3.3. Основное и вспомогательное оборудование компрессорных станций

Основным оборудованием на КС являются ГПА, которые мо­гут быть поршневого или центробежного типа. Приводом поршне­вых компрессоров являются газовые двига-тели, выполненные, как правило, в одном блоке с компрессором. Такой агрегат получил на­звание газомотокомпрессора. Центробежные машины для пере­качки газа - нагнетатели - могут иметь привод от газотурбинных установок (ГТУ) или от электродвигателей.

При малых подачах газа (до 5000 млн. м³/год) в свое время наи­более широкое применение нашли газомотокомпрессоры, мощ­ность которых достигла 5500 кВт. При больших подачах газа используют центробежные нагнетатели с приводом от электродви-гателя или от ГТУ, мощность которых достигает 12500 и 25000 кВт со­ответственно.

При выборе типа ГПА учитывают их технико-экономические показатели в зависи-мости от типа нагнетателей и характеристики привода. Многочисленные исследования эффективности приме­нения различных видов привода центробежных нагнетателей пока-зали наибольшую экономичность газотурбинного привода. Од­нако в некоторых случаях, например при небольших расстояниях между КС и источником электроэнергии (30 -50 км), электропри­вод является конкурентоспособным. Так, достаточно большое ко­личество КС в Европейской части России оборудовано электро­приводом. Однако большинство КС в России (и практически на всей территории бывшего Советского Союза), с учетом их уда­ленности от линий электропередач, оборудуют ГПА, состоящими из центробежных нагнетателей с приводом от ГТУ.

3.3.1. Компрессорные станции с поршневыми гпа

При проектировании КС с поршневыми компрессорами в первую очередь опреде-ляют тип и количество агрегатов, необхо­димых для транспорта заданного объема газа. При выборе типа ма­шин предпочтение отдают агрегатам, количество которых состав­ляет 6 — 10, что обеспечивает достаточную гибкость работы КС при изменениях режима пода-чи газа и не влечет за собой услож­нения компрессорного цеха.

Поршневой ГПА (ПГПА) представляет собой агрегат, состоя­щий из газового двига-теля и поршневого компрессора, соединен­ных общим коленчатым валом (газомотокомп-рессор ГМК) или муфтой (спаренные ПГПА).

Современные ПГПА имеют ряд особенностей, обеспечиваю­щих целесообразное их использование в различных областях газо­вой, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. В указанных агрегатах степень повышения давления можно изме­нять в пределах от 1,15 до 3,0 и более при 100 %-ной загрузке при­вода и практически неизмен-ном КПД Эта особенность ПГПА дела­ет их весьма эффективными не только при наиболее экономичных для современных магистральных газопроводов степенях повыше­ния давле-ния 1,35 -1,5, но и на КС, работающих при изменении степени повышения давления в более широких пределах,— дожимных и головных КС, узловых КС перед газопроводами-отво­дами с большой неравномерностью газопотребления и др. Кроме того, при использо-вании этих агрегатов обеспечивается возмож­ность в широких пределах изменять шаг между КС на магистраль­ных газопроводах.

Эксплуатация ПГПА характеризуется высокой эффективно­стью: адиабатический КПД современных поршневых компрессо­ров ПГПА составляет 86 - 88 %. Приводной двигатель ПГПА имеет высокий КПД, значительно превышающий КПД остальных при­меняемых на газопроводах агрегатов. КПД современных газовых поршневых двигателей при работе на номинальном режиме со­ставляет 0,37 - 0,38 и в отдельных моделях доходит до 0,40 - 0,42. Перечисленные особенности рабочего процесса современных ПГПА позво-ляют обеспечить значительную экономию топливного газа при их использовании на КС вместо других типов ГПА. Газо­вые двигатели современных ПГПА при низких темпера-турах ок­ружающего воздуха могут неограниченное время развивать мощ­ность, превыша-ющую на 20 — 25 % значения, соответствующие летнему периоду с высокими темпера-турами наружного воздуха; компрессорная часть агрегатов позволяет без каких-либо переде­лок реализовать это повышение мощности и увеличить произво­дительность агрега-тов.

Как и все поршневые компрессоры, ПГПА обеспечивают сте­пень повышения дав-ления в одной ступени до 3 и более, что позво­ляет достигать требуемого повышения дав-ления с минимальным числом ступеней сжатия. Соответственно упрощается технологи­ческая обвязка ГПА, системы управления и регулирования и др.

На большинстве объектов газовой промышленности необхо­димое повышение дав-ления при использовании ПГПА может быть обеспечено сжатием газа в одной ступени. На КС газопроводов ПГПА работают параллельно, что позволяет наращивать мощность КС в соответствии с необходимым увеличением пропускной спо­собности газопровода и повышает надежность работы.

Запуск и загрузка ПГПА требуют относительно небольшого времени (до 10 мин), что обеспечивает оперативность управления ими.

Вместе с тем ПГПА отличаются относительно большой массой и габаритами, а их применение связано с большими капиталовло­жениями (как на сам ГПА, так и на здания, фундаменты). Для нор­мальной работы ПГПА требуется значительное количество сма­зочного масла.

Цикличность подачи газа поршневыми компрессорами приво­дит иногда к пульса-циям давления газа и вибрациям технологиче­ских трубопроводов и ГПА, для предотвра-щения которых необхо­димы специальные мероприятия.

Особенности ПГПА обусловили следующие основные области их применения: головные и линейные КС магистральных газопро­водов и их отводов; дожимные КС газо-вых месторождений; закач­ка (отбор) газа в (из) ПХГ; сбор и транспорт попутных газов; сжа­тие газа на газоперерабатывающих, нефтеперерабатывающих, химических и других заводах; закачка газа в пласт на газоконденсатных и нефтяных месторождениях; сжатие хладоагента в холо­дильных установках (при низкотемпературной сепарации газа и др.). Кроме того, современные ПГПА могут применяться на са­мых разнообразных объектах: на химических комбинатах по про­изводству аммиака, для закачки выхлопных газов двига-телей в пласт, для перекачки по трубопроводам углекислого газа и др.

В настоящее время отечественная промышленность выпуска­ет ПГПА агрегатной мощностью от 440 до 5500 кВт (табл. 3.1).

Основной машиной на первых КС отечественных газопрово­дов был газомотокомп-рессор 10ГК-1 номинальной мощностью 736 кВт (1000л. с.), выпускаемый заводом "Двигатель революции". Газомотокомпрессор представляет собой агрегат, состоящий из компрессора и газового двигателя внутреннего сгорания. Двига­тель и компрессор смонти-рованы на общей фундаментной раме. Коленчатый вал у них общий. Двигатель газомото-компрессора 10ГК-1 двухтактный, 10-цилиндровый. Силовые цилиндры распо­ложены в вертикальной плоскости V-образно в два ряда под углом 60 ° между осями цилиндров. Номинальное число оборотов 300 об/мин. При сгорании топливного газа в его цилиндрах выде­ляется тепловая энергия, которая преобразуется в механическую. Эта работа приво-дит в движение поршни компрессорных цилинд­ров, служащих для сжатия природного газа, транспортируемого по газопроводу. Весь рабочий цикл: сжатие поданного воздуха, сгорание топливного газа и расширение образующихся при сгора­нии газов, выпуск (выхлоп) и продувка цилиндра совершается за один оборот коленчатого вала или за два хода поршня. Ком­прессорные цилиндры расположены горизонтально. Число цилин­дров - три. Механический КПД равен 0,95. При расчетном режи­ме работы (n = 300 об/мин, р_вс = 2,5 МПа, р_н = 5,5 МПа) подача газомотокомпрессора достигает 0,6 млн. м³/сут. Регулирование производительности осуществляется изменением объема вредно­го прост-ранства (при закрытой регулировочной полости объем вредного пространства составляет 8,7 %, а при открытой — 30 — 35%).

На базе 10ГК-1 с 1953 г. стали выпускать и применять газомотокомпрессор 10ГКН мощностью 1100 кВт и с подачей газа до 0,8 млн. м³/сут. Повышение мощности было достигнуто за счет использования наддува, т. е. заполнения рабочих цилиндров двига­теля воздухом под более высоким избыточным давлением.

На некоторых КС применяли газомотокомпрессоры марки МК-8 и МК-10, мощ-ность которых соответственно составляла 2210 и 2500 кВт.

По сравнению с газомотокомпрессорами 10ГК и 10ГКН газо­мотокомпрессоры МК8 имеют повышенную агрегатную мощ­ность, более высокие КПД как силовой, так и комп-рессорной час­ти. Эти ГМК способны работать с высокими КПД в широком диа­пазоне степеней повышения давления, полностью автоматизиро­ваны и приспособлены для управления с диспетчерского пункта станции.

Газомотокомпрессор МК8 (рис. 3.3) представляет собой стацио­нарный агрегат, состоящий из 8-цилиндрового рядного двухтакт­ного газового двигателя и 4-цилиндрового горизонтального порш­невого компрессора двойного действия, смонтированных под пря­мым углом на фундаментной раме с общим коленчатым валом. Технические данные ГМК МК8 приведены в табл. 3.2.

В отличие от ГМК марки 10ГК на ГМК МК8 цилиндры двигате­ля объединены единым блоком. Блок цилиндров, имеющий форму параллелепипеда, отлит из чугуна и разделен поперечными пере­городками на восемь отсеков, в которых располагаются втул-ки ци­линдров. На верхней части блока со стороны компрессорных ци­линдров расположен картер распределительного вала. Полости под распределительным валом образуют реси-вер продувочного воздуха. С противоположной стороны блока у каждого цилиндра отли-ты патрубки для отвода газов в прикрепленный к блоку вы­пускной коллектор.

Поршень двигателя — составной, охлаждаемый маслом. Го­ловка поршня, юбка и расположенная в ней вставка с пальцем стя­гиваются четырьмя шпильками, ввернутыми во фланец головки.

Рис. 3.3. Поперечный разрез ГМК МК 8:

1. коленчатый вал; 2- водяной насос; 3- поршень двигателя; 4- выпускной коллектор;

5- газовыпускной клапан; 6- распределительный вал; 7- охладитель надувочного воздуха; 8- турбонагнетатель; 9- регулятор производительности; 10- поршень компрессора; 11- шток; 12- сальник; 13- крейцкопф

Марка ГПА	Мощ-ность, кВт	Частота вращения вала, об/мин	Число цилиндров двигателя	Наибольшее число цилиндров компрессора	КПД двигателя	Модификация
						Давление, МПа		Подача,млн м3/сут	Масса, т	Удельная масса, кг/кВт
						всасы-вания	нагне- тания
Поршневые ГПА ГМ8 441 600 8 4 0,275 0,3 - 0,35 1,3-1,5 0,120 - 0,166 25,2 57 10ГКМ 736 300 10 5 0,226 2,5 5,5 0,554 58,5 79,7 10ГКН 1104 300 10 5 0,30 3,0 - 3,8 5,6 0,984 - 1,248 63,6 57,6 МК8 2060 300 8 4 0,36 2,5 - 4,3 5,6 1,54 - 5,28 126,8 60,8 ГПА- 5000* 3680 375 16 6 0,35 3,1 - 4,4 5,6 4,5 - 10,5 127 34,5 ДР -12 3680 330 12 6 0,36 3,5 - 4,5 5,6 8,04 - 13,3 270 49,0 Комбинированные электроприводные ГПА 6М25-210/35-56 4000 375 - 6 0,96 0,25 - 0,45 5,6 0,68 - 0,87 110 27,2 6М25-140/35-56 5000 375 - 6 0,96 3,5 - 4,0 5,6 7,48 - 9,14 112,3 22,5 4М25-76/35-56 2500 300 - 4 0,96 3,5 - 4,4 5,6 4,15 - 5,85 75,6 30,3