9. Запуск и загрузка гпа. Нормальная и аварийная остановка гпа.

Пуск ГПА является самым ответственным этапом в организации эксплуатации компрессорной станции. Это связано с тем, что при пуске ГПА одновременно включается в работу очень большое количество систем как самого агрегата, так и вспомогательных систем КС, от подготовки и правильной настройки которых зависит, насколько надежно этот пуск осуществляется. В процессе трогания роторов ГТУ начинают расти динамические нагрузки, возникают термические напряжения в узлах и деталях от прогрева ГТУ. Рост теплового состояния ведет к изменению линейных размеров лопаток, дисков, изменению зазоров в проточной части, тепловому расширению трубопроводов. При трогании ротора в первый момент не обеспечивается устойчивый гидравлический клин в смазочной системе. Идет процесс перехода роторов с рабочих колодок на установочные. Компрессор ГПА близок к работе в зоне помпажа. Через нагнетатель осуществляется большой расход газа при низкой степени сжатия, что ведет к большим скоростям, особенно трубопроводов рециркуляции, что вызывает их вибрацию. В процессе запуска до выхода на режим "малого газа" валопроводы некоторых типов ГПА проходят через обороты, совпадающие с частотой собственных колебаний, т.е. через резонансные обороты.

Время пуска зависит от типа ГПА. Для стационарных ГПА оно составляет 20-30 мин, для ГПА с авиационным приводом 5-10 мин.

Пуск ГПА осуществляется с помощью пусковых устройств. В качестве основных устройств применяются турбодетандеры, работающие в основном на перепаде давления природного газа, который предварительно очищается и редуцируется до необходимого давления. Турбодетандеры установлены на всех стационарных и некоторых авиационных ГПА. Иногда в качестве рабочего тела применяется сжатый воздух.

Принципиальная схема системы топливного и пускового газа:

ТГ - топливный газ; ПГ - пусковой газ; ВЗК - воздухозаборная камера; ТД - турбодетандер; ОК - осевой компрессор; КС - камера сгорания; ТВД - турбина высокого давления; ТНД - турбина низкого давления; Н - нагнетатель; РЕГ - регенератор

Рассмотрим типовой алгоритм автоматического запуска стационарного ГПА с полнонапорным нагнетателем. При пуске ГПА можно выделить три этапа. На первом этапе раскрутка ротора осевого компрессора и турбины высокого давления происходит только благодаря работе пускового устройства, а сам алгоритм протекает следующим образом. После нажатия кнопки "Пуск" включается пусковой насос масло-смазки и насос масло-уплотнения. Открывается кран № 4 и при открытом кране № 5 осуществляется продувка контура нагнетателя, в течение 15-20 с. После закрытия крана № 5 и роста давления в нагнетателе до перепада 0,1 МПа на кране № 1 производятся открытие крана № 1, закрытие № 4 и открытие агрегатного крана № 6. При этом произошло заполнение контура нагнетателя, и такой пуск называется пуском ГПА с заполненным контуром.

Далее включается валоповоротное устройство, вводится в зацепление шестерня турбодетандера, открываются гидравлический клапан № 13 и стопорный клапан системы регулирования ГПА. Затем открывают кран № 11 и закрывается № 10 и отключается валоповоротное устройство. Агрегат начинает вращаться от турбодетандера.

Первый этап раскрутки заканчивается открытием крана № 12 и закрытием крана № 9.

На втором этапе раскрутка ротора турбокомпрессора производится совместно турбодетандером и турбиной. При достижении оборотов турбокомпрессора, достаточных для зажигания смеси ~ 400 1000 об/мин, включается система зажигания и открывается кран № 15, подающий газ на запальное устройства камеры сгорания. О нормальном зажигании сигнализирует датчик-фотореле; через 2-3 с открывается кран № 14 и начинает осуществляться подача газа на дежурную горелку. Примерно через 1-3 мин после набора температуры ~ 150-200 °С заканчивается "первый" этап прогрева, открывается регулирующий клапан на величину 1,5-2 мм и начинается второй этап прогрева, который продолжается ~ 10 мин. Затем происходит постепенное увеличение оборотов турбины высокого давления за счет открытия газорегулирующего клапана. При достижении оборотов ~ 40 45 % от номинала турбина выходит на режим самоходности; закрываются краны № 13 и 11, открывается кран № 10. При выходе из зацепления муфты турбодетандера заканчивается второй этап раскрутки ротора.

На третьем этапе происходит дальнейший разгон ротора турбокомпрессора путем постепенного увеличения подачи газа в камеру сгорания. При этом закрываются антипомпажные клапаны осевого компрессора, турбоагрегат переходит работать с пусковых насосов на основные, приводимые во вращение уже от роторов агрегата. При увеличении частоты вращения до величины, равной частоте вращения других нагнетателей цеха, открывается кран № 2 и закрывается агрегатный кран № 6, включается табло "Агрегат в работе".

Нормальные остановки ГПА характеризуются обязательным выводом на рециркуляционное кольцо компрессорной станции, группы агрегатов или отдельного агрегата с постепенной его разгрузкой и отключением нагнетателя от технологических коммуникаций газопровода. Поэтому в условиях, не являющихся аварийными, необходимо всегда проводить нормальную остановку ГПА.

Нормальная остановка агрегата осуществляется в такой последовательности.

- При последовательной работе агрегатов осуществляется отключение ГПА от режима работы в трассу и переход на режим "кольцо" открытием станционного крана № 6. Постепенно снижают обороты до минимальной частоты вращения валов ТНД и нагнетателей. После нажатия кнопки "НО" агрегат отключают от газопровода. При этом открываются краны № 3 и 3бис и закрываются краны № 1 и 2.

Отключение от газопровода полнонапорного ГПА происходит аналогично с разгрузкой нагнетателя открытием агрегатного рециркуляционного крана № 6.

После открытия крана № 5 газ из нагнетателя стравливается в атмосферу.

- После снижения давления масла за главным маслонасосом обязательно должен включиться пусковой масляный насос (ПМН).

- После остановки вала ТНД выключают ВМНУ, предварительно убедившись, что краны на трубопроводах технологического газа полностью закрыты.

- После полной остановки агрегата, ПМН оставляют в работе до тех пор, пока температура за ТНД не понизится до 80°С. Если после остановки масляного насоса температура подшипников повысится до 75°С, то вновь включают ПМН (это требование необходимо для предохранения подшипников скольжения). Для равномерного остывания роторов необходимо периодически валоповоротом проворачивать ротор ТВД до снижения температуры перед турбиной примерно до 100°С.

Нормальная остановка агрегата производится автоматически нажатием на кнопку "Нормальная остановка" (НО) на панели управления. При этом в строгой последовательности выполняются все вышеуказанные операции, после чего электромагнитный выключатель прекращает подачу топлива и обеспечивает необходимую перестановку кранов.

Аварийная остановка (АО) агрегата осуществляется при угрозе аварии по команде оператора или автоматически от устройств защиты, а также во всех случаях отклонений от нормального режима, создающих угрозу безопасности обслуживающего персонала или сохранности оборудования.

Аварийная остановка работающего агрегата при срабатывании системы защиты происходит в случаях:

- погасания факела в камере сгорания;

- повышения температуры газов за ТНД выше максимально допустимой;

- повышения температуры подшипников ГПА выше максимально допустимой;

- повышения частоты вращения роторов ТВД и ТНД выше предельно допустимого значения;

- осевого сдвига роторов турбины и нагнетателя ( повышения давления и сигнала на ЭКМ);

- понижения давления масла на смазку подшипников турбины и нагнетателя ниже допустимых значений;

- появления недопустимой вибрации подшипников ГПА (значение виброскорости выше предельно допустимых значений);

- понижения перепада между давлением масла и давлением газа в уплотнении нагнетателя ниже допустимого значения (перепад "масло - газ");

- самопроизвольном срабатывании кранов обвязки турбины и нагнетателя;

- нерасцеплении муфты турбодетандера при пуске агрегата и повышении частоты вращения ротора турбодетандера сверхдопустимой.

Вынужденная аварийная остановка агрегата выполняется сменным персоналом нажатием кнопки "Аварийная остановка" или воздействием на пневматические (гидравлические) кнопки управления:

- при отказах системы защиты (хотя бы одной из вышеперечисленных защит);

- воспламенение масла на турбине (если невозможно быстро погасить пламя подручными средствами);

- внезапном прорыве газа в помещение машинного зала;

- появлении дыма из подшипников;

- появлении условий, создающих угрозу безопасности обслуживающему персоналу или поломки оборудования.

Алгоритм аварийной остановки осуществляется в следующем порядке:

а) при срабатывании системы защиты закрывается стопорный клапан подачи топлива. Открываются краны № 6, 3, 3бис, закрываются всасывающий № 1 и нагнетательный № 2 краны. После того, как всасывающий и нагнетательный краны закрылись, выпускной кран № 5 открывается, стравливая газ из контура нагнетателя в атмосферу;

б) при нажатии на кнопку "Аварийная остановка" закрывается стопорный клапан подачи топлива. Одновременно краны № 6, 3, 3бис, 5 открываются, а краны № 1 и 2 закрываются, т.е. газ стравливается в атмосферу до закрытия кранов № 1 и 2.

После любой аварийной остановки необходимо найти причину неисправности и устранить ее. Пуск агрегата без выполнения этого условия категорически запрещен.