Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường biển việt nam và nhiên liệu đến hiệu suất làm việc của động cơ tuabin khí micor tuabine trên giàn TOPAZ mỏ ruby lô dầu khí 01 và 02 (chuyên ngành khai thác và bào trì t

1 Mục lục MỞ ĐẦU .3 Sự cần thiết việc sử dụng Tuabin Khí Tổng quan phát triển cải tiến kỹ thuật Tuabin khí giới 3 Mục đích đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 4.1 Đối tượng nghiên cứu .6 4.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài Chương TỔNG QUAN VỀ TUABIN KHÍ VÀ TUABIN MINI 1.1 Ứng dụng Turbine khí 1.2 Sự phát triển Turbine mini 1.3 Giới hạn cho hoạt động phát triển Turbine khí .8 1.3.1 Giới hạn mặt khí .8 1.3.2 Giới hạn nhiệt độ hoạt động 1.3.3 Giới hạn phận buồng đốt 1.3.4 Chất lượng hoạt động thiết bị 10 Chương CƠ SỞ KHOA HỌC CHO SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TUABIN KHÍ 13 2.1 Cơ sở lý thuyết tuabin khí 13 2.1.1 Đặc điểm tuabin khí 13 2.1.2 Chu trình Brayton .13 2.1.3 Hiệu suất nhiệt chu trình Brayton 15 2.2 Đặc điểm hiệu suất Tuabin máy nén 17 2.2.1 Hiệu suất Tuabin 17 2.2.2 Hiệu suất máy nén 18 2.3 Các phương pháp nâng cao hiệu suất tuabin khí 19 2.3.1 Tận dụng nhiệt khí thải động Tuabine khí 19 2.3.2 Áp dụng chu trình phức tạp .20 2.3.3 Chu trình kết hợp tuabin khí với tuabin .21 2.4 Ảnh hưởng điều kiện khai thác đến hiệu suất tuabin khí 22 2.4.1 Ảnh hưởng mơi trường đến hoạt động tuabin khí .22 2.4.2 Ảnh hưởng nhiên liệu đến hiệu suất tuabin khí .24 Chương CẤU TẠO CỦA TUABIN KHÍ MINI LOẠI TA-100 25 3.1 Giới thiệu chung 25 Học viên: Vũ Đức Thắng | Luận văn Thạc sĩ - 2014 3.2 Bộ phận máy nén 25 3.3 Bộ phận tuabin 28 3.4 Buồng đốt 30 3.5 Cấu tạo ổ đỡ seal làm kín 33 3.6 Vật liệu cấu tạo .35 3.7 Nhiên liệu sử dụng 37 3.8 Thiết bị thu hồi nhiệt .42 Chương PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG VÀ NHIÊN LIỆU ĐẾN HIỆU SUẤT LÀM VIỆC CỦA TUABIN KHÍ TA-100 LẮP TRÊN GIÀN KHAI THÁC TOPAZ 43 4.1 Tính nghiệm nhiệt tuabin khí TA-100 điều kiện tiêu chuẩn 43 4.1.1 Chọn thông số ban đầu .44 4.1.2 Các thông số tuabin khí điểm đặc trưng .45 4.1.3 Các thơng số đặc trưng q trình .52 4.2 Ảnh hưởng điều kiện mơi trường ngồi khơi Việt Nam đến hiệu suất hoạt động Tuabin Mini hiệu TA-100 lắp dàn khoan Topaz .53 4.2.1 Điều kiện môi trường khai thác 53 4.2.2 Ảnh hưởng độ ẩm khơng khí đến hoạt động tuabin khí TA-100 53 4.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ khơng khí đến hoạt động tuabin khí 55 4.3 Ảnh hưởng nhiên liệu đến hiệu suất làm việc Tuabin khí – Microturbine 56 4.3.1 Đặc tính khí sử dụng giàn khoan Topaz .56 4.3.2 Nhiệt lượng cấp cho tuabin khí TA-100 57 4.3.3 Nhiệt độ sau cấp nhiệt 57 4.3.4 Công sinh tuabin 57 4.3.5 Công sinh chu trình .57 4.3.6 Hiệu suất nhiệt chu trình 57 4.4 Mô trình ảnh hưởng điều kiện khai thác đến hoạt động tuabin khí 58 4.4.1 Giới thiệu chương trình 58 4.4.2 Quá trình làm việc 59 4.4.3 Kết làm việc .60 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 68 Kết luận 68 Kiến nghị .68 Học viên: Vũ Đức Thắng | Luận văn Thạc sĩ - 2014 MỞ ĐẦU Sự cần thiết việc sử dụng Tuabin Khí Động tua bin khí với khối lượng kích thước nhỏ gọn so với loại động công suất khác, có tính động cao, cơng suất lớn ứng dụng rộng rãi trạm phát điện tĩnh nhà máy lọc dầu giàn khoan dầu phương tiện giao thông vận tải Từ xuất nay, động tua bin khí khẳng định tính ưu việt ngày sử dụng rộng rãi Xu hướng tận dụng nguồn lượng khí gas thay cho nhiên liệu lỏng tuabin khí nhằm giảm ô nhiểm môi trường (chủ yếu giảm NOx CO2) Tuy nhiên nay, việc sử dụng khai thác hệ động lực tua bin khí vấn đề mẻ Việt Nam Tổng quan phát triển cải tiến kỹ thuật Tuabin khí giới Vào đầu năm 1791, sáng tạo tuabin John Barber sử dụng cho khí gas lỏng đuợc xem nguồn luợng tiềm tàng cho phát triển sau “Sự phát minh John Barber đuợc xem Turbine khí sử dụng khí từ than đốt, đuợc hịa trộn với khơng khí, nén lại đốt Hỗn hợp sinh lực lớn tác động vào cánh turbine” – theo ý tuởng John Barber, hay lực đẩy Turbine Giovanni Branca vào năm 1629, hay nhà máy khói – “smoke mill” Leonardo De Vinci vào năm 1550 Năm Nguời phát minh Phát minh 130BC Hero of Alexandria Phản ứng Turbine 1550 Leonardo da Vinci, Italy Nhà máy khói (Smoke Mill) 1629 Giovanni Branca, Italy Turbine xung lực (Impulse Steam Học viên: Vũ Đức Thắng | Luận văn Thạc sĩ - 2014 Turbine) 1791 John Barber, England Turbine Turbine khí 1831 William Avery, USA Turbine 1837 M Bresson Turbine 1850 Fernimough, England Turbine khí 1873 Dr Stolze, Germany Turbine khí 1884 Charles A Parsons Phản ứng Turbine khí 1888 Charles G.P de Laval Turbine xung lực kiểu Branca 1894 Armengaud+Lemale, Turbine khí Gas Turbine 1895 George Westinghouse Turbine thẳng 1896 A.C Rateau, France Turbine đa xung 1896 Charles Curtis Turbine phức hợp vận tốc/ Turbine khí 1895 Dr Zoelly, Switzerland Turbine đa xung 1900 F Stolze, Germany Trục máy nén & turbine turbine khí 1901 Charles Lemale Turbine khí 1902 Stanford A Moss, USA Turbine tăng áp/ Turbine khí 1903 A Elling Turbine khí 1903 Armengaud+Lemale Turbine khí 1905 Brown Boveri Turbine khí Học viên: Vũ Đức Thắng | Luận văn Thạc sĩ - 2014 1908 Karavodine Turbine khí với DeLaval Turbine 1908 Holzwarth Turbine khí với máy nén Curtis + Rateau 1930 Frank Whittle, England 1938 Brown Turbine khí phản lực (Jet engine) Boveri— Sản phẩm cho Turbine máy nén Neuchatel, Switzerland đứng Sự phát triển gần Turbine khí phát triển yếu tố quan trọng: − Trình độ tiến luyện kim để tạo kim loại chịu nhiệt tốt điều kiện buồng đốt phận khác − Sự tích lũy tảng nghiên cứu cho động lực học nhiệt động lực học − Sự tận dụng kỹ thuật công nghệ thông tin thiết kế mô cánh turbine, buồng đốt trình làm mát cánh turbine Kết hợp yếu tố để có đuợc tiến thiết kế phận nén (tăng tỉ số nén), thiết kế buồng đốt (thiết bị tái sinh, giảm hàm luợng NOx), thiết kế turbine (cánh rời, phương pháp làm mát) hiệu suất hệ thống Turbine khí sử dụng nhiều lọai nhiên liệu từ lỏng đến khí có trị số gia nhiệt BTU thấp (Britist Thermal Unit), sử dụng đuợc cho than gỗ Đây phát triển quan trọng than nguồn lượng lớn nước Mỹ Một yếu tố khác cho phát triển Turbine khí đơn giản hóa vận hành turbine khí điều khiển tự động thơng qua máy tính Máy tính khơng Bật/Tắt điều khiển Turbine khí thời điểm mà cịn thơng báo tình trạng kỹ thuật hệ thống (diagnostics) đưa dự báo hư hỏng tới (prognostics) Mục đích đề tài − Tuabin khí đưa vào sản xuất khai thác từ nhiều năm trước nhiều quốc gia phát triển giới cịn phổ biến áp dụng Việt Nam Học viên: Vũ Đức Thắng | Luận văn Thạc sĩ - 2014 − Để đánh giá hiệu suất hoạt động Microtuabine TA-100 giàn khai thác Topaz, từ đưa định mức khai thác điện để phù hợp với mức tiêu thụ giàn Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài 4.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài 03 Tuabin khí mini với ký hiệu TA100 nhằm cấp điện tiêu thụ toàn phần cho giàn khai thác Topaz thuộc mỏ Ruby – lơ dầu khí 01&02 ngồi khơi Việt Nam (khu vực gần đảo Phú Quý - tỉnh Bình Thuận) Ba thiết bị thiết kế sản xuất hãng Calnetix, đăng ký độc quyền hãng Capstone với mẫu TA-100, số máy J12848, J12865, J12759 tương ứng với tên gọi tương ứng giàn Topaz MTG-7700, MTG-7710, MTG7720 4.2 Phạm vi nghiên cứu đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ môi trường biển Việt Nam nhiên liệu cơng tác đến hiệu suất hoạt động tuabin khí lắp giàn khai thác Topaz Học viên: Vũ Đức Thắng | Luận văn Thạc sĩ - 2014 Chương TỔNG 1.1 QUAN VỀ TUABIN KHÍ VÀ TUABIN MINI Ứng dụng Turbine khí Turbine khí đuợc ứng dụng cho công nghiệp hàng không mặt đất (trên đất liền biển) Tuabin khí sử dụng cho công nghiệp hàng không công nghiệp dân dụng có nhiều điểm tương đồng có nhiều thay đổi theo thời gian để có phù hợp với đặc điểm chuyên dụng sản xuất điện năng, bơm lai máy nén động máy bay phản lực Sự khác biệt khơng thiết cần xem xét lựa chọn động Thống kê cho thấy có khác biệt loại Tuabin khí, với cơng suất từ 20,000 BHP trở lên khác biệt thiết kế phần cứng lớn Tuabin khí có chu trình đơn phân loại theo nhóm sau: − Tuabin khí cơng suất lớn dạng khung kết cấu (Frame Type Heavy-Duty Gas Turbine): hệ thống có cơng suất phát điện từ 3MW ÷ 480MW với chu trình sinh cơng đơn giản hiệu suất khoảng 30 ÷ 46% − Tuabin khí sử dụng ngành hàng khơng (Aircraft-Derivative Gas Turbines Aeroderivative): tên gọi, cỗ máy phát điện chuyển đổi để phục vụ cho máy bay mặt đất Những động lược bỏ cánh quạt phụ lắp vào tuabin cửa xả Những động có cơng suất từ 2,5 MW ÷ 50 MW với hiệu suất vào khoảng 35 ÷ 45% − Tuabin khí dùng cơng nghiệp (Industrial Type Gas Turbines): có cơng suất thay đổi từ 2,5 ÷ 15 MW Loại tuabin sử dụng nhiều nhà máy lọc dầu Hiệu suất thấp 30% − Tuabin khí cỡ nhỏ (Small Gas Turbine): loại Tuabin khí có cơng suất khoảng 0,5 ÷ 2,5 MW, thường có loại máy nén ly tâm tuabin hướng tâm có hiệu suất chu trình đơn giản dao động khoảng 15 ÷ 25% Học viên: Vũ Đức Thắng | Luận văn Thạc sĩ - 2014 − Tuabin khí cỡ mini (Microturbine): loại tuabin có cơng suất dao động từ 20 ÷ 350 kW Sự phát triển nhanh chóng loại tuabin khỏang từ năm 1990 có phát triển đột biến thị trường lượng 1.2 Sự phát triển Turbine mini Các động có cơng suất nhỏ 350 kW xem tuabin mini Các động thường sử dụng nhiên liệu dầu diesel khí gas tự nhiên sử dụng kỹ thuật phát triển sẵn có Các loại Tuabin Mini (Microturbine) loại động hướng kính (axial flow) ly tâm- hướng tâm (centrifugal-radial inflow) Chi phí ban đầu, hiệu suất, khí thải yếu tố lựa chọn hàng đầu thiết kế Các microturbine thành cơng có kích thước nhỏ gọn, chi phí sản xuất thấp, hiệu suất cao, độ ồn vận hành thấp, khởi động nhanh, lượng khí thải có hàm lượng thấp Nếu đạt yếu tố giúp cho Tuabin Mini đánh giá cao việc cung cấp lượng tới chuỗi khách hàng tiềm Các Tuabin Mini động bao gồm kỹ thuật phát triển Các Tuabin Mini thị trường có dải cơng suất khỏang 20 ÷ 350 kW, sử dụng tuabin hướng tâm máy nén Để nâng cao hiệu suất nhiệt thiết bị tái hồi lượng thiết kế sử dụng microturbine, kết hợp với phận làm mát hấp thụ, hay tải nhiệt hiệu suất cao khác trưng dụng 1.3 Giới hạn cho hoạt động phát triển Turbine khí 1.3.1 Giới hạn mặt khí Khi động dần tăng hiệu suất kích cỡ, có nhiều khó khăn thiết kế vật liệu tăng tải lên thành phần thiết bị Các nhà sản xuất hướng tới việc lắp đặt giảm thiểu ổ đỡ rotor, tăng hiệu suất lên rotor phụ kiện, điều dẫn đến vấn đề nứt ứng suất, chà xát vặn xoắn Những vấn đề dẫn đến hư hỏng tốn nhiều thời gian ngừng thiết bị để sửa chữa Học viên: Vũ Đức Thắng | Luận văn Thạc sĩ - 2014 Trong tất trường hợp có thay đổi thiết kế chỉnh sửa bù cho thiếu sót dẫn đến việc ngưng lâu thiết bị, tăng cường kiểm tra làm giảm công suất Minh chứng điển hình hư hỏng lớn nhà máy lượng Mỹ vào năm 1995 cánh tuabin có lỗi hư hỏng Tầng cánh phía tuabin bị bung dẫn đến cân phá hủy động Những thiết bị phụ xung quanh hư hỏng làm cho thiệt hại lên đến 42 triệu USD thời gian ngưng trệ sản xuất thiệt hại 11 triệu USD Một thiệt hại khác Mỹ vào năm 2000 nhà máy nứt khung máy nén Vết nứt dẫn đến hư hỏng lớp vỏ làm phá hủy hoàn toàn động 1.3.2 Giới hạn nhiệt độ hoạt động Tác động việc nhiệt độ đánh lửa dẫn đến nhu cầu sử dụng hợp kim tốt nhất, lớp bảo vệ nhiệt, kỹ thuật làm mát Các nhà sản xuất tính đến vấn đề liên quan đến kỹ thuật từ phạm vi hư hỏng lớp bảo vệ cách nhiệt thiết bị kèm đến cánh tản nhiệt không đạt hiệu suất tốt dẫn đến ứng suất nhiệt Những lỗi đuợc thiết kế lại nâng cấp nhiều thiết bị Đã có nhiều trường hợp hư hỏng lớp bảo vệ nhiệt tồn giới có lẽ trường hợp nghiêm trọng Chile 1998 Đó trường hợp miếng bảo vệ cách nhiệt bong với sản phẩm cháy qua phần turbine Miếng lót bị kẹt phận hút đầu vào làm tắc nghẽn làm tăng áp suất đầu vào, bất ngờ bắn vào phần turbine làm hư hỏng toàn phần rotor Chi phí sửa chửa lên đến 2.3 tỉ USD làm ngừng trệ thời gian sản xuất nhà máy thời gian dài 1.3.3 Giới hạn phận buồng đốt Với xu hướng làm giảm lượng khí xả, tất turbine gas có đặc điểm thải lượng NOx thấp hay loại phận đốt thải khí xả thấp Những điều cho thấy phận đốt có cải tiến nhà sản xuất nhằm tách xa với mức điều khiển khí xả truyền thống mắc tiền phun nuớc Học viên: Vũ Đức Thắng | Luận văn Thạc sĩ - 2014 10 Vài nhà sản xuất hàng đầu thấy đuợc cố buồng đốt, hay tượng cháy mạnh Đó rung động phát âm lớn lửa không ổn định khu vực cháy buồng đốt Do cháy mạnh buồng đốt (Burner Humming) triệu chứng thông thường, mà dẫn đến phá hủy lớn kết rung động mức Nhiều cải tiến đuợc thực lỗi chưa thực hết vài thiết bị đề tài nghiên cứu Tại nhiều nhà máy Mỹ, Canada Nam Mỹ, có nhiều cố nghiêm trọng kết nứt phần chuyển tiếp buồng đốt, nguyên nhân tạo nên rung động có cháy mạnh buồng đốt Những vết nứt dẫn đến tình trạng tách rời phần phần chuyển tiếp, sau vào sản phẩm cháy qua phần turbine gây hậu nghiêm trọng Sửa chửa phát sinh từ 100,000 USD đến 1,000,000 USD tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng hư hỏng, vật tư có sẵn thời gian ngưng trệ nhà máy 1.3.4 Chất lượng hoạt động thiết bị 1.3.4.1Vấn đề quy trình vận hành thiết bị Vận hành thiết bị vấn đề quan trọng Đã có nhiều cố xảy quy trình vận hành dẫn đến lỗi kết nối thiết bị buớc quan trọng bị bỏ qua Van khí làm mát bị để trạng thái không sau họat động bảo trì, hệ thống bơi trơn bị tách rời khỏi họat động trước khởi động buớc kiểm tra trước khởi động thực không Tất vấn đề tưởng chừng nhỏ, cần khoảng thời gian ngắn chạy turbine với tốc độ cao mà có khơng bơi trơn phá hủy bề mặt ổ đỡ nhiệt thiết bị khó luờng trước Sự liên kết bên turbine gas mỏng manh so với tốc độ hoạt động Tình trạng cần thiết nhằm hạn chế hư hỏng cho phần cánh, phần đốt phần bên trong, vật lạ nhỏ gây thảm họa lớn Một dẫn chứng cho cố gây mảnh vụn vào turbine qua đuờng không khí vào năm 1998 nhà máy điện Đức Khói bụi bê-tơng khơng khí vào nhà máy turbine khí bị mắc nghẽn hệ thống cánh tản nhiệt Các cánh Học viên: Vũ Đức Thắng | Luận văn Thạc sĩ - 2014 GAS SAMPLE PC VIETNAM LIMITED RESULT I GAS ON RUBY-II Sample Number HL/13/138 Sample name Natural Gas Sample point Ruby-B gaslift trunkline transmitter 10 April 2013 Taking day 8:00AM Time No ITEM METHOD UNIT RESULT Compositions: Methane 72.1834 Ethane 13.9976 Propane 8.0488 iso-Butane 1.5849 n-Butane 2.0301 neo-Pentane 0.0122 iso-Pentane n-Pentane ASTM D5134 % mol 0.5201 0.4153 C6 0.2870 C7 0.1785 C8 0.0697 C9 0.0109 C10 0.0022 n-undecane 0.0004 n-dodecane % mol 0.0001 0.5410 % mol 0.0000 Nitrogene Oxygen ASTM D 1945 GAS SAMPLE PC VIETNAM LIMITED Helium % mol 0.0000 Carbon dioxide % mol 0.1180 Carbon monoxide % mol 0.0000 Hydrogen % mol 0.0000 10 Cl- content DET ppm 80% - Coal bed methane - Digester gas - LPG - Landfill gas - Diesel - Bio Diesel - Kerosene based - Naptha TABLE 4.2 TA100 PERFORMANCE CAPABILITIES FUEL OPTIONS Power Net Efficiency Fuel burn Fuel burn PWE EOVE WFT WFT (kW) kW BTU/hr 25.00 10.7% 233.6 797742 50.00 19.4% 257.7 880043 75.00 25.6% 293.0 1000593 TABLE 4.3 TA100 PART POWER PERFORMANCE CAPABILITIES 4.2 INSTALLATION ANALYSIS 4.2.1 COGENERATION Cogeneration (sometimes referred to as CHP) is the simultaneous generation of electrical and thermal energy where both forms of energy are put to productive PROPRIETARY INFORMATION © 2011 Capstone Turbine Corporation 30 MG100 Rev C TA100 Microturbine Operation Recuperator Engine inlet air to Compressor Air is compressed by Impeller (heat of compression temperature increase) Compressed air is sent to Recuperator Duct directs compressed air into Recuperator Recuperator heats the compressed air using turbine exhaust energy Compressed and now heated air is directed towards Combustion Chamber Heated Air is mixed in the Combustion Chamber with natural gas and ignited in the combustion phase Exhaust from combustion process is directed through radial turbine powering rotation of alternator and generating electrical power output Exhaust from turbine is passed to the Recuperator to heat the Compressor exhaust air Turbine 10 Exhaust exits the Recuperator 10 Exhaust Compressor Ceramic Ball Bearing Journal Bearing 8 Power Output to Inverter/Rectifier Updated 8/2008 PROPRIETARY INFORMATION Oil Cooled Alternator Engine Air Inlet To Compressor Combustion Chamber Recuperator Base 39 December 7, 2009 TA100 Offshore Installation, Operation, and Maintenance Manual with a newly overhauled engine every 48000 hours, or at the year interval procedures required to perform the maintenance are documented below Actual Interval (Run Hours / Months) Est Task 4,000 / Time (Man-Hrs) Quarterly Maintenance Task Visual Inspection Mist Elimination Air Filters 0.5 Inspect 0.5 Clean 6,000 / 8,000 / 12,000 / 16,000 / 12 18 24 X X X 18,000 / 27 X 20,000 / 24,000 / 30 36 X X Fuel Filter 0.5 X X X Igniter 0.5 X X X Buffer Air Line Purge/Clean 0.5 X X X Oil Demister Filter 0.5 X X X Battery Replacement 0.5 X X Fuel Control Valves 0.5 X X EGT Thermocouples 0.5 X Engine Inlet Air Temperature Sensor 0.5 X Fuel Injectors Combustion Liner Engine / Oil Tank Assembly X Inspect X X Inspect Inspect X Inspect X = Replace (1) More frequent filter changes may be required dependent on environment and application Filters may be cleaned and re-used as part of a rotable pool (2) Requires use of borescope (3) Fuel Injectors recommended to be replaced when Combustion Liner is replaced (4) Engine / Oil Tank Assembly replacement is recommended at the 48,000 hour or 72 month interval TABLE 7.1 TA100 OFFSHORE PERIODIC MAINTENANCE SCHEDULE 7.3 MAINTENANCE ITEMS 7.3.1 MIST ELIMINATION AIR FILTERS There are four (4) mist elimination air filters installed in the purge hood of the TA100 Offshore Two are for the enclosure / power electronics cooling air and two are for the engine air These filters should be cleaned quarterly to prevent clogging and replaced at least every 4,000 hours, and more often if necessary dependent upon environment conditions The mist elimination filters are specifically designed to prevent salt mist (and contaminants) from entering the engine inlet or the enclosure / electronics The system should always have these filters in place (unless the system is in storage and an impermeable cover is in place of the filters to prevent air from entering the system) 97 CPS CONFIDENTIAL INFORMATION Copyright 2009 CPS MAN0055 RevG TA100 MASTER GUIDE The TA100 system has no problem powering motors, however due to large inrush currents on some motors, it is highly recommended that motors over 20 or 25 kW have Variable Frequency Drives (VFD’s) installed on them to eliminate large inrush currents 4.8 TA100 SITE PERFORMANCE EFFECTS 4.8.1 Inlet temperature effects on Output power Any turbine system that has a physical temperature limit somewhere in the system is designed to some rating point condition and above that condition will typically ‘derate’ performance This is due to the fact that a turbine is a delta energy state machine This means that if you increase the inlet temperature to the turbine, the temperatures throughout the turbine and the exhaust proportionally increase at the same output load If there is a physical limit at one of these temperatures, at some level of increasing temperature, the output load must be reduced at a rate so as to not exceed the limit This is referred to as ‘derate’ 4.8.1.1 TA100 Recuperated Monogen The net system output of the unit will be 105 kW If the system is ordered with the optional integral Gas Boost Compressor then the system net output power is 100 kW The nominal derate slope for the TA100 cycle is 0.7 kW decrease per 1° F increase in inlet temperature above the theta break Figure 4.3 depicts the standard TA100 for net output power either with or without the internal GBC parasitic load Table 4.17 shows the numerical values for this derate as a function of inlet temperature Sea Level with GBC Ambient Temperatures -28.9 -20 -23.3 -10 -17.8 -12.2 10 -6.7 20 -3.9 25 -1.1 30 1.7 35 4.4 40 7.2 45 10.0 50 12.8 55 15.6 60 Net Power Gross Efficiency Stack Temp (kW) (%) (°F) 100 26.9% 489 100 27.0% 500 100 27.1% 510 100 27.2% 521 100 27.3% 532 100 27.4% 538 100 27.5% 543 100 27.6% 548 100 27.6% 553 100 27.7% 559 100 27.8% 564 100 27.9% 570 100 28.0% 575 Exhaust Mass Flow Rate (lbm/s) 2.12 2.09 2.05 2.02 1.99 1.97 1.95 1.94 1.92 1.90 1.88 1.87 1.85 PROPRIETARY INFORMATION © 2011 Capstone Turbine Corporation 51 MG100 Rev C TA100 MASTER GUIDE 18.3 65 100 28.1% 578 1.84 21.1 70 100 28.1% 580 1.82 23.9 75 96.5 27.6% 583 1.81 26.7 80 93 27.1% 585 1.79 32.2 90 86 26.1% 590 1.76 37.8 100 79 25.1% 595 1.73 43.3 110 72 24.0% 600 1.70 48.9 120 65 22.9% 605 1.67 °C °F TABLE 4.17 TA100 STANDARD SYSTEM SEA LEVEL NET OUTPUT FIGURE 4.3 TA100 STANDARD SYSTEM SEA LEVEL NET OUTPUT 4.8.2 Altitude effects on Output power PROPRIETARY INFORMATION © 2011 Capstone Turbine Corporation 52 MG100 Rev C TA100 Natural Gas Robust power system achieves ultra-low emissions and reliable electricity from natural gas • Versatile applications in grid-connect, stand alone, or multiple unit arrays • Fully-integrated CHP models available • 100% step loading during operation • Modular design affords configuration flexibility and maximizes balance of thermal and electrical needs • Capable of performing for extended periods without the need for a costly shutdown to perform maintenance • Internal fuel gas compressor available for low fuel pressure natural gas applications TA100 Electrical Performance(1) High Pressure Onboard Gas Compressor Option Electrical Power Output 105kW 100kW Voltage 400 – 480 VAC 400 – 480 VAC Electrical Service wire wire Frequency 50 / 60 Hz System Net Output Current 200A RMS per phase 200A RMS per phase(2) 300A RMS neutral 300A RMS neutral Maximum Block Loading 100% 100% Electrical Efficiency LHV 29.5% 28% Fuel/Engine Characteristics(1) High Pressure Natural Gas HHV 36.4 – 44.6 MJ/m (976 –1195 BTU/scf) 36.4 – 44.6 MJ/m3 (976 –1195 BTU/scf) Inlet Pressure(3) 551– 655 kPa gauge (80 – 95 psig) 1.4 – 34.5 kPa gauge (0.2 – psig) Fuel Flow HHV 1,386 MJ/hr (1,314,500 BTU/hr) 1,386 MJ/hr (1,314,500 BTU/hr) Heat Rate LHV 11,380 BTU/kWh 11,950 BTU/kWh Exhaust Characteristics(1) High Pressure Onboard Gas Compressor Option Exhaust Gas Flow 0.84 kg/s (1.85 lbm/s) 0.84 kg/s (1.85 lbm/s) Exhaust Gas Temperature 302˚C (575˚F) 302˚C (575˚F) 50 /60 Hz (2) Onboard Gas Compressor Option Reliable power when and where you need it Clean and simple TA100 ICHP Heat Recovery (Optional)(4) Integrated Heat Recovery Module Type Copper Core Hot Water Heat Recovery 180kW (614,000 BTU/hr) Rated Water Outlet Temperature 60˚C (140˚F) Rated Water Flow 60 GPM (3.8 l/s) Total System Efficiency, LHV 80% Dimensions & Weight(5) Width x Depth x Height(6) 0.85 x 3.00 x 2.30 m (33.10 x 118.10 x 88.60 in) Weight 2,040 kg (4500 lb) Minimum Clearance Requirements(7) Vertical Clearance 0.55 m (21 in) Horizontal Clearance Left & Right 0.81 m (32 in) Front 1.08 m (42 in) Rear 1.32 m (52 in) Sound Levels Acoustic Emissions at Full Load Power Nominal at 10 m (33 ft) 62 dBA 120 32% 100 30% 80 28% Power 60 26% Efficiency Net Power with Gas Compressor 40 24% Efficiency with Gas Compressor 20 22% 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Inlet Temperature (DegF) (1) Nominal full power performance at ISO conditions: 59˚F, 14.696 psia, 60% RH (2) With linear load (3) Inlet pressure for standard natural gas at 39.4 MJ/Nm3 (1,000 BTU/scf) (HHV) (4) Heat recovery with water inlet temperature of 38˚C (100˚F) (5) Approximate dimensions and weight (6) Height dimensions are to the top of the air inlet hood (7) Clearance requirements may increase due to local code considerations Specifications are not warranted and are subject to change without notice 21211 Nordhoff Street • Chatsworth • CA • 91311 • 866.422.7786 • 818.734.5300 • www.capstoneturbine.com ©2011 Capstone Turbine Corporation P0911 TA100 Data Sheet CAP169 | Capstone P/N 331064A 110 20% 120 Net Efficiency [%] Net Power [kW] TA100 Net Power & Efficiency vs Ambient Temperature at Sea Level ... nhi? ?t .42 Chương PHÂN T? ?CH ẢNH HƯỞNG CỦA NHI? ?T ĐỘ MÔI TRƯỜNG VÀ NHIÊN LIỆU ĐẾN HIỆU SU? ?T LÀM VIỆC CỦA TUABIN KHÍ TA-100 LẮP TRÊN GIÀN KHAI THÁC TOPAZ 43 4.1 T? ?nh nghiệm nhi? ?t tuabin. .. q trình khai thác hệ thống tuabin khí 2.4.1. 1Nhi? ?t độ môi trường khai thác Hiệu su? ?t công su? ?t đơn vị tuabin khí phụ thuộc nhiều vào t? ?? số nhi? ?t độ ?= @ @ Mặc khác ta có cơng thức t? ?nh cơng su? ?t. .. đổi cơng su? ?t hiệu su? ?t tuabin khí Mức độ t? ?ng cao độ lắp đ? ?t thi? ?t bị Tuabin ảnh hưởng đến công su? ?t ph? ?t tuabin khí, cao độ t? ?ng m? ?t độ khơng khí giảm 2.4.1. 3Độ ẩm mơi trường khai thác Mức độ