СТАНЦИИ ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

ЛЕКЦИЯ

СТАНЦИИ ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Станции охлаждения природного газа

Необходимость охлаждения природного газа в северных районах Европейской части страны

При строительстве и эксплуатации магистральных газопроводов, транспортирующих природный газ из северных районов в Европейскую часть страны, возникла необходимость разработки дополнительных мер по обеспечению надежности линейной части трубопроводов и охране окружающей среды в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Поскольку грунт с высокой степенью обводненности практически не в состоянии защитить трубопровод, продольные перемещения грунта вследствие сезонных изменений температуры газа вызывают ненадежность балансировки и могут приводить к повреждению антикоррозионной изоляции, к потере устойчивости трубопровода и появлению трещин.

Наиболее целесообразным решением проблемы снижения теплового взаимодействия трубопровода с грунтом является круглогодичное охлаждение транспортируемого газа до температуры грунта.

Охлаждение газа перед его транспортировкой по газопроводу обеспечивает:

–устойчивость газопровода в районах распространения многолетнемерзлых грунтов;

–уменьшение линейных деформаций и температурных напряжений трубопроводов;

–снижение интенсивности коррозионных процессов;

–увеличение пропускной способности газопровода.

При температуре окружающего воздуха (зимний период) минус 10 °С и ниже природный газ охлаждают в аппаратах воздушного охлаждения газа (АВО) на выходе компрессорных цехов.

При более высокой температуре (летний период) для охлаждения газа до температуры 0…минус 4 оС необходимо использовать станции охлаждения газа

(СОГ).

Экономическая эффективность СОГ обеспечивается за счет уменьшения количества аварийных ситуаций линейной части магистральных газопроводов, проложенных в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, сокращения ремонтных расходов, снижения капитальных затрат на компенсацию температурных деформаций и антикоррозионную защиту труб, а также за счет увеличения объемной производительности газопроводов.

Принципиальная схема КС, на которой применяется двухступенчатая система охлаждения газа, с использование холодильных машин представлена на рис. 1.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рисунок 1 - Схема КС с двухступенчатой системой охлаждения природного газа при использовании холодильных машин.

При работе КС по этой схеме природный газ после очистки и компримирования поступает в первую ступень системы охлаждения, оснащенной ABO, а затем во вторую ступень, оснащенную холодильной машиной, в которой и происходит охлаждение природного газа до требуемого значения температуры на входе в линейный участок. В такой системе охлаждения могут использоваться как парокомпрессионные, так и абсорбционные холодильные машины, использующие теплоту отработавших продуктов. В качестве второй ступени системы охлаждения газа на КС технологических участков МГ в районах многолетнемерзлых грунтов могут также использоваться турбодетандеры, при расширении газа в которых также обеспечивается понижение его температуры до требуемого уровня. При этом, мощность, вырабатываемая в турбодетандере при расширении газа, может использоваться для привода генератора электрической энергии или привода центробежного компрессора второй ступени сжатия. Принципиальная схема КС, на которой применяется двухступенчатая система охлаждения газа, при использовании турбодетандеров с выработкой электрической энергии представлена на рис. 2.

Агрегат, выполненный в едином блоке и включающий турбодетандер, и генератор электрической энергии называется турбодетандерной энергетической установкой. Вырабатываемая турбодетандером электроэнергия может быть использована как для электроснабжения объектов магистрального транспорта природного газа (в частности, снабжением электрической энергией электродвигателей ABO первой ступени охлаждения природного газа), так и для сторонних потребителей. Принципиальная схема КС, на которой применяется двухступенчатая система охлаждения газа с применением турбодетандеров, используемых в качестве привода центробежного

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

компрессора, второй ступени сжатия системы компримирования, представлена на рис. 3.

Рисунок 2 - Принципиальная схема КС с двухступенчатой системой охлаждения природного газа при использовании турбодетандера в качестве привода генератора электрической энергии: 1 - турбодетандер; 2 - генератор электрической энергии.

Рисунок 3 - Принципиальная схема КС с двухступенчатой системой охлаждения природного газа при использовании турбо детандера в качестве привода центробежный компрессор второй ступени сжатия: 1 - центробежный компрессор второй ступени сжатия с приводом от турбодетандера; 2 - турбодетандер.

Турбодетандер 2 и компрессор 1, используемые в рассматриваемой системе охлаждения, могут выполняться в едином блоке. Такой блок называется турбокомпрессорным агрегатом - ТДА. В системе охлаждения с дополнительным сжатием природного газа во второй ступени

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

компримирования перед ABO и последующим расширением в турбодетандерах реализован принцип искусственного повышения температуры газа перед ABO, что существенно повышает их тепловую мощность и эффективность. На северных линейных КС, режим эксплуатации обеспечивает низкую отрицательную температуру природного газа на входе компрессорных станций, для охлаждения природного газа во второй ступени охлаждения могут использоваться также рекуперативные системы или рекуперативные системы с детандерами.

При использовании на КС двухступенчатой системы охлаждения природного газа с рекуперативной ступенью охлаждения, газ, имея отрицательную температуру, поступает из линейного участка сначала в систему рекуперативных теплообменных аппаратов, в которой происходит охлаждение потока природного газа уходящего со станции. Затем природный газ последовательно проходит системы очистки, компримирования и первую ступень системы охлаждения, оснащенную ABO (рис. 4.). Таким образом, системы рекуперативных теплообменных аппаратов является второй ступенью системы охлаждения природного газа на КС.

Рисунок 4 - Принципиальная схема КС с двухступенчатой системой охлаждения природного газа при использовании рекуперативной системы охлаждения

При использовании на КС комбинированной рекуперативной системы охлаждения природного газа с применением турбодетандерных агрегатов, природный газ, поступающий на КС, перед прохождением рекуперативных теплообменных аппаратов расширяется в детандере 1, в котором понижает свою температуру, повышая эффективность работы рекуперативной системы. Затем, в рекуперативных теплообменных аппаратах природный газ охлаждает до необходимого уровня газовый поток, уходящий из КС на последующий

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

линейный участок. Далее происходит сжатие газа в компрессоретурбодетандерного агрегата 2, его очистка, компримирование и охлаждение в первой ступени охлаждения (рис. 5.).

Следует отметить, что при использовании рекуперативных систем охлаждения и комбинированных рекуперативных систем охлаждения природного газа с применением турбодетандерных агрегатов на КС происходит повышение температуры природного газа на входе системы компримирования станции, что приводит к росту работы и мощности сжатия при прочих равных условиях.

Рисунок 5 - Принципиальная схема КС с двухступенчатой системой охлаждения природного газа при использовании рекуперативной системы охлаждения и турбодетандерных агрегатов: 1 - детандер турбокомпрессорного агрегата; 2 - центробежный компрессор турбокомпрессорного агрегата.

Таким образом, можно сделать вывод, что в этом случае работа системы охлаждения КС отчасти обеспечивается за счет увеличения мощности, затрачиваемой на компримирование природного газа. В газотранспортной системе России на КС головных технологических участков МГ, по которым перекачивается газ Бованенковского, Уренгойского и Ямбургского месторождений, в настоящее время используются двухступенчатые системы охлаждения. В этих системах в качестве второй ступени используются детандерные агрегаты КС Ярынская. КС «Ямбургская» охлаждение природного газа во второй ступени системы охлаждения осуществляется с помощью парокомпрессионных холодильных машин, в которых в качестве рабочего тела - хладагента используется пропан - бутановая смесь.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Назначение и состав станции охлаждения газа с турбодетандерными агрегатами

СОГ с ТДА (рис. 6) предназначена для обеспечения охлаждения газа, транспортируемого по магистральному газопроводу, проложенному в зоне многолетней мерзлоты, до 0…минус 2 С, с целью предупреждения образований механических и температурных напряжений трубопроводов вследствие таяния мерзлого грунта.

Требуемая температура охлаждения газа обеспечивается в холодный период времени года аппаратами воздушного охлаждения (АВО) газа, в теплый период времени года – турбодетандерными агрегатами совместно с АВО газа.

Рисунок 6 - Станция охлаждения газа с ТДА

На СОГ предусмотрены следующие основные технологические процессы:

–сжатие природного газа в компрессоре ТДА;

–охлаждение газа в детандере ТДА;

–охлаждение газа в АВО. СОГ включает в себя:

–машинный зал (рис.7) с десятью ТДА (девять рабочих и один резервный);

–шкафы управления магнитными подвесами (рис. 8);

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

–установку охлаждения газа (рис. 9).

ТДА (рис.10) состоит из корпуса, в котором установлена сменная проточная часть (СПЧ) с центробежным одноступенчатым компрессором и одноступенчатой турбиной. В качестве опор ротора СПЧ применены магнитные подшипники, входящие в систему активного магнитного подвеса

(АМП).

Рисунок 7 - Машинный зал с турбодетандерными агрегатами

Рисунок 8 - Шкафы управления магнитными подвесами

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рисунок 9 - Установка охлаждения газа

Рисунок 10 - Турбодетандерный агрегат АДКГ-9-10-УХЛ4

При температуре окружающей среды ниже минус 10 С на СОГ применяется установка охлаждения газа (УОГ), предназначенная для охлаждения газа без ТДА.

В теплый период времени года УОГ используется для охлаждения газа после компрессоров ТДА.

УОГ включает в себя десять АВО типа АВГБС-83 блочного исполнения, подключенных параллельно. В состав каждого АВО входят 6 вентиляторов (рис. 11) с двигателями типа ВАСО4-13.

Каждый аппарат АВГБС-83 состоит из двух трубных секций прямоугольной конфигурации, составленных из поперечно-оребренных труб. На несущую конструкцию крепится коллектор (рис. 12) вентилятора.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рисунок 11 - Трубные секции АВО газа

1 – коллектор; 2 – вентилятор; 3 – двигатель ВАСО4-13

Рисунок 12 - Вентилятор с коллектором АВО газа

Контроль и управление УОГ осуществляется дистанционно. На входе и выходе УОГ установлены датчики избыточного давления, типа Метран-100-Вн и термопреобразователи Метран-274 ТСМУ. Также на выходе из АВО автоматически поддерживается требуемая температура согласно показаниям датчика температуры на электродвигатели АВО.