Точность измерения - в основе совершенствования ГТУ

Решение экологических проблем, связанных со снижением выбросов вредных веществ в выхлопных газах газотурбинных установок,  - актуальная задача, стоящая перед специалистами ОАО «Авиадвигатель». Основное направление работы - создание малоэмиссионной камеры сгорания, обеспечивающей снижение выбросов оксидов азота  NOx  и достижение к 2009 году уровня эмиссии по NOx не более 50 мг/м3. Объем запланированных научно-исследовательских работ широк, и не последнюю роль в их реализации играет экспериментальная измерительная база, современная, точная газоаналитическая аппаратура.

Старые технологии измерения концентраций вредных веществ в выхлопных газах газотурбинных двигателей (ГТД) предполагали использование метода отбора проб отработанного газа во время проведения испытаний в промежуточные стеклянные колбы с последующим проведением анализов в химической лаборатории. Это длительный и трудоемкий процесс: колбы выдерживали в течение суток, периодически встряхивали, затем методами аналитической химии или хроматографии определяли величины концентраций вредных веществ в выхлопных газах. Позднее измерения стали проводить с помощью портативных газоанализаторов с электрохимическими ячейками, которые позволяют оперативно, в ходе испытания получать информацию по составу выхлопного газа, так как выполняется одновременное измерение до 5-7 компонентов выхлопного газа (СО, NO, NO2, O2, CO2, SO2, H2S). Но, к сожалению, электрохимический метод измерения не рекомендован международными стандартами для выполнения измерений выбросов вредных веществ газотурбинных установок (ГТУ) из-за явления перекрестного влияния и недостаточно высокой точности измерений.

Измерения экологических параметров
газотурбинного двигателя

В 2000 году наше предприятие получило экологическую лабораторию СЕМ-1 производства фирмы «PPM SYSTEMS» (Финляндия). Газоаналитическая аппаратура, входящая в ее состав, соответствует по своим техническим характеристикам требованиям стандарта ГОСТ Р ИСО 11042-12001 «Установки газотурбинные.
Методы определения выбросов вредных веществ». Многие из применяемых газоанализаторов уникальны по своим техническим характеристикам, обеспечивают высокую точность измерений.

В состав измерительного комплекса лаборатории входят:

  • хемилюминесцентный газоанализатор для измерения содержания оксидов азота NOx (NO, NO2) (производства США);
  • инфракрасный газоанализатор для измерения концентраций оксидов углерода СО (производства США);
  • инфракрасный газоанализатор для измерения концентраций углекислого газа СО2 с электрохимической ячейкой для измерения концентраций кислорода (производства Финляндии);
  • плазменно-ионизационный газоанализатор для анализа несгоревших углеводородов (производства Италии)
  • другое вспомогательное оборудование.

Сегодня немногие предприятия России обладают аппаратурой такого класса. В отделении измерительной техники и метрологии было создано специализированное подразделение для выполнения измерений эмиссии газообразных веществ (сектор ИЭГВ). Поскольку лаборатория была снабжена непрофильным для «Авиадвигателя» оборудованием, коллективом отделения было приложено немало сил и средств для подготовки и обучения специалистов, освоения оборудования и дооснащения лаборатории, чтобы измерительный комплекс отвечал требованиям нашего производства.

Имеющееся в секторе гигрометрическое оборудование позволяет выполнять измерения точки росы газообразного аргона и инструментального воздуха. Так как все испытательные стенды нашего предприятия оборудованы информационно-измерительными системами, регистрирующими параметры двигателя во время проведения испытаний на стендах, нашими специалистами решается задача автоматизации процесса измерения эмиссионных характеристик и передачи измеренных экологических параметров в общую информационную систему.

В настоящее время работы по измерению концентрации выбросов загрязняющих веществ ГТД и его узлов выполняет сектор ИЭГВ отдела автоматизированных информационно-измерительных систем.

Аппаратура «PPM SYSTEMS» применяется при проведении приемо-сдаточных испытаний, для контрольных измерений на действующих промышленных ГТУ, а так же при проведении экспериментальных работ на испытательных стендах ОАО «Авиадвигатель». На испытательном стенде ОАО «Протон-ПМ» регулярно проводятся контрольные измерения выбросов вредных веществ на каждом десятом двигателе. Данные, полученные в ходе проведения испытаний, после обработки и расчетов в конструкторском отделе камер сгорания передаются для заполнения формуляра двигателя. Работниками сектора проводились измерения эмиссионных характеристик действующих ГТУ на многих компрессорных станциях в России: «Пермской», «Смоленской», «Игринской», «Ставропольской», «Горнозаводской», «Вуктыльской», «Краснодарской» и др.

Помимо измерительного уже созданного и эксплуатирующегося оборудования ведется широкая научно-исследовательская работа в перспективном направлении создания малоэмиссионной камеры сгорания. В частности, применяются различные технологии: каталитическое горение, впрыск воды (пара), «бедное», «богато-бедное» горение и др. Сложность и высокая степень взаимосвязи процессов, протекающих в камере сгорания, приводят к тому, что для точной оценки технического решения в конструкции камеры сгорания требуется проведение реального эксперимента и выполнение измерений концентраций компонентов выхлопных газов. Точно выполненные измерения помогают конструкторам искать правильный путь решения проблем, приближаясь к заявленному уровню эмиссии по NОx.

Для полного обеспечения научно-исследовательских работ современной экспериментальной базой на нашем предприятии запланировано приобретение нового газоаналитического и вспомогательного оборудования, покупка передвижной газоаналитической лаборатории на базе автомобиля «Соболь», оборудование стационарных газоаналитических лабораторий на базе испытательных стендов КБ.

В связи с увеличением объемов работ сектора на стендах в ОАО «Авиадвигатель» и на испытательном стенде ОАО «Протон-ПМ» планируется приобретение новой газоаналитической аппаратуры для измерения эмиссионных параметров при проведении приемо-сдаточных испытаний и создание собственной группы для выполнения измерений на каждой ГТУ. Отдел автоматизированных информационно-измерительных систем ОАО «Авиадвигатель» поможет осуществлению данного проекта в подборе оборудования, в подготовке и обучении персонала, разработке методик выполнения измерений.

Так как проведение экологических измерений находится в сфере распространения государственного метрологического контроля и надзора, все используемые средства измерений внесены в Государственный реестр средств измерений РФ, периодически проходят поверку метрологических характеристик в аккредитованных государственных учреждениях, имеют соответствующие действующие свидетельства о поверке.

Сектор ИЭГВ отдела автоматизированных информационно-измерительных систем проходит периодическую аккредитацию в Пермском областном комитете по охране природы и Пермском центре стандартизации и метрологии на право выполнения измерений промышленных выбросов в атмосферу по следующим показателям: NO, NО2, CO, CО2, O2 и подтверждает наличие условий, необходимых для выполнения измерений в закрепленной области деятельности.

Андрей БЕССЧЕТНОВ
Начальник отдела автоматизированных информационно-измерительных систем ОАО «Авиадвигатель»

 

Ирина МЕЛУЗОВА
Начальник сектора измерения эмиссии газообразных веществ отдела автоматизированных информационно-измерительных систем ОАО «Авиадвигатель»