устройство мониторинга смолистого вещества, способ измерения смолистого вещества и система газовой турбины

Формула изобретения

1. Устройство мониторинга смолистого вещества, содержащее:

измерительный канал, отведенный от канала подачи топливного газа, выполненного с возможностью подавать в камеру сгорания топливный газ, для пропускания сквозь него части топливного газа, используемую в качестве тестового газа; и

устройство измерения смолистого вещества, установленное на измерительном канале и выполненное с возможностью измерения степени налипания смолистого вещества, образовавшегося в топливном газе, при этом устройство измерения смолистого вещества имеет элемент имитирующего канала для пропускания тестового газа, сформированный путем имитации канала топливного газа, проходящего в участке, являющемся объектом мониторинга, который расположен после точки отвода, в которой указанный измерительный канал отведен от канала подачи топливного газа, при этом указанное устройство измерения смолистого вещества выполнено с возможностью измерять степень налипания смолистого вещества на указанный элемент имитирующего канала.

2. Устройство по п.1, в котором устройство измерения смолистого вещества снабжено устройством измерения перепада давлений для измерения перепада давлений между входной стороной и выходной стороной указанного элемента имитирующего канала при пропускании тестового газа через имитирующий канал.

3. Устройство по п.1, в котором указанный элемент имитирующего канала выполнен из материала, способного пропускать свет, и устройство измерения указанного смолистого вещества дополнительно снабжено устройством измерения количества пропущенного света для измерения количества света, пропущенного сквозь указанный элемент имитирующего канала.

4. Устройство по п.1, в котором указанный элемент имитирующего канала выполнен съемным с устройства измерения смолистого вещества и устройство измерения смолистого вещества дополнительно снабжено устройством измерения веса, выполненным с возможностью измерять изменение веса смолистого вещества, налипшего на указанный элемент имитирующего канала в снятом состоянии.

5. Устройство по п.1, дополнительно содержащее устройство регулирования потока, установленное на указанном измерительном канале для регулирования расхода тестового газа, указанное устройство регулирования потока сконфигурировано для поддержания, по существу, постоянным отношения между расходом тестового газа, подаваемого от указанной точки отвода к устройству измерения смолистого вещества, и расходом топливного газа, подаваемого от этой точки отвода к участку, являющемуся объектом мониторинга смолистого вещества.

6. Устройство по п.5, в котором указанное устройство регулирования потока сконфигурировано для регулирования того, чтобы период времени для прохождения тестового газа от указанной точки отвода до устройства обнаружения смолистого вещества и период времени, необходимый для прохождения топливным газом от указанной точки отвода до указанного участка, являющегося объектом мониторинга, были, по существу, равны друг другу.

7. Устройство по п.6, в котором

измерительный канал содержит множество измерительных каналов, расположенных параллельно друг другу и снабженных соответствующими устройствами регулирования потока и соответствующими устройствами измерения смолистого вещества, при этом устройства измерения смолистого вещества соответствующих измерительных каналов связаны с соответствующим одним из участков, являющихся объектом мониторинга на смолистое вещество, и

каждое из устройств регулирования потока выполнено с возможностью такой настройки, чтобы период времени, который требуется тестовому газу на прохождение от точки отвода для соответствующего одного из устройств измерения смолистого вещества, и период времени, который требуется топливному газу на прохождение от точки отвода до участка, являющегося объектом мониторинга на смолистое вещество и связанного с соответствующим одним из устройств измерения смолистого вещества, были, по существу, равны друг другу.

8. Устройство по п.1, в котором имитирующий канал имеет форму сечения, по существу, подобную форме и меньшую сечения канала топливного газа, проходящего в участке, являющемся объектом мониторинга на смолистое вещество.

9. Устройство по п.1, дополнительно содержащее управляющее устройство, хранящее данные, в которых степени налипания смолистого вещества на указанном имитирующем канале соотнесены со степенями налипания смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, при этом управляющее устройство выполнено с возможностью давать информацию о результатах измерений устройством измерения смолистого вещества, когда результат измерения достигнет заранее определенной степени налипания смолистого вещества.

10. Устройство по п.1, дополнительно содержащее управляющее устройство, хранящее данные, в которых степени налипания смолистого вещества на элементе имитирующего канала соотнесены с условиями работы участка, являющегося объектом мониторинга, при этом управляющее устройство выполнено с возможностью давать информацию о результатах измерений указанным устройством измерения смолистого вещества, когда результат измерения достигнет заранее определенной степени налипания смолистого вещества.

11. Система газовой турбины, в которой канал подачи топливного газа, выполненный с возможностью подавать топливный газ на газовую турбину; и

устройство мониторинга смолистого вещества, соединенное с каналом подачи топливного газа;

указанное устройство мониторинга смолистого вещества является устройством мониторинга смолистого вещества по любому из пп.1-10.

12. Система по п.11, в которой:

указанный канал подачи топливного газа снабжен топливным компрессором для сжатия топливного газа и

указанный измерительный канал имеет входной конец, соединенный с участком указанного канала подачи топливного газа, расположенным после указанного топливного компрессора, и выходной конец, соединенный с участком канала подачи топливного газа, расположенным перед топливным компрессором.

13. Система по п.11, в которой

указанный канал подачи топливного газа снабжен топливным компрессором для сжимания топливного газа, и устройством регулирования потока топлива, расположенным после указанного топливного компрессора, и

указанный измерительный канал имеет входной конец, соединенный с участком указанного канала подачи топливного газа, расположенным перед устройством регулирования потока топлива, и выходной конец, соединенный с участком канала подачи топливного газа, расположенным после указанного устройства регулирования потока топлива.

14. Способ измерения смолистого вещества, содержащий:

этап подготовки измерительного канала, при котором измерительный канал подключают для пропускания сквозь части топливного газа в качестве тестового газа в канал подачи топливного газа, выполненный с возможностью подавать топливный газ в камеру сгорания; этап формирования имитирующего канала, при котором в измерительном канале формируют имитирующий канал для пропускания сквозь него тестового газа из канала подачи топливного газа, проходящего на участке, являющемся объектом мониторинга, который расположен после точки отвода, в которой измерительный канал отходит от канала подачи топливного газа;

этап предварительного измерения, при котором измеряют степень налипания смолистого вещества, образовавшегося в тестовом газе, на имитирующий канал при подаче топливного газа, и

этап измерения смолистого вещества, при котором измеряют степень налипания смолистого вещества, образовавшегося в топливном газе, на участок, являющийся объектом мониторинга, в соответствии с имитирующим каналом, на основе степени налипания смолистого вещества, измеренной на этапе предварительного измерения.

15. Способ по п.14, при котором

на указанном этапе предварительного измерения измеряют перепад давлений между входной стороной и выходной стороной элемента имитирующего канала во время пропускания по имитирующему каналу тестового газа, и

на указанном этапе измерения смолистого вещества степень налипания смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, измеряют на основе перепада давлений, измеренного на этом этапе предварительного измерения.

16. Способ по п.14, при котором

на указанном этапе формирования имитирующего канала элемент имитирующего канала, определяющий этот имитирующий канал, формируют из светопропускающего материала;

на указанном этапе предварительного измерения измеряют количество света, пропускаемого сквозь этот элемент имитирующего канала; и

на указанном этапе измерения смолистого вещества измеряют степень налипания смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, на основе количества пропущенного света, измеренного на этапе предварительного измерения.

17. Способ по п.14, при котором:

на указанном этапе формирования имитирующего канала элемент имитирующего канала, определяющий этот имитирующий канал, выполняют съемным с измерительного канала;

на указанном этапе предварительного измерения измеряют изменение веса налипшего смолистого вещества, измеряя вес элемента имитирующего канала; и

на указанном этапе измерения смолистого вещества измеряют степень налипания смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, на основе изменения веса, измеренного на этапе предварительного измерения.

18. Способ по п.14, дополнительно содержащий:

этап первого калибровочного измерения, на котором измеряют степень налипания смолистого вещества, образовавшегося в тестовом газе, на имитирующий канал с временными интервалами во время подачи топливного газа, перед этапом предварительного измерения;

этап второго калибровочного измерения, на котором измеряют степень налипания смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, соответствующий имитирующему каналу, одновременно с каждым измерением на этапе первого калибровочного измерения; и

этап обработки данных, на котором соотносят результаты измерений этапа первого калибровочного измерения с результатами этапа второго калибровочного измерения и регистрируют соотнесенные друг с другом результаты как эталонные данные измерений; при этом

на указанном этапе измерения смолистого вещества степень налипания смолистого вещества на указанный участок, являющийся объектом мониторинга, соответствующую степени налипания смолистого вещества на имитирующий канал, измеренную на этапе предварительного измерения, измеряют, используя эти эталонные данные измерений.

19. Способ измерения смолистого вещества, содержащий:

этап подготовки измерительного канала, на котором измерительный канал для пропускания сквозь него части топливного газа в качестве тестового газа соединяют с каналом подачи топливного газа, выполненным с возможностью подавать топливный газ в камеру сгорания;

этап формирования имитирующего канала, на котором в указанном измерительном канале формируют имитирующий канал для пропускания сквозь него тестового газа, имитируя канал подачи топливного газа, проходящий в участке, являющемся объектом мониторинга, который расположен после точки отвода, в которой измерительный канал отведен от канала подачи топлива,

этап предварительного измерения, на котором измеряют степень налипания смолистого вещества, образовавшегося в тестовом газе, на указанный имитирующий канал во время подачи топливного газа;

этап первого калибровочного измерения, на котором с временными интервалами измеряют степень налипания смолистого вещества, образовавшегося в тестовом газе, на имитирующий канал во время подачи топливного газа перед этапом предварительного измерения;

этап третьего калибровочного измерения, на котором обнаруживают неисправность на участке, являющемся объектом мониторинга, соответствующем имитирующему каналу, одновременно с каждым из измерений на этапе первого калибровочного измерения;

этап обработки данных, на котором соотносят результаты измерений на этапе первого калибровочного измерения с результатами измерений на этапе третьего калибровочного измерения и регистрируют эти результаты, соотнесенные друг с другом, в качестве эталонных данных измерений; и

этап обнаружения неисправности, на котором обнаруживают неисправность на участке, являющемся объектом мониторинга на смолистое вещество, на основе степени налипания смолистого вещества, измеренной на этапе предварительного измерения.

Описание изобретения к патенту

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к устройству для мониторинга смолистого вещества, образующегося в топливном газе, к способу измерения такого смолистого вещества и к системе газовой турбины, снабженной устройством для мониторинга. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройству для мониторинга степени, в которой смолистое вещество налипает на камеру сгорания, трубы подачи топливного газа, клапаны и пр., и к способу измерения степени налипания смолистого вещества. Такое смолистое вещество может образовываться в топливном газе, когда топливный газ, подаваемый в камеру сгорания газовой турбины и т.п., находится под давлением. Настоящее изобретение также относится к системе газовой турбины, снабженной таким устройством для мониторинга смолистого вещества.

Предпосылки к созданию изобретения

На металлургических предприятиях и на заводах по производству кокса в качестве побочного продукта процесса производства кокса, в результате карбонизации угля, выделяется коксовый газ. Коксовый газ используется как топливо в металлургии, как бытовой газ и как топливо для электростанций. Основными компонентами коксового газа являются водород и метан, при этом в коксовом газе имеется летучие компоненты угля (бензол, толуол и ксилол), сульфиды и другие компоненты.

При использовании коксового газа в качестве топлива, например, для газовой турбины в системах генерирования электроэнергии этот коксовый газ перед подачей в камеру сгорания газовой турбины сжимают компрессором до высокого давления. Когда коксовый газ находится под высоким давлением, может возникать реакция полимеризации между оксидом азота (NO) и ненасыщенными диенами углеводорода (включая бутадиен, стирол, циклопентадиен и инден), которые в ультрамалых количествах имеются в коксовом газе, в результате чего возникает смола оксида азота (NO-смола). Сразу после образования такое смолистое вещество имеет форму плавучего вещества, содержащего мелкие частицы размером приблизительно 0,1 мкм, которое также называют "смолой газовой фазы". Затем смола газовой фазы окисляется и полимеризуется, в результате чего возникает коричневая или черная липкая жидкая смола.

Такая жидкая смола (далее именуемая "смолистое вещество") прилипает и отлагается на трубах подачи топливного газа, идущих к камере сгорания, и на любых внутренних деталях различных устройств, имеющихся в топливном трубопроводе. Эмпирически известно, что, например, в газотурбинной установке для генерирования электроэнергии большое количество жидкой смолы прилипает и отлагается на криволинейных внутренних поверхностях топливных трубопроводов, на внутренних поверхностях корпусов клапанов, на внутренних деталях и внутренних поверхностях различных трубопроводов и подобных компонентов. Поверх налипшего и отложившегося смолистого вещества возникают отложения пылевидного вещества, на которое вновь отлагается смолистое вещество, таким образом формируя слоистое отложение. Когда смолистое вещество и пыль прилипают и отлагаются на внутренние поверхности упомянутых труб и устройств, площадь сечения канала трубопровода уменьшается, а сопротивление подвижным частям каждого из устройств, включая клапаны, увеличивается. В результате увеличивается сопротивление потоку внутри трубопровода и возникают отказы клапанов или камеры сгорания, что может привести к внезапному аварийному останову системы. Поскольку стандартного способа измерения налипания и отложения смолистого вещества еще не существует, невозможно спрогнозировать возникновение аварийного останова системы, вызванного отложениями смолистого вещества.

Когда коксовый газ используется в качестве бытового газа и подвергается сжатию для доставки к удаленным потребителям, смолистое вещество может возникать и отлагаться так же, как описано выше.

Ниже перечислены известные способы ограничения объема образования смолистого вещества в коксовом газе или удаления образовавшегося смолистого вещества (см. также патентный документ 1).

(1) Оксид азота удаляют из коксового газа с помощью сульфида железа, активированного угля, тихим электрическим разрядом в условиях высокого давления, способом сохранения давления и т.п. Однако эти способы требуют больших систем, потребляют много энергии, и, следовательно, стоимость инвестиций в систему и эксплуатационные расходы увеличиваются. Кроме того, увеличивается объем работ по техническому обслуживанию. В результате стоимость очистки топлива становится высокой и стоимость генерирования электроэнергии существенно возрастает.

(2) Коксовый газ намеренно подают в емкость низкого давления для получения смолистого вещества. Полученное смолистое вещество, остающееся в коксовом газе, удаляют промывкой и т.п. Этот способ, однако, требует больших инвестиций, поскольку для него необходимы дорогие площади и огромный бак для хранения газа. Расходы на эксплуатацию также высоки из-за потребления огромного количества воды. Далее, эффективность процесса трудно повысить.

(3) Ненасыщенные диены, содержащиеся в коксовом газе, насыщают, используя дорогой катализатор, например никель или ванадий. Согласно этому способу, когда образуется большое количество смолистого вещества, это смолистое вещество конденсируется в микропорах катализатора и образует высокополимерную смолу, которая быстро снижает эффективность катализатора. Поэтому катализатор нужно часто менять, что увеличивает расходы на эксплуатацию и снижает экономическую эффективность генерирования электроэнергии.

Любой из вышеперечисленных способов требует больших затрат и использования высокоэффективной системы очистки. Даже если эти способы способны удалить большую часть смолистого вещества, они не могут удалить его полностью. Поскольку свойства коксового газа зависят от условий производства кокса, количества и форма, в которой образуется смолистое вещество, также изменяются. Поэтому в некоторых случаях в коксовом газе, даже после процесса очистки, остается смолистое вещество.

Следовательно, для определения степени отложений смолистого вещества в трубопроводах подачи топливного газа, в камере сгорании и пр., необходимо остановить работу системы и разобрать систему для визуальной проверки внутренних объемов системы. Далее, в то время как технологические процессы, включая процесс получения кокса, продолжают выполняться, продолжается генерирование побочных продуктов в форме газов. Поэтому частые остановки газотурбинной системы для проверки заранее определенных участков непрактичны. Поскольку эффективных предупредительных мер принять нельзя, систему приходится восстанавливать только после возникающих аварийных остановов.

Патентный документ 1: Выложенная заявка на патент Японии № SHO 59-230090.

Краткое описание изобретения

Проблемы, решаемые настоящим изобретением

Настоящее изобретение направлено на решение вышеописанных проблем. Соответственно, целью настоящего изобретения является создание устройства мониторинга и способа измерения, которые способны недорого и легко оценивать и измерять прилипание и отложение смолистого вещества, образующегося в топливном газе, в камере сгорания, в трубопроводах подачи топливного газа, подходящих к камере сгорания, в клапанах и т.п., и в газовой системе, снабженной устройством для мониторинга.

Средства решения проблем

Устройство мониторинга смолистого вещества по настоящему изобретению содержит:

измерительный канал, отходящий от канала подачи топливного газа, выполненного с возможностью подавать топливный газ в камеру сгорания, при этом измерительный канал выполнен с возможностью пропускать часть топливного газа для исследования;

устройство измерения смолистого вещества, установленное на измерительном канале и выполненное с возможностью измерять степень налипания смолистого вещества, образовавшегося в топливном газе,

при этом устройство измерения смолистого вещества содержит элемент имитирующего канала, для пропускания образца газа, сформированный путем имитации канала для подачи топливного газа, проходящего на участке, на котором осуществляется мониторинг смолистого вещества и расположенном после точки отвода, в которой измерительный канал отводится от канала подачи топливного газа, при этом устройство измерения смолистого вещества выполнено с возможностью измерять степень налипания смолистого вещества на элемент имитирующего канала.

Такая конструкция способна использовать тестовый газ, который идентичен по составу и состоянию топливному газу, и определять степень налипания и отложения смолистого вещества, образовавшегося в тестовом газе. Поэтому можно прогнозировать степень налипания и отложения смолистого вещества на реальном участке, на котором осуществляется мониторинг смолистого вещества, без необходимости разбирать этот реальный участок для мониторинга смолистого вещества и т.п.

Устройство измерения смолистого вещества может быть снабжено детектором перепада давлений для измерения перепада давлений между входным и выходным концами элемента имитирующего канала во время прохождения по этому элементу тестового газа. Этот признак позволяет определить степень налипания и отложения смолистого вещества на элемент имитирующего канала по изменению перепада давлений от измерения к измерению (в большинстве случаев это изменение заключается в увеличении перепада давлений).

Элемент имитирующего канала может быть выполнен из прозрачного материала, а устройство измерения смолистого вещества может быть далее снабжено фотоэлементом для количественного измерения света, пропущенного через элемент имитирующего канала. Этот признак позволяет определять степень налипания и отложения смолистого вещества на имитирующий канал по изменению количества прошедшего света от измерения к измерению (в большинстве случаев это изменение заключается в уменьшении количества прошедшего света).

Элемент имитирующего канала может быть выполнен съемным с устройства измерения смолистого вещества, и устройство измерения смолистого вещества может быть снабжено устройством для измерения веса, выполненным с возможностью измерять изменение веса смолистого вещества, налипшего на элемент имитирующего канала, снятый с устройства измерения смолистого вещества. Этот признак позволяет определить степень налипания и отложения смолистого вещества на имитирующий канал по изменению веса от измерения к измерению (в большинстве случаев это изменение заключается в увеличении веса). Устройство измерения веса может быть расположено рядом с элементом имитирующего канала или может быть удалено от точки измерений.

Устройство мониторинга смолистого вещества далее может содержать устройство регулирования потока, выполненное на измерительном канале для управления расходом тестового газа, при этом устройство регулирования потока может быть выполнено управляемым так, чтобы поддерживать по существу постоянным отношение между расходом тестового газа, подаваемого от точки отвода к устройству измерения смолистого вещества, и расходом топливного газа, подаваемого от точки отвода к участку, на котором осуществляется мониторинг смолистого вещества. Такая конструкция является предпочтительной, поскольку такая конструкция может учитывать случаи, например, когда расход топлива, подаваемого в камеру сгорания, меняется, и, следовательно, такая конструкция позволяет точно оценивать степень налипания и отложения смолистого вещества на участке, на котором осуществляется мониторинг, и определять неисправности, вызванные таким налипанием и отложением смолистого вещества.

Устройство управления потоком может быть выполнен так, чтобы период времени, необходимый для прохождения тестовым газом расстояния от точки отбора до устройства измерения смолистого вещества, и период времени, необходимый для прохождения топливным газом расстояния от точки отбора до участка, являющегося объектом мониторинга на смолистое вещество, были по существу равны друг другу. Что касается смолистого вещества, объем, в котором оно образуется, со временем изменяется, например смола оксида азота или смола оксида серы, и этот признак позволяет по существу уравнять условия формирования смолистого вещества на устройстве измерения с условиями формирования смолистого вещества на участке, являющемся объектом мониторинга. Таким образом, можно дополнительно повысить точность оценки налипания и отложения смолистого вещества.

Измерительный канал может содержать множество измерительных каналов, расположенных параллельно друг другу и снабженных устройствами регулирования потока и соответствующими устройствами измерения смолистого вещества, при этом устройства измерения смолистого вещества соответствующих измерительных каналов могут быть связаны с одним или разными участками, являющимися объектом мониторинга на смолистое вещество, и каждое из устройств регулирования потока выполнено с возможностью управления так, чтобы период времени, необходимый для прохождения тестовым газом расстояния от точки отвода до соответствующего устройства измерения смолистого вещества, и период времени, необходимый для прохождения топливным газом расстояния от точки отвода до того участка, который является объектом мониторинга соответствующего одного из устройств измерения смолистого вещества, были по существу равны друг другу.

Такая конструкция позволяет оценивать степень налипания и отложения смолистого вещества на каждом из разных участков трубопровода подачи топливного газа, являющихся объектом мониторинга на наличие смолистого вещества, и в то же время прогнозировать неисправности, вызванные налипанием и отложением смолистого вещества.

Имитирующий канал может иметь форму сечения, по существу повторяющую форму сечения реального канала топливного газа на участке, являющемся объектом мониторинга, но имеющую уменьшенные размеры. Этот признак позволяет эффективно и точно оценивать степень налипания и осаждения смолистого вещества на участке, являющемся объектом мониторинга, и прогнозировать неисправности, вызванные налипанием и отложением смолистого вещества.

Устройство мониторинга смолистого вещества далее может содержать управляющее устройство, в котором хранятся данные, где степень налипания смолистого вещества на элемент имитирующего канала, соотнесена со степенью налипания смолистого вещества на участке, являющемся объектом мониторинга, при этом управляющее устройство выполнено с возможностью выдавать результат от устройства измерения смолистого вещества, когда этот результат достигнет заранее определенной величины налипания смолистого вещества.

Устройство мониторинга смолистого вещества далее может содержать управляющее устройство, в котором хранятся данные, где степень налипания смолистого вещества на элемент имитирующего канала, соотнесена с рабочими условиями участка, являющегося объектом мониторинга, и управляющее устройство может быть выполнено с возможностью выдавать информацию о результате от устройства измерения смолистого вещества, когда результат измерения достигнет заранее определенной величины налипания смолистого вещества.

Система газовой турбины по настоящему изобретению содержит:

канал подачи топливного газа, выполненный с возможностью подавать топливный газ на газовую турбину; и

устройство мониторинга смолистого вещества, соединенное с каналом подачи топливного газа,

при этом устройство мониторинга смолистого вещества является одним из устройств, описанных выше.

Канал подачи топливного газа может быть снабжен компрессором для сжатия топливного газа, а входной конец измерительного канала соединен с участком канала подачи топливного газа, расположенным после компрессора, а выходной конец соединен с участком канала подачи топливного газа, расположенным до компрессора.

Канал подачи топливного газа может быть снабжен компрессором для сжатия топливного газа и устройством регулирования потока топливного газа, расположенным после компрессора, при этом входной конец измерительного канала соединен с участком канала подачи топливного газа до устройства регулирования потока топливного газа, а выходной конец соединен с участком канала подачи топливного газа после устройства регулирования потока топливного газа.

Способ измерения смолистого вещества по настоящему изобретению содержит:

этап подготовки измерительного канала, при котором измерительный канал подключают для пропускания сквозь части топливного газа в качестве тестового газа в канал подачи топливного газа, выполненный с возможностью подавать топливный газ в камеру сгорания;

этап формирования имитирующего канала, при котором в измерительном канале формируют имитирующий канал для пропускания сквозь него тестового газа из канала подачи топливного газа, проходящего на участке, являющемся объектом мониторинга, который расположен после точки отвода, в которой измерительный канал отходит от канала подачи топливного газа;

этап предварительного измерения, при котором измеряют степень налипания смолистого вещества, образовавшегося в тестовом газе, на имитирующий канал при подаче топливного газа, и

этап измерения смолистого вещества, при котором измеряют степень налипания смолистого вещества, образовавшегося в топливном газе, на участок, являющийся объектом мониторинга, в соответствии с имитирующим каналом, на основе степени налипания смолистого вещества, измеренной на этапе предварительного измерения.

На этапе предварительного измерения можно измерять перепад давлений между входной стороной и выходной стороной элемента имитирующего канала во время пропускания тестового газа через имитирующий канал; и на этапе измерения смолистого вещества степень налипания смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, измеряют на основе перепада давления, измеренного на этапе предварительного измерения.

На этапе формирования имитирующего канала элемент имитирующего канала можно формировать из прозрачного материала, на этапе предварительного измерения можно измерять количество света, прошедшего сквозь элемент имитирующего канала, и на этапе измерения смолистого вещества степень налипания смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, можно определять на основании количества света, измеренного на этапе предварительного измерения.

На этапе формирования имитирующего канала элемент имитирующего канала, может быть выполнен съемным с измерительного канала; на этапе предварительного измерения можно измерять изменение веса налипшего смолистого вещества, измеряя вес элемента имитирующего канала; и на этапе измерения смолистого вещества степень налипания смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, можно определять по изменению веса, определенному на этапе предварительного измерения.

Способ измерения смолистого вещества далее может содержать:

первый этап калибровочного измерения, при котором определяют степень налипания смолистого вещества, образовавшегося в тестовом газе, на имитирующий канал во временных интервалах во время подачи топливного газа перед этапом предварительного измерения;

второй этап калибровочного измерения, при котором определяют степень налипания смолистого вещества на участке, являющемся объектом мониторинга в соответствии с имитирующим каналом одновременно с каждым из измерений на первом этапе калибровочного измерения; и

этап обработки данных, при котором соотносят результаты измерений, полученные на первом этапе калибровочного измерения с результатами измерений, полученными на втором этапе калибровочного измерения, и регистрируют такие соотнесенные друг с другом результаты в качестве эталонных данных измерения, при котором

на этапе измерения смолистого вещества степень налипания смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, которая соответствует степени налипания смолистого вещества на имитирующий канал, определенной на этапе предварительного измерения, обнаруживают, используя эталонные данные измерения.

Другой способ измерения смолистого вещества по настоящему изобретению содержит:

этап подготовки измерительного канала, на котором подключают измерительный канал, позволяя части топливного газа в качестве тестового газа, проходить по измерительному каналу в канал подачи газа, выполненный с возможностью подачи топливного газа в камеру сгорания;

этап формирования имитирующего канала, на котором в измерительном канале формируют имитирующий канал для пропускания сквозь него тестового газа, имитируя канал подачи топливного газа, проходящий на участке, являющемся объектом мониторинга и расположенном после точки отвода, в которой измерительный канал отведен от канала подачи топливного газа;

этап предварительного измерения, на котором определяют степень отложения смолистого вещества, образованного в тестовом газе, на имитирующий канал во время подачи топливного газа,

первый этап калибровочного измерения, на котором определяют степень налипания смолистого вещества, образованного в тестовом газе, на имитирующем канале во временных интервалах во время подачи топливного газа перед этапом предварительного определения;

третий этап калибровочного измерения, на котором определяют неисправность на участке, являющемся объектом мониторинга и соответствующем имитирующему каналу одновременно с каждым из измерений на первом этапе калибровочного измерения;

этап обработки данных, на котором соотносят результаты измерений, полученные на первом этапе калибровочного измерения, с результатами измерений, полученными на третьем этапе калибровочного измерения, и регистрируют такие соотнесенные друг с другом результаты как эталонные данные измерения; и

этап определения неисправности, на котором обнаруживают неисправность на участке, являющемся объектом мониторинга, соответствующем имитируемому каналу, на основе степени налипания смолистого вещества, обнаруженного на этапе предварительного измерения.

Преимущества изобретения

Согласно настоящему изобретению имеется возможность недорого и легко оценивать и измерять налипание и отложение смолистого вещества, образовавшегося в топливном газе, на камеру сгорания и трубопроводы подачи топливного газа, подходящие к камере сгорания в системе газовой турбины и т.п.Таким образом, становится возможным прогнозировать ситуацию, в которой становится возможен внезапный аварийный останов системы, тем самым позволяя выполнять плановые остановки системы. В результате система может осуществлять стабилизированную непрерывную работу, не допуская внезапных аварийных остановов.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схема системы, иллюстрирующая газотурбинную электростанцию, содержащую устройство мониторинга смолистого вещества как один из вариантов настоящего изобретения.

Фиг.2(а)-2(с) - сечения, иллюстрирующие пример устройства измерения смолистого вещества, входящего в систему газотурбинной электростанции, показанной на фиг.1.

Фиг.3 - схема, иллюстрирующая систему газотурбинной электростанции, включающей устройство измерения смолистого вещества как другой вариант настоящего изобретения.

Фиг.4 - схема, иллюстрирующая систему газотурбинной электростанции, включающей устройство измерения смолистого вещества как еще один вариант настоящего изобретения.

Фиг.5 - схема, иллюстрирующая систему газотурбинной электростанции, включающей устройство измерения смолистого вещества как еще один вариант настоящего изобретения, и

Фиг.6 - диаграмма, иллюстрирующая пример соотношения между результатом измерения устройством измерения смолистого вещества по настоящему изобретению и плановой остановкой системы газотурбинной электростанции.

Подробное описание предпочтительных вариантов

Далее следует более подробное описание устройства для мониторинга смолистого вещества, способа измерения смолистого вещества и системы газовой турбины, содержащей устройство мониторинга смолистого вещества по настоящему изобретению со ссылками на приложенные чертежи.

На фиг.1 представлена схема системы 1 газотурбинной электростанции (далее именуемая "система 1 электростанции") как один вариант газотурбинной системы по настоящему изобретению. Система 1 электростанции содержит трубопровод 4 подачи топливного газа, выполненный с возможностью подачи в камеру 3 сгорания газовой турбины 2 коксового газа в качестве топливного газа, компрессор 5 для сжимания топливного газа, расходомер 6 для измерения расхода топливного газа и клапан 7 регулирования потока для управления расходом топливного газа. Согласно настоящему изобретению компрессор 5 топлива может быть выполнен с возможностью привода двигателем 5а, однако он может приводиться в действие и газовой турбиной 2. Устройство 6 измерения расхода может быть расположено перед клапаном 7 регулирования потока или после него. В некоторых случаях на пути топлива от источника до компрессора 5 установлено непоказанное устройство, например пылевой фильтр, упрощенный узел обработки топлива или узел очистки топлива. С газовой турбиной 2 соединен воздушный компрессор 8.

Расходом топливного газа, сжатого до высокого давления компрессором 5, управляет клапан 7 регулирования потока в соответствии с нагрузкой на газовую турбину, и сжатый газ смешивается с воздухом, сжатым воздушным компрессором 8, и поступает в камеру 3 сгорания для сжигания. Сгоревший газ приводит в действие газовую турбину 2, которая, в свою очередь, приводит во вращение соединенный с ней электрический генератор 9 для выработки электроэнергии.

Система 1 электростанции содержит устройство 10 для мониторинга смолистого вещества (далее именуемое просто "устройство мониторинга"), которое является ее отличительным признаком. Устройство 10 мониторинга служит для оценки и мониторинга степени налипания и отложения смолистого вещества (которая включает величину налипания и отложения смолистого вещества), которое может налипать и отлагаться на участках, являющихся объектами мониторинга, включая внутренние поверхности трубопроводов и горелок (не показаны) камеры 3 сгорания и внутренние поверхности трубопровода 4 подачи топливного газа, клапана 7 регулирования расхода и других различных устройств. Такая оценка позволяет прогнозировать ситуации, в которых возможен внезапный аварийный останов газовой турбины 2, и, следовательно, осуществлять плановый останов газовой турбины 2 для устранения неисправностей, влияющих на работу электростанции. Таким образом, можно реализовать эффективное техническое обслуживание для восстановления системы 1 электростанции.

Участки, расположенные после компрессора 5 топлива, выбраны как объекты мониторинга потому, что смолистое вещество образуется, когда газ находится под высоким давлением, которое возникает на выходе компрессора. Поэтому, если существует возможность образования смолистого вещества на других участках, помимо расположенных после компрессора 5, например на участке до компрессора 5, можно установить устройство, способное осуществлять мониторинг таких участков.

Устройство 10 мониторинга содержит трубопровод 11 измерения смолистого вещества (далее именуется просто "измерительный трубопровод "), который соединяет с возможностью сообщения участок трубопровода 4 подачи топливного газа, расположенный перед топливным компрессором 5, с участком трубопровода 4 подачи топлива, расположенным после топливного компрессора 5 и перед всеми участками, являющимися объектом мониторинга. По измерительному трубопроводу 11 циркулирует часть топливного газа (далее именуемая "тестовый газ") от выходной стороны топливного компрессора 5, которая является стороной высокого давления, к входной стороне топливного компрессора 5. Далее точка соединения, в которой измерительный трубопровод 11 соединен с трубопроводом 4 подачи топливного газа после топливного компрессора 5, будет именоваться "первой точкой соединения (или входом измерительного трубопровода 11) С1". Соединительная точка, в которой измерительный трубопровод 11 соединен с участком трубопровода 4 подачи топливного газа перед топливным компрессором 5 будет именоваться "второй точкой соединения (или выходом измерительного трубопровода 11) С2".

Измерительный трубопровод 11 снабжен устройством 12 измерения смолистого вещества, образующегося в тестовом газе, расходомером 13 тестового газа, и клапаном 14 регулирования потока для регулирования расхода тестового газа. Одно из этих устройств, а именно расходомер 13 или клапан 14 регулирования потока, может быть установлено перед другим (или после другого). Имеется управляющее устройство 50, которое выдает команды на выполнение различных операций, включая управление открыванием каждого из клапанов 7 и 14 управления потоком, и выдает сигнал тревоги, на основе результатов измерения устройством 12 измерения смолистого вещества.

Устройство 12 измерения смолистого вещества содержит элемент 15 имитирующего канала, определяющий канал 15А, имитирующий форму канала подачи топливного газа, проходящего на участке, являющемся объектом мониторинга (например, в горелке камеры сгорания 3), и дифференциальный манометр 16 для измерения перепада давлений между входной стороной и выходной стороной имитирующего канала 15А. Измеряя перепад давлений между входной стороной и выходной стороной имитирующего канала 15А, можно оценить степень налипания и отложения смолистого вещества на имитирующем канале 15А. Например, степень налипания и отложения смолистого вещества на имитирующий канал 15А обнаруживается на основе величины перепада давлений, которая со временем увеличивается относительно эталонного значения (т.е. начальной величины), которое является величиной перепада давлений, полученной в начале работы системы 1 электростанции. Строго говоря, необходимо измерить степень налипания и отложения смолистого вещества на реальном участке, являющемся объектом мониторинга. Однако во время работы системы электростанции это сделать трудно, поэтому измеряют налипание смолистого вещества на имитирующем канале 15А. Поэтому такое измерение является, так сказать, предварительным измерением (пилотным измерением).

Устройство 10 для мониторинга отслеживает степень налипания и отложения смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга. Примеры участка, являющегося объектом мониторинга, включают, помимо прочего, количества налипания и отложения, которые можно выразить числовыми значениями (включая толщину отложения, вес, количество пропускаемого света и площадь сечения канала, по которому течет газ). Это вызвано тем, что конечной целью оценки и мониторинга является обеспечение стабилизированного и эффективного генерирования электроэнергии путем прогнозирования ситуации, в которой возможно возникновение внезапного аварийного останова газовой турбины 2, и путем эффективного использования плановых остановов газовой турбины 2 или принятия других мер, как описано выше. Поэтому налипание и отложение смолистого вещества можно оценивать количественно по другим величинам, которые могут эффективно преследовать конечную цель. То есть время, когда возникнет аварийный останов, можно прогнозировать недорого и легко, используя количественную оценку, основанную на эмпирическом правиле, заключающемся в том, что аварийный останов возникает, когда состояние налипания и отложения смолистого вещества достигает определенного уровня. Поэтому устройство 12 измерения смолистого вещества также может быть выполнено с возможностью измерения налипания и отложения смолистого вещества путем количественной оценки. Короче, любой способ оценки или нахождения может служить цели, если он соотнесен со степенью налипания и отложения смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга.

Весьма желательно, чтобы имитирующий канал 15А по форме, размерам и свойствам поверхности был идентичен каналу подачи газа в реальном участке, являющемся объектом мониторинга, а измерительный трубопровод 11 был полностью идентичен по форме сечения проходного канала, длине от первой соединительной точки С1 для имитирующего канала 15А, по форме трубопровода и т.п., участку трубопровода 4 подачи топливного газа, проходящему от первой соединительной точки С1 до участка, являющегося объектом мониторинга. Дополнительно, уравнивая расход и т.п. тестового газа с расходом топливного газа на участке, являющемся объектом мониторинга, по результатам измерения, выполненного устройством 12 для измерения смолистого вещества, можно давать точные прогнозы. Однако с точки зрения экономической эффективности во время работы непрактично заводить на циркуляцию приблизительно половину от общего количества подаваемого топливного газа в устройстве 10 для мониторинга. Поэтому форма и размеры каждого участка устройства 10 для мониторинга, а также расход газа и давление газа в устройстве 10 для мониторинга предпочтительно не идентичны соответствующим параметрам, но уменьшены относительно них. Участок устройства 10 для мониторинга, который соответствует участку, являющемуся объектом мониторинга, может иметь простую геометрическую форму в отличие от участка, являющегося объектом мониторинга, как будет описано ниже.

Кроме того, важно, чтобы давление и температура тестового газа были по существу равны давлению и температуре топливного газа в трубопроводе 4. Для этого измерительный трубопровод 11 может быть снабжен регулятором давления, регулятором температуры, датчиком температуры, датчиком давления и пр.

Оценка налипания и отложения смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, на момент проведения оценки производится путем определения степени налипания и отложения смолистого вещества на имитирующий канал 15А. На основе этой оценочной степени налипания и отложения смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, делается заключение, нужно или нет останавливать работу, и/или определяется, когда нужно остановить работу. Если нужно остановить работу, составляется план остановки и пр.

Предпочтительно осуществлять регулировки так, чтобы период времени, необходимый тестовому газу для прохождения от входа С1 измерительного трубопровода до устройства 12 измерения смолистого вещества, по существу был равен периоду времени, необходимому топливному газу для прохождения от входа С1 измерительного трубопровода для участка, являющегося объектом мониторинга. Это вызвано тем, что количество смолистого вещества, образующееся в газе под высоким давлением, изменяется со временем, и, следовательно, накопленное количество смолистого вещества меняется в соответствии с периодом времени, прошедшим от момента, когда газ проходит через выход топливного компрессора 5, сжимающего газ до высокого давления. Даже когда свойства топливного газа, включая его состав, подвергаются флуктуациям, условия имитации налипания и отложения в имитирующем канале 15А устройства 12 измерения смолистого вещества остаются идентичными реальным условиям, в которых смолистое вещество налипает и отлагается на такой участок, являющийся объектом мониторинга, например горелка камеры сгорания. Это объясняется тем, что отделенный поток газа попадает на устройство 12 измерения смолистого вещества одновременно с достижением потоком топливного газа участка, являющегося объектом мониторинга, при этом газ обоих потоков имеет одни и те же свойства. В результате повышается точность прогнозирования степени налипания и отложения смолистого вещества на участке, являющемся объектом мониторинга.

Для этого расходы газа соответственно измеряют расходомером 6, установленным на трубопроводе 4 подачи топливного газа и расходомером 13, установленным на измерительном трубопроводе 11. Период времени, затрачиваемого газом на достижение участка, являющегося объектом мониторинга от входа С1 измерительного трубопровода, рассчитывают путем деления расхода газа в трубопроводе 4 подачи топливного газа на внутренний объем участка трубопровода подачи топливного газа, отходящего от входа С1 измерительного трубопровода для участка, являющегося объектом мониторинга. Аналогично, период времени, затрачиваемого газом на достижение устройства 12 измерения смолистого вещества от входа С1 измерительного трубопровода рассчитывают путем деления расхода газа в измерительном трубопроводе 11 на внутренний объем измерительного трубопровода от входа С1 для устройства 12 измерения смолистого вещества. Положением клапана 14 регулирования потока на измерительном трубопроводе 11 управляют так, чтобы эти периоды времени были по существу равны друг другу. То есть управление осуществляют так, что отношение расхода между топливным газом и тестовым газом удерживают на заранее определенной величине. Такое управление осуществляют с помощью управляющего устройства 50, которое передает целевой сигнал на открытие на клапан 14 регулирования расхода на измерительном трубопроводе 11 в ответ на измерительный сигнал от расходомера 6 на трубопроводе 4 подачи топливного газа, и управляет с обратной связью клапаном 14 регулирования потока на основе измерительного сигнала от расходомера 13.

С помощью такой схемы управления можно точно прогнозировать степень налипания и отложения смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, даже когда расход топливного газа, подаваемого в камеру 3 сгорания, подвергается флуктуациям вслед за флуктуациями нагрузки на турбину. Устройство регулирования потока в измерительном трубопроводе 11 может содержать фиксированную измерительную диафрагму, ручной дроссельный клапан и т.п., а не клапан 14, регулирующий поток, в зависимости от условий подачи топливного газа (например, когда расход подаваемого топливного газа не изменяется).

На фиг.2 показаны разные формы имитирующего канала. Устройство измерения смолистого вещества, показанное на фиг.2(а), имеет элемент 15 имитирующего канала, расположенный внутри измерительного трубопровода 11. Имитирующий канал 154А имеет проточный канал постоянного сечения в направлении потока. Устройство измерения смолистого вещества, показанное на фиг.2(b), имеет элемент 17 имитирующего канала, расположенный внутри измерительного трубопровода 11. Однако имитирующий канал 17А, показанный на фиг.2(b), имеет проточный канал с уменьшающейся площадью сечения в направлении потока. Форма проточного канала имитирующего канала 17А простым способом имитирует признаки, вызывающие падение давления, поскольку проточный канал в реальной камере сгорания или в клапане имеет неравномерную форму, которая создает сопротивление потоку. Разумеется, при необходимости можно применять проточный канал с увеличивающейся площадью сечения в направлении потока. Хотя это не показано, любой из этих имитирующих проточных каналов имеет круглую форму сечения. Однако можно использовать любую другую форму сечения проточного канала.

Устройство 12 измерения смолистого вещества предпочтительно выполнено съемным с измерительного трубопровода 11 за счет применения фланцевого соединения или подобного средства, как показано на фиг.2(с). В этом случае на противоположных внешних концах от фланцевых участков 18, расположенных на входе и на выходе устройства 12 измерения смолистого вещества, установлены запорные клапаны. Если имеется множество элементов имитирующего канала с разными формами имитирующего канала, можно при необходимости заменять элементы имитирующего канала на другие, например, меняя участок, являющийся объектом мониторинга. Все устройство 12 измерения смолистого вещества, включая дифференциальный манометр 16, не обязательно должно быть выполнено съемным, съемным можно выполнить только элемент 15 имитирующего канала, без дифференциального манометра 16.

Вместо измерения перепада давлений между входной стороной и выходной стороной элемента 15 измерительного канала можно использовать непоказанное устройство измерения веса этого элемента 15 этого имитирующего канала, при необходимости снятого с измерительного трубопровода, в результате чего происходит измерение степени налипания и отложения смолистого вещества на основе увеличения веса. Устройство измерения веса может быть расположено рядом с элементом 15 имитирующего канала или установлено в другом помещении для различных инспекций (инспекционная комната и т.п.). Альтернативно, устройство измерения веса может быть установлено для поддержки веса элемента 15 имитирующего канала, чтобы осуществлять автоматические измерения веса этого элемента 15 измерительного канала, когда противоположные концы этого элемента 15 имитирующего канала отсоединены от измерительного трубопровода 11.

Можно осуществлять визуальные проверки внутренней поверхности имитирующего канала 15А элемента 15 имитирующего канала, сняв этот элемент с измерительного трубопровода. Можно также формировать элемент 15 имитирующего канала из прозрачного материала и подавать на элемент 15 имитирующего канала свет постоянной интенсивности на протяжении всей работы, чтобы измерять количество света, прошедшего поперек имитирующего канала 15А. Степень налипания и отложения смолистого вещества можно измерить на основе уменьшения количества пропущенного света.

Устройство 20 мониторинга, показанное на фиг.3, выполнено с возможностью пропускать проверочный газ для проверки функционирования устройства 10 мониторинга, показанного на фиг.1. На фиг.1 и 3 одинаковыми позициями показаны одинаковые компоненты, чтобы избежать их повторного описания. Трубопровод 22 подачи проверочного газа, проходящий от источника 21 проверочного газа, соединен с участком измерительного трубопровода 11, расположенным перед устройством 12 измерения смолистого вещества, а трубопровод 23 выпуска проверочного газа соединен с участком измерительного трубопровода 11, расположенным после расходомера 13 и клапана 14 регулирования потока. Трубопровод 22 подачи проверочного газа и трубопровод 23 выпуска проверочного газа снабжены запорными клапанами 26 и 27 соответственно. Участок измерительного трубопровода 11, расположенный перед точкой, в которой трубопровод 22 подачи проверочного газа соединен с измерительным трубопроводом 11, и участок измерительного трубопровода 11, расположенный после точки, в которой трубопровод 23 выпуска проверочного газа соединен с измерительным трубопроводом 11, снабжены запорными клапанами 24 и 25 соответственно.

В некоторых случаях, например после монтажа устройства 20 мониторинга, перед работой и после восстановительных операций после очистки имитирующего канала 15А, проверочный газ пропускают через устройство 12 измерения смолистого вещества, чтобы проверить правильность работы этого устройства 12 измерения смолистого вещества и определить эталонную измеренную величину, связанную со смолистым веществом в имитирующем канале 15А (например, перепад давлений между входной стороной и выходной стороной имитирующего канала 15А). Более конкретно, запорные клапаны 26 и 27 трубопровода 22 проверочного газа и трубопровода 23 проверочного газа открыты, а запорные клапаны 24 и 25 измерительного трубопровода закрыты, в результате чего проверочный газ подается из источника 21 проверочного газа на устройство 12 мониторинга смолистого вещества, а затем выводится через трубопровод 23 выпуска проверочного газа. С другой стороны, при нормальной работе системы 1 электростанции запорные клапаны 26 и 27 трубопроводов 22 и 23 проверочного газа закрыты, а клапаны 24 и 25 измерительного трубопровода 11 открыты.

Трубопровод 4 подачи топливного газа системы 1 электростанции 1, показанный на фиг.4, снабжен устройством 30 мониторинга, соединенным параллельно клапану 7 регулирования потока и предназначенным для мониторинга клапана 7 регулирования потока, являющегося участком-объектом мониторинга. Для обозначения компонентов на фиг.1 и 4 используются одинаковые ссылочные позиции, и повторное описание сходных компонентов опускается. Хотя в качестве иллюстративного участка, являющегося объектом мониторинга, показан только клапан 7 регулирования потока, подобное устройство мониторинга может быть установлено параллельно любому другому участку, являющемуся объектом мониторинга (например, горелкам (не показаны) камеры 3 сгорания, изогнутому участку трубопровода 4 подачи газа или проходному каналу любого другого из различных устройств или элементов трубопроводов). Устройство 30 мониторинга имеет измерительный трубопровод 28, соединенный с участком трубопровода 4 подачи топливного газа перед клапаном 7 регулирования потока (т.е. вход С1) и с участком трубопровода 4 подачи топливного газа после клапана 7 регулирования потока (т.е. выход С2) так, чтобы обходить клапан 7 регулирования потока. Измерительный трубопровод 28 снабжен таким же устройством 12 измерения смолистого вещества, которое показано на фиг.1. Измерительный трубопровод 28 далее снабжен запорным клапаном 29.

Поскольку устройство 12 измерения смолистого вещества расположено рядом с участком, являющимся объектом мониторинга (т.е. клапаном 7 регулирования потока), и включено параллельно с ним, такая конструкция может быть предпочтительной для мониторинга состояния налипания и отложения смолистого вещества на участке, являющемся объектом мониторинга. Это объясняется тем, что перепад давлений между входной и выходной сторонами клапана 7 регулирования потока равен перепаду давлений между входной и выходной сторонами устройства 12 измерения смолистого вещества (т.е. перепаду давлений между сточками С1 и С2). Далее, форма и условия потока газа в канале, проходящем от компрессора 5 топлива для клапана 7 регулирования потока по существу идентичны форме и условиям потока в канале, проходящем от компрессора 5 топлива до устройства 12 измерения смолистого вещества. Поэтому имитирующий канал 15А устройства 12 измерения смолистого вещества точно имитирует канал клапана 7 регулирования потока.

После выхода газовой турбины 2 на режим стабильной работы отсекающий клапан 29 открывают для начала работы устройства 12 измерения смолистого вещества. В это время клапан 7 регулирования потока уменьшает расход топливного газа, проходящего сквозь него, на величину, равную расходу топливного газа, проходящего через отсекающий клапан 29 в координации со срабатыванием отсекающего клапана 29, поэтому расходом топливного газа, подаваемого в камеру 3 сгорания, можно управлять, поддерживая его на заданной величине.

Система 1 электростанции, показанная на фиг.5, содержит устройство 31 мониторинга, в котором множество устройств 12 измерения смолистого вещества, каждое из которых соединено с соответствующим одним из множества участков, являющихся объектом мониторинга, установлены параллельно. Более конкретно, измерительный трубопровод 11 соединен с трубопроводом 4 подачи топливного газа так, чтобы обеспечить сообщение между соответствующими участками трубопровода 4 подачи топливного газа, расположенными до и после компрессора 5 топлива. Измерительный трубопровод 11 расходится на множество отводных линий (в данном варианте - три отводных линии) в промежуточных точках, которые соединены друг с другом в точке перед второй соединительной точкой С2. Каждая отводная линия 111, 112 и 113 снабжена соответствующим устройством 121, 122, 123 измерения смолистого вещества, соответствующим одним из расходомеров 13 и соответствующим одним из клапанов 14 регулирования потока. Каждое из устройств 121, 122, 123 измерения смолистого вещества имеет соответствующий один из элементов 151, 152, 153 имитирующих каналов, определяющих имитирующие каналы 151А, 152А, 153А, и соответствующий один из дифференциальных манометров 16.

Каждый из имитирующих каналов 151А, 152А, 153А имеет проточный канал, имитирующий форму соответствующего канала участка, являющегося объектом мониторинга. Например, каждый имитирующий канал может иметь форму сечения, подобную форме сечения канала, проходящего в участке, являющемся объектом мониторинга, но с меньшими размерами. Длина, форма сечения, форма труб и т.п. участка измерительного трубопровода 11 (включая участок, отходящий от первой соединительной точки С1 к каждому из имитирующих каналов 111, 112, 113 и соответствующие отводные линии 111, 112, 113) имитируют длину, форму сечения, форму трубопровода и т.п.участка трубопровода 4 подачи топливного газа, проходящего от первой соединительной точки С1 до каждого из участков, являющихся объектом мониторинга. (Участок измерительного трубопровода 11 и участок трубопровода 4 подачи топливного газа, например, могут быть подобны друг другу по длине и по форме). Клапан 14 регулирования потока осуществляет регулирование так, что период времени, требуемый для тестового газа на прохождение от первой соединительной точки С1 до каждого из устройств 121, 122, 123 измерения смолистого вещества, по существу равен периоду времени, необходимому для топливного газа на прохождение от первой соединительной точки до соответствующего участка, являющегося объектом мониторинга. В результате степень налипания смолистого вещества на каждый из участков, являющихся объектом мониторинга, можно точно спрогнозировать.

Далее следует описание иллюстративного способа измерения смолистого вещества с использованием описанного выше устройства мониторинга. Сначала описывается иллюстративный способ сбора данных, в котором результаты измерений устройством 12 измерения смолистого вещества соотносят со степенью налипания и отложения смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга.

При тестовой операции системы 1 газотурбинной электростанции эту систему 1 газотурбинной электростанции через определенные промежутки времени несколько раз останавливают для проведения плановых проверок системы. Эти промежутки времени можно задавать произвольно. Например, систему 1 газотурбинной электростанции можно останавливать через 500, 2500 и 5000 часов с начала тестового периода эксплуатации. Запланированные остановки через определенные промежутки времени широко применяются на практике. При каждой запланированной остановке регистрируют результаты измерений устройством 12 измерения смолистого вещества (такие как перепад давлений, вес или измеренное количество пропускаемого света, результаты визуального осмотра и пр.) и степень налипания и отложения смолистого вещества на имитирующем канале 15А устройства 12 измерения смолистого вещества. Далее, участок, являющийся объектом мониторинга, и соответствующий устройству 12 измерения смолистого вещества разбирают и определяют степень налипания и отложения смолистого вещества. Результат наблюдения соотносят с результатом измерения устройством 12 измерения смолистого вещества и регистрируют. Эти работы повторяют при плановых остановках для обработки данных, которые служат критерием оценки при плановой остановке.

Промежутки времени между плановыми остановками могут задаваться произвольно и не ограничены промежутками времени, указанными выше. Для сбора данных можно задавать и более короткие промежутки времени. Например, систему 1 электростанции останавливают через 24, 48, 100 и 500 часов с начала тестового прогона. На основе результатов проверки на запланированных остановках после истечения таких коротких промежутков времени промежутки между последующими плановыми остановками можно изменить.

Как описано выше, регистрируемые данные не ограничиваются количественными данными, такими как величина перепада давления и пр. Это объясняется тем, что количественные данные в некоторых случаях получить трудно и даже качественная оценка может послужить цели прогнозирования степени налипания и отложения смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, если результаты измерений устройством 12 измерения смолистого вещества могут хорошо пояснить соотношение между степенью налипания смолистого вещества на имитирующий канал 15А и степенью налипания смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга.

Далее поясняются операции, относящиеся к соотнесению степени налипания смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга с условиями остановки работы системы 1 электростанции. По степени налипания смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, измеренной во время разборки и проверки, можно теоретически рассчитать и определить, возникнет ли отказ в работе горелки камеры сгорания. Например, можно либо рассчитать сопротивление скольжению штока клапана по положению и толщине налипшего смолистого вещества, либо рассчитать сопротивление потоку газа и т.п. сопла горелки по уменьшению площади проходного сечения из-за налипания смолистого вещества и затем оценить, может ли такая рассчитанная величина вызвать отказ в работе и, следовательно, решить, нужно ли останавливать работу системы.

Поскольку состояние налипания смолистого вещества на участок, являющийся объектом мониторинга, соотносят с результатом измерения, выполненного устройством 12 измерения смолистого вещества, о необходимости остановки работы можно судить по результатам измерений, выполненных устройством 12. Если записи проверок, выполненных после соответствующих аварийных остановов, возникших неожиданно при нормальной работе (включая коммерческую работу) системы 1 электростанции, были заранее упорядочены, имеющиеся данные можно соответственно изменить, на основе упорядоченных записей проверок, тем самым повышая достоверность данных, служащих критерием для оценки необходимости остановки работы.

Управляющее устройство 50 хранит данные, в которых результаты измерений устройством 12 измерения смолистого вещества, соотнесены, таким образом, с условиями остановки работы системы 1 электростанции. На основе этих данных определяется и вводится в управляющее устройство 50 допустимая величина, дающая информацию о необходимости плановой остановки системы 1 электростанции (например, допустимый перепад давлений между входом и выходом имитирующего канала 15А) в соответствии с величиной, измеренной устройством 12 измерения смолистого вещества. Такая допустимая величина предпочтительно является величиной, вызывающей реальный аварийный останов системы 1 электростанции плюс некоторый запас прочности.

На фиг.6 показан пример соотношения между результатом измерения устройством 12 измерения смолистого вещества и состоянием останова работы системы 1 электростанции, который имеет форму линейной функции. На фиг.6 горизонтальная ось представляет время (Т) работы газовой турбины (2), а вертикальная ось представляет величину, измеренную устройством 12 измерения смолистого вещества (т.е. перепад Р давлений между входом и выходом имитирующего канала 15А во настоящему варианту). Например, начало работы газовой турбины 2 принимается за точку отсчета, то есть Р=0, когда Т=0. Ра2 на фиг.6 является величиной перепада давлений, которая определена по информации изготовителя системы, теоретически рассчитанной величиной, эмпирически полученной величиной и т.п. и при которой необходима плановая остановка системы 1 электростанции, чтобы избежать внезапного аварийного останова. Ра1 на фиг.6 - это величина, полученная вычитанием изменения перепада давлений Р (эквивалент запаса прочности) в течение заранее определенного периода времени Т (Ра1=Ра2- Р). Когда измеренная величина достигает Ра1, например, выдается сигнал тревоги, требующий ускорить принятие решения о времени плановой остановки системы 1 электростанции. Период времени Т, соответствующий Р, определен с учетом рабочего состояния главной технологической системы, генерирующей побочный продукт, которым является газ, используемый в качестве топлива, текущей потребности в электроэнергии и т.п. С точки зрения эксплуатации остановка системы значительно раньше, чем прогнозное время возникновения аварийного останова, является безопасной. Однако такая существенно более ранняя остановка приводит к частым остановкам и, следовательно, с точки зрения экономической эффективности нежелательна. Поэтому период времени Т до следующей плановой остановки системы предпочтительно задают с учетом эксплуатационного состояния каждой из систем.

На фиг.6 иллюстративное отношение между временем работы газовой турбины 2 и результатом измерений устройством 12 измерения смолистого вещества показано как простая линейная функция. Прямая F на фиг.6, которая является линейной функцией, меняется в зависимости от различных факторов (то есть, угол наклона прямой F может меняться). Например, линейная функция меняется в зависимости от нескольких факторов, конфигурации системы газотурбинной электростанции, условий окружающей среды, в которых система эксплуатируется, свойств побочного газа, используемого в качестве топлива для газовой турбины, свойств и условий образования смолистого вещества, материала и свойств поверхности трубопроводов подачи газа и т.п. В некоторых случаях скорость осаждения смолистого вещества со временем изменяется, и тогда функция F принимает иную форму.

Хотя в вышеописанном варианте была показана газотурбинная электростанция, настоящее изобретение ею не ограничивается. Настоящее изобретение может быть адаптировано к газотурбинной системе, не предназначенной для выработки электроэнергии, например к газотурбинной системе, предназначенной для подачи мощности на систему машин. Настоящее изобретение применимо к газовой турбине, имеющей камеру сгорания любого типа. Далее, настоящее изобретение применимо к другим системам приводов, таким как двигатель внутреннего сгорания и бойлер, т.е. не ограничивается газотурбинной системой. Короче говоря, настоящее изобретение применимо к различным системам, в которых используется газообразное топливо, в котором образуется смолистое вещество. Смолистое вещество конкретно не ограничивается смолой оксида азота, но может быть клейким веществом, таким как смола серы. Топливный газ, в котором может образовываться смолистое вещество, не ограничивается коксовым газом. Настоящее изобретение применимо к любым трубопроводам или устройствам, которые обеспечивают прохождение газа, в котором может образовываться клейкое вещество, например технологический газ, основным компонентом которого является С₁ или С₂, сжиженный нефтяной газ, пиролизный газ полученный из биомассы, и т.п. Поскольку некоторые побочные газы, получаемые при перегонке нефти, содержат диены (такие как бутадиен, циклопентадиен и т.п.), NO, O₂ и т.п. и поскольку они создают смолу оксида азота при сжатии, настоящее изобретение применимо и к таким газам.

Во время производства побочного газа в качестве его компонента в газе может присутствовать клейкое вещество, например смола. Такое вещество можно удалять системой очистки, установленной перед каналом подачи газа. Однако, используя простую технологию, например описанный выше вариант, можно прогнозировать возникновение внезапных аварийных остановов турбины и тем самым избегать аварийных остановов без применения такой дорогостоящей системы очистки.

Из вышеприведенного описания очевидно, что в настоящее изобретение можно внести различные изменения и модификации. Поэтому вышеприведенное описание следует толковать как иллюстрацию, которая вместе с приложенными чертежами позволит специалисту реализовать настоящее изобретение. Описанные детали конструкции и функции могут на практике существенно меняться, без выхода за пределы изобретательской идеи. Следует понимать, что такие изменения входят в объем защиты настоящего изобретения.

Промышленная применимость

Устройство мониторинга смолистого вещества по настоящему изобретению позволяет без высоких затрат и легко оценивать и измерять степень налипания и отложения смолистого вещества _, образующегося в топливном газе, на трубопроводы и устройства и, следовательно, полезно в системе сгорания и в подобной системе, в которой смолистые вещества могут образовываться, например, в коксовом газе.