе выполнен теоретический анализ основных макроскопических закономерностей протекания процессов тепломассопереноса и фазовых переходов в конденсаторной установке мини-ТЭС. Проведено исследование влияния на условия конденсации теплоносителя группы внутренних и внешних факторов (теплофизических характеристик теплоносителя, скорости его движения, температуры наружного воздуха, условий теплообмена при воздушной и водяной системах охлаждения).

Показано (рис. 6), что теплопроводность пленки конденсата существенно влияет на его температуру на выходе из трубки конденсаторной установки (особенно при относительно высоких температурах наружного воздуха).

Также выявлено, что определяющее значение для условий охлаждения теплоносителя имеет начальная скорость его подачи в трубку конденсатора (рис. 7).

Установлено, что при увеличении начальной скорости течения пара внутри трубок конденсаторной установки от 0,01 до 0,1 м/с, выходная температура парожидкостного потока увеличивается в среднем на 20 К.

При дальнейшем повышении начальной скорости течения выходная температура потока из конденсаторной превосходит предельно допустимый уровень.

Показано (рис. 7), что при минимальных скоростях теплоносителя обеспечиваются оптимальные условия процесса конденсации. Этот эффект объясняется тем, что при высоких скоростях течения

0,14 0,16 0.1S 0.2 0Д2 0,24 0,26 0,2S

Зависимости выходной температуры рабочего

' output

от коэффициента теплопроводности

конденсата 1 — Тот-ЗОЗ К; 2 - Тол-213 К; К

Q __.Х<КЩ>АК. К

3 - Тм=253

0.01 0,03 0,05 0,07 0,09 0,1]

Рис. 7. Зависимости выходной температуры рабочего потока Г0три от начальной скорости его течения в трубках конденсаторной установки i/o: 1 - 7'от1=303 К; 2 - Гош=273 К; 3 - Гол=253 К

рабочего вещества пар и конденсат не успевают охладиться до достаточно низких температур.

Исследована эффективность нескольких систем охлаждения трубок конденсатора — воздушной и водяной (при варьировании их параметров в типичных для практики диапазонах).

зз5 ЛяшьХ-------,-------------г..............—;— Установлено, что водя-

ная система охлаждения позволяет более эффективно отводить тепло от трубок конденсатора (рис. 8), чем воздушная.

Выявленные зависимости выходной температуры конденсата от температуры наружной среды при воздушном охлаждении с коэффициентом теплообмена 0з= 10-30 Вт/(м2-К) позволили объяснить типичные технические происшествия в конденсаторах в летнее вре-

253 288 293 298 30 3 308 313

Рис. 8. Зависимости выходной температуры рабочего потока Гошр« от температуры окружающей среды Тм

при водяном

охлаждении:

.2 ■

1

<х„=300 Вт/(м -К);

2 - оц.=200 Вт/(м'К); 3 - а„=100 Вт/^-К) мя (несмотря на использование на промышленных объектах воздушных вентиляторов с обеспечением приведенных аа).

Также проанализированы интегральные характеристики конденсации предлагаемого рядом заводов-изготовителей альтернативного дихлорбензолу органического теплоносителя - полидиэтилсилоксановой жидкости ПЭС-5. Показано, что при использовании этого теплоносителя основные технологические процессы в конденсаторах мини-ТЭС протекают при более высокой по сравнению с дихлорбензолом температуре. Как показал анализ, этот фактор отрицательно сказывается на работе не только конденсаторной установки, но и смазываемых конденсатом подшипников скольжения турбогенератора.

Исследовано влияние условий теплопереноса в межтрубном пространстве на выходную температуру конденсата.

Установлено, что температура между трубками существенно отличается от температуры наружного воздуха. При этом с уменьшением расстояния между трубками влияние этого фактора на интегральные характеристики конденсации усиливается экспоненциально (рис. 9).

Так как для рассматриваемой мини-ТЭС (рис. 1) конденсаторы включают два расположенных друг над другом ряда из 16 трубок, то в реальной практике их взаимное влияние более существенно, чем представлено на рис. 9. В соответствии с имеющимися ограничениями по размерам энергоустановки предложены минимально допустимые расстояния между трубками (¿=6 мм).

По результатам выполненных численных исследований сформулированы аппроксимацион-ные выражения для зависимостей Гошрш от тепло-физических характеристик теплоносителя, скорости его движения, температуры наружного воздуха, условий теплообмена при воздушной и водяной системах охлаждения.

Также в тексте рукописи представлены рекомендации по использованию полученных результатов и развитию сформулированных положений. Так, например, результаты численных исследований являются основой для анализа интегральных характеристик надежности и рабочего ресурса широкой группы мини-ТЭС, работающих в режиме когенерации (не только на газо- и нефтепроводах). Возможно применение разработанных моделей тепломассопе-реноса для агрегатов мини-ТЭС с различными условиями теплообмена и теплоносителями.

Сформулированный в диссертации подход к выявлению причин технических происшествий в работе конденсаторных установок мини-ТЭС, основанный на математическом моделировании физико-химических процессов и фазовых переходов, можно использовать при объяснении всех остальных причин технических происшествий на мини-ТЭС (рис. 2). Для этого необходимы исходные данные от заводов-изготовителей мини-ТЭС о технологических процессах, реализуемых в основных агрегатах с номинальными значениями рабочих параметров, или установка дополнительных датчиков для измерения этих параметров в нескольких контрольных точках рабочего тракта.

Вычисленные значения интегральных характеристик надежности и рабочего ресурса мини-ТЭС можно использовать в качестве номинальных для сравнения с другими источниками электрической энергии при выборе систем автономного энергоснабжения.

В заключении подведены основные итоги выполненных исследований и обобщены теоретические следствия.

Основные результаты и выводы

1. Впервые проведены сбор и обработка информации по техническим происшествиям на мини-ТЭС удаленных технологических объектов газотранспортной системы России. Также выполнен анализ наиболее типичных происшествий.

г. к \\ /

\ \\ '■-. \\ 2

лг.мм

Рис. 9. Распределения температуры внешней среды в межтрубном пространстве (на оси симметрии) при Гои[=303 К: I -1=6 мм; 2 - ¿=9 мм; 3-Ь= 12 мм

2. Впервые рассчитаны основные показатели надежности и рабочего ресурса мини-ТЭС (параметр потока отказов, интенсивность отказов и время наработки). Установленные значения можно считать номинальными для рассматриваемых агрегатов, так как в настоящее время нет информации о нормативных значениях этих параметров.

3. Сформулированы причины критических технических происшествий на основных узлах и агрегатах мини-ТЭС.

4. Предложен новый подход к анализу причин технических происшествий с применением математического моделирования комплекса взаимосвязанных физико-химических процессов и фазовых переходов в основных агрегатах мини-ТЭС.

5. Разработаны физические и математические модели основных процессов, соответствующих реализуемым в конденсаторах мини-ТЭС при критических технических происшествиях.

6. Выполнена верификация моделей тепломассопереноса на базе' разработанного алгоритма оценки консервативности используемых разностных схем и решения группы тестовых задач.

7. Численно исследовано влияние группы внешних (параметры рабочих потоков, конструкции основных блоков, связи между ними и другие) и внутренних (условия эксплуатации и другие) факторов на параметры работы основных агрегатов мини-ТЭС.

8. Сформулированы аппроксимационные выражения для зависимостей интегральных параметров работы агрегатов мини-ТЭС от исследованных процессов и факторов.

9. Разработаны прогностические модели для оценки основных технологических параметров работы агрегатов мини-ТЭС при различных условиях эксплуатации. Получен акт внедрении этих моделей на предприятии ООО «Газпром трансгаз Томск». Имеются три свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

10. Разработаны рекомендации по повышению показателей надежности и ре-сурсоэффективности типичных мини-ТЭС, работающих в режиме когенерации.

Основные публикации по теме диссертации

1. Высокомерный, В.С., Сярг Б. А. Реализация инновационных технологий энергообеспечения автономных объектов газотранспортной системы / B.C. Высокоморный, Б.А. Сярг // Новые технологии газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи: Труды XX междун. технол. конгресса. - Москва: Акад. технол. наук РФ, 2012. - С. 164—168.

2. Высокоморный, B.C. Повышение надежности энергообеспечения удаленных объектов транспорта нефти и газа путем использования автономных источников энергоснабжения // Энергетическое обследование как первый этап реализации концепции энергосбережения: Материалы международной конференции. Томск: НИ ТПУ. 2012,-С. 190-192.

3. Высокомерный, B.C. Энергообеспечение автономных объектов газотранспортной системы // Химическая физика и актуальные проблемы энергетики. Томск: НИ ТПУ, 2012. - С. 64-65.

4. Высокомерный B.C. Анализ интегральных характеристик надежности работы автономных источников энергоснабжения удаленных линейных объектов Единой системы газоснабжения / О.В. Высокомерная, B.C. Высокоморный, П.А. Стрижак // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, 2013. - № 3. - С. 139-148.

5. Высокоморный, B.C. Анализ причин аварийных технических происшествий на автономных источниках энергоснабжения удаленных объектов Единой системы газоснабжения России / О.В. Высокоморная, B.C. Высокоморный, П.А. Стрижак// Энергетик, 2013.-№ 3. С. 31-35.

6. Высокоморный, B.C. Оценка параметров надежности работы автономных устройств энергоснабжения удаленных линейных объектов магистральных газопроводов Восточной Сибири и Дальнего Востока / О.В. Высокоморная, B.C. Высокоморный, П.А. Стрижак // Известия Томского Политехнического университета, 2013. - № 4. - С. 1&-А2.

7. Высокоморный, B.C. Численное исследование влияния параметров рабочей среды на интегральные характеристики работы конденсаторной установки автономных источников энергоснабжения / О.В. Высокоморная, B.C. Высокоморный, П.А. Стрижак // НИ ТПУ. Томск, 2013. 23 с. Деп. в ВИНИТИ 16.09.2013,-№258-В2013.

8. Высокоморный, B.C. Анализ влияния условий охлаждения рабочего двухфазного потока в конденсаторах источников автономного энергоснабжения / О.В. Высокоморная, B.C. Высокоморный, Г1.А. Стрижак // НИ ТПУ. Томск, 2013. 18 с. Деп. в ВИНИТИ 16.09.2013, -№ 257-В2013.

9. Высокоморный, B.C. Программа расчета интегральных характеристик конденсаторной установки, работающей по органическому циклу Ренкина / B.C. Высокоморный, П.А. Стрижак // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013619264. Бюлл. прогр. -2013.-№ 2.

10. Высокоморный, B.C. Программа расчета характеристик конденсаторной установки с принудительным водяным охлаждением, используемой на автономных источниках энергоснабжения / B.C. Высокоморный, П.А. Стрижак // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013619339. Бюлл. прогр.-2013.-№ 2.

11. Высокоморный, B.C. Программа расчета характеристик конденсации в узлах охлаждения различной конструкции / B.C. Высокоморный, П.А. Стрижак // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013619382. Бюлл. прогр. - 2013. -№ 2.

12. Высокоморный, B.C. Комплексный подход к повышению надёжности работы автономных источников энергоснабжения удалённых линейных объектов единой системы газоснабжения России / Высокоморная О.В., Высокоморный B.C., Стрижак П.А. // Теплофизические основы энергетических технологий: сборник научных трудов IV Всероссийской научной конференции с международным участием. Томск: НИ ТПУ, 2013. - С. 70-73.

Подписано в печать 24.10.2013 г. Формат А4/2. Ризография . л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 11/10-13 Отпечатано в ООО «Позитив-НБ» 634050 г. Томск, пр. Ленина 34а

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

0420145191^

Высокоморный Владимир Сергеевич

АНАЛИЗ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАДЕЖНОСТИ И РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ МИНИ-ТЭС УДАЛЕННЫХ ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ РОССИИ

05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: доктор физико-математических наук, профессор Кузнецов Г.В., доктор физико-математических наук

Стрижак П. А.

Томск-2013

СОДЕРЖАНИЕ

С.

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................5

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ НАДЕЖНОСТИ И РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ МИНИ-ТЭС УДАЛЕННЫХ ОТ

ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ................20

Выводы по первой главе..........................................................28

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЁЖНОСТИ И РАБОЧЕГО РЕСУРСА МИНИ-ТЭС УДАЛЕННЫХ ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ РОССИИ....................30

2.1. Описание принципа действия мини-ТЭС.................................30

2.2. Статистика технических происшествий..................................33

2.3. Вычисление основных показателей надежности и рабочего ресурса...............................................................................39

2.4. Анализ первопричин основных технических происшествий........42

2.4.1. Обрыв пламени горелочного устройства.......................42

2.4.2. Механическая неисправность турбоагрегата..................48

2.4.3. Предельно высокая температура в конденсаторе............50

Выводы по второй главе...........................................................51

ГЛАВА 3.ФИЗИЧЕСКАЯ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО

РАБОЧЕГО ТЕЛА В КОНДЕНСАТОРНОЙ УСТАНОВКЕ МИНИ-ТЭС.....52

3.1. Описание принципа действия и режимов работы конденсаторной

установки мини-ТЭС, работающей по замкнутому циклу пара.........53

3.2. Физическая постановка задачи.............................................57

3.3. Математическая модель......................................................59

3.4. Методы решения..............................................................62

3.5. Решение уравнений энергии и теплопроводности......................62

3.6. Решение уравнения диффузии...............................................65

3.7. Решение уравнений движения и неразрывности........................66

3.8. Алгоритм решения задачи тепломассопереноса при конденсации органического рабочего вещества в замкнутом цикле мини-ТЭС..............67

3.9. Оценка достоверности полученных результатов.......................69

ЗЛО. Решение тестовых задач....................................................71

3.10.1. Одномерный теплоперенос в плоской бесконечной пластине с фазовым переходом на границе............................71

3.10.2. Одномерный теплоперенос в плоской двухслойной бесконечной пластине.......................................................74

3.10.3. Двумерный теплоперенос в однородной пластине............76

3.10.4. Двумерный теплоперенос в пластине с фазовым переходом на двух границах..................................................78

Выводы по третьей главе...........................................................81

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КОНДЕНСАТОРНОЙ УСТАНОВКЕ МИНИ-ТЭС...............................................................82

4.1. Анализ влияния параметров рабочей среды на интегральные характеристики функционирования конденсаторной установки............................................................................82

4.2. Влияние условий охлаждения органического рабочего вещества на интегральные характеристики функционирования конденсаторной установки......................................................89

4.3. Анализ влияния теплофизических характеристик органических рабочих веществ на интегральные характеристики функционирования конденсаторной установки...........................95

4.4. Оценка взаимного влияния нескольких трубок конденсаторной

установки на параметры рабочего потока...........................................100

4.5. Рекомендации по использованию полученных результатов........104

Выводы по четвертой главе.....................................................106

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................108

ЛИТЕРАТУРА............................................................................110

ПРИЛОЖЕНИЕ...........................................................................123

т

ВВЕДЕНИЕ

Энергоснабжение (особенно электрической энергией) - важнейший аспект функционирования любого промышленного производства [1-3]. От того, насколько стабильно и эффективно осуществляется подача необходимой для реализации технологического процесса электрической энергии, зависит производительность работы всего предприятия. Особую важность вопросы надёжности и ресурсоэффективности снабжения электрической энергией и теплом имеют для предприятий, содержащих на своём балансе удалённые от централизованной энергосистемы объекты. Зачастую единственно возможным способом подачи энергии на такие объекты является применение автономных источников энергоснабжения, как правило, мини-ТЭС [3-5]. При этом предприятия, испытывающие потребность в эксплуатации удалённых объектов, сталкиваются с проблемой выбора такого автономного источника, который позволял бы в конкретных климатических условиях осуществлять энергоснабжение с максимальной надёжностью и ресурсоэффективностью (минимальными расходом топлива и временными простоями, максимальным коэффициентом полезного действия и т.д.). В частности, с этой проблемой нередко сталкиваются компании нефтяной и газовой отраслей промышленности, организации, предоставляющие услуги связи, транспортные предприятия и другие. Проблема приобретает особую актуальность в масштабах России в связи с эксплуатацией нефтепровода «Восточная Сибирь - Тихий океан» и планируемым строительством магистрального газопровода «Якутия -Хабаровск - Владивосток» [6, 7].

Компании перечисленных выше отраслей промышленности эксплуатируют большое количество удаленных от централизованного энергоснабжения объектов различной мощности. В большинстве случаев установленная мощность эксплуатируемых объектов составляет от 1000 Вт до 10 кВт. Определяющее значение имеет удаленность объектов от

населенных пунктов и необходимость оперативного принятия решений при возникновении сбойных ситуаций в работе систем выработки электрической энергии и тепла.

Важно также отметить, что рассматриваемые технологические объекты достаточно часто расположены в непосредственной близости от территории природоохранных зон, что обуславливает необходимость дополнительного контроля вредных воздействий на окружающую среду.

Проведение линий электропередачи в такие районы чаще всего экономически нецелесообразно [8-10]. Не менее значимо и то обстоятельство, что сооружение и обслуживание вдольтрассовых линий электропередачи сопровождаются негативным воздействием на окружающую среду.

Для бесперебойного снабжения удаленных объектов электрической энергией и теплом используемые энергоустановки - мини-ТЭС должны отвечать большому количеству требований. К основным можно отнести следующие [4-6]:

1. Устойчивость работы мини-ТЭС при минимальных и максимальных электрических нагрузках. Производительность мини-ТЭС, в первую очередь, зависит от требуемой объектом электрической нагрузки (доля выработки тепловой энергии составляет, как правило, менее 10 % относительно электрической). Удаленные объекты в большинстве случаев имеют переменные электрические нагрузки, изменяющиеся со временем года и суток, определенными плановыми или внеплановыми работами. Большинство энергоустановок инерционны при изменении нагрузок, что может привести к появлению сбойных ситуаций в работе удаленного объекта, и как следствие, возникновению внештатных происшествий на данном участке магистрального газопровода, нефтепровода, линии связи и т.д.

2. Соответствие фактической длительности межремонтных периодов и периодов между плановыми техническими обслуживаниями

мини-ТЭС, заявляемыми производителем. Производители эксплуатируемых в газотранспортной системе России мини-ТЭС нередко заявляют значительно отличающиеся периоды между плановыми техническими обслуживаниями, а также текущими и капитальными ремонтами [6, 7]. Если усреднить эти величины, то период между плановыми техническими обслуживаниями составляет около 1 года (6200 (маш). ч). Время работы энергоустановок между текущими ремонтами составляет около 3 лет (18600 (маш). ч), а время работы между капитальными ремонтами - 6 лет (37200 (маш). ч). Соблюдение всех вышеперечисленных периодов эксплуатации связано, в первую очередь, с условиями работы мини-ТЭС (качество топлива, температура окружающей среды и т.д.) [2-4].

В случае невыполнения заявленных заводами-изготовителями плановых периодов по техническому обслуживанию и ремонту может произойти внештатная ситуация (сбой) в энергообеспечении удаленных объектов. Ситуация может быть осложнена тем, что зачастую сезонная доступность к удаленным объектам не позволяет в момент технического происшествия оперативно добраться до места аварии. Кроме того, закрытость информации некоторых заводов-изготовителей, выпускающих используемые для автономного энергоснабжения мини-ТЭС, не позволяет специалистам эксплуатирующих компаний произвести внеплановое техническое обслуживание.

3. Возможность поддержания оптимального соотношения вырабатываемых мини-ТЭС электрической и тепловой энергий в когенерационном режиме. Известно [10-17], что режим когенерации (совместной выработки тепловой и электрической энергии) осуществляется при более высоком относительно раздельной выработки коэффициенте полезного действия мини-ТЭС. Одним из важнейших требований к работе энергоустановок является возможность поддержания оптимального соотношения вырабатываемых электрической и тепловой энергий в когенерационном режиме. Процесс когенерации для энергоснабжения

удаленных объектов особенно актуален. Это связано с необходимостью одновременной выработки электрической и тепловой энергии. Электрическая энергия необходима для функционирования в основном технологического оборудования. Тепловая энергия требуется для поддержания рабочих температурных условий на объекте в зимний период. Тепловая энергия необходима для теплоснабжения блок-боксов, в которых располагается основное и вспомогательное оборудование энергоустановок. Кроме того, при присутствии обслуживающего персонала на объекте необходимо обеспечивать тепловую нагрузку на коммунально-бытовые нужды рабочих. Возможность обеспечения выработки энергии для нужд теплоснабжения без установки дополнительного отопительного оборудования, которое повлекло бы за собой необходимость в организации места для его размещения, а также внесения изменений в технологический процесс, является обязательным условием при выборе источника автономного энергоснабжения.

Можно также отметить, что, например, удалённые объекты единой системы газоснабжения России располагаются в основном на территориях со сложными климатическими условиями, что также подтверждает необходимость применения энергоисточников с совместной выработкой тепловой и электрической энергии - мини-ТЭС.

Также необходимо отметить, что помимо проблемы теплоснабжения в зимний период, когда температура наружного воздуха может снижаться до -55 °С, в летний период существует необходимость охлаждения оборудования во избежание его перегрева и выхода из строя в связи с возможным единовременным повышением температуры наружного воздуха до +50 °С.

4. Надежность работы мини-ТЭС. Несмотря на то, что производители мини-ТЭС, как правило, заявляют большие (нередко даже завышенные) периоды между плановыми техническими обслуживаниями и ремонтами [6, 7], предприятия, эксплуатирующие эти источники энергоснабжения, довольно часто сталкиваются с проблемами

нерегламентированных остановов энергоустановок в межобслуживаемый период [10]. Такие технические происшествия снижают надежность энергоснабжения удаленных объектов и их рабочего ресурса, а также могут привести к возникновению аварийных ситуаций в ходе всего технологического процесса компании, на балансе которой находятся удаленные объекты. При этом нередко приходится выполнять резервирование источников энергии, что приводит к увеличению себестоимости вырабатываемой энергии и другим соответствующим последствиям [11].

Условно все аварийные технические происшествия на промышленных агрегатах [18, 19] можно разделить на две группы. К первой группе относятся происшествия, последствия которых устраняются в условиях эксплуатации соответствующего оборудования, во вторую группу входят такие, вследствие которых отказавшее оборудование не восстанавливается (требуется полная замена). Для первой группы основным показателем надежности является параметр потока отказов а для второй интенсивность отказов

ад [18,19].

В результате выполнения анализа зарегистрированных технических происшествий на рассматриваемых энергоустановках можно определить типичные аварийные технические происшествия, а также основные причины их возникновения. Кроме того, для оценки надёжности и рабочего ресурса энергоустановок необходимо вычислить значения основных интегральных характеристик надежности и безаварийности работы рассматриваемых мини-ТЭС (интенсивность отказов Х({), поток отказов со(0 и наработка на отказ Т0). На основе полученных результатов можно сформулировать рекомендации, направленные на повышение надежности и рабочего ресурса мини-ТЭС, предназначенных для энергоснабжения удаленных линейных объектов.

5. Адаптация мини-ТЭС к индивидуальным условиям эксплуатации. В связи с тем, что мини-ТЭС в основном производятся серийным способом, принятые заводами-изготовителями в качестве номинальных условия

эксплуатации усреднены, независимо от географического расположения энергоустановки и условий эксплуатации. Зачастую эти условия достаточно плохо коррелируют с реальными на территории России, в том числе вследствие того, что подавляющее большинство автономных энергоустановок проектируется за рубежом.

В связи с этим в большинстве случаев настройку (адаптацию) мини-ТЭС под определенные условия эксплуатации выполняют специалисты компаний, эксплуатирующих эти энергоустановки [6, 7]. Использовать для обслуживания специализированные сервисные компании не всегда целесообразно, так как в России очень мало аккредитованных иностранными заводами-изготовителями компаний. Стоимость технического обслуживания мини-ТЭС специализированными сервисными копаниями весьма велика. Кроме того, географически объекты, нуждающиеся в автономном энергоснабжении, в основном расположены на значительном удалении от населённых пунктов, что затрудняет своевременный доступ к ним сервисных бригад в случае какого-либо технического происшествия.

Основное количество сбоев и технических происшествий в работе рассматриваемых мини-ТЭС [6, 7] связано с неподготовленностью энергоустановок к эксплуатации в сложных климатических условиях (с изменяющейся сезонно температурой наружного воздуха от - 50 °С до + 50 °С). Количество технических происшествий уменьшается по мере оптимизации технологического процесса, внесения изменений в конструкцию агрегатов или мини-ТЭС в целом, а также настройки параметров работы энергоустановки под конкретные условия эксплуатации.

Анализ ежегодных отчетных комплектов документации по эксплуатируемым мини-ТЭС на магистральных газопроводах России [20-22] показывает, что многие из выше перечисленных требований выполняются частично или вовсе не выполняются на практике. Как следствие, достаточно часто возникают перебои с подачей, в первую очередь, электрической

энергии на удаленные линейные объекты газопроводов и поддержанием стабильных параметров работы транспортирующей системы в целом.

Сформулировать какие-либо рекомендации по повышению надежности и рабочего ресурса (ресурсоэффективности) применяемых на магистральных газопроводах России источников энергоснабжения - мини-ТЭС можно по результатам итерационного подбора параметров или дорогостоящих экспериментов. В настоящее время применяется только эмпирический подход (сопровождается большими временными и материальными затратами) - специалисты эксплуатирующих мини-ТЭС организаций настраивают оборудование методом проб и ошибок [6, 7]. Проводить реальные эксперименты на таком дорогостоящем оборудовании, как типичные мини-ТЭС [2-4], не представляется возможным по ряду причин (требуется останов агрегатов, изменение режимов их работы, установка дополнительных датчиков и т.д.).

Ситуация усложняется тем, что в настоящее время информация по наиболее типичным техническим происшествиям не собрана, не обработана и не систематизирована. Как следст�