теор / Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов

Эта цепь защиты включается после открытия стопорного и регулирующего клапанов. При проверке защит, после включения электропитания фотореле, должна сработать аварийная защита по импульсу от фотореле. При этом должны сработать электромагнитные клапаны в линии предельной защиты, закрыться стопорный и регулирующий клапаны (СК и РК), включиться аварийный сигнал "Факел погас".

Защита по осевому сдвигу роторов

Эта защита срабатывает, останавливая агрегат, при увеличении давления масла в системе защиты по осевому сдвигу выше установленных величин. При осевом сдвиге возможно задевание вращающихся деталей агрегата за неподвижные и разрушение отдельных узлов агрегата.

Масло (воздух) к реле осевого сдвига (РОС) турбокомпрессора, силовой турбины и нагнетателя поступает через шайбы диаметром 3 мм, а сливается через зазоры между соплами реле и упорными

дисками на валах агрегата. Давление масла на ЭКМ должно составлять 1,2-1,8 кг/см 2 (давление

воздуха при гидропневматической системе регулирования должно составлять 0,3-0,6 кг/см 2 ). Изменение давления масла, которое происходит при осевом сдвиге ротора, фиксируется электроконтактными манометрами системы защиты. Контакты на манометрах (ЭКМ) должны

срабатывать при повышении давления масла до 3-3,5 кг/см 2 (или превышении давления по воздуху свыше 1 кг/см 2 ), при этом на ГЩУ подается аварийный сигнал "Авария по осевому сдвигу".

Защита по перепаду между маслом уплотнения и газом в полости нагнетателя (защита "масло-газ")

Для предотвращения протечек газа по валу из нагнетателя в машинный зал применяется система уплотнения нагнетателя. С этой целью к торцевому уплотнению, совмещенному с опорным

вкладышем подшипника нагнетателя, подается масло с давлением на 1,0-1,5 кг/см 2 больше давления газа в нагнетателе. Для поддержания постоянной разности давления между маслом и газом применен регулятор перепада давления (РПД). Защита по перепаду давления "масло-газ" осуществляется с помощью дифференциального реле давления типа РДД-1М, осуществляющего

электрическую блокировку и автоматическое переключение с рабочего винтового масляного насоса уплотнения (ВМНУ) на резервный при снижении перепада давления, а также остановку агрегата с отключением нагнетателя от газопровода при полном исчезновении перепада.

Таким образом, при проверке защиты по перепаду "масло-газ" проверяют резервирование насосов (т.е. включение резервного насоса при отключении работающего ВМНУ). При отключении электродвигателей обоих ВМНУ, после установленной выдержки времени, должна срабатывать защита по уменьшению перепада давления в уплотнении. При этом должен закрыться кран № 4 и включиться сигнал на ГЩУ "Аварийный перепад "масло-газ". При проверке работы РПД следят,

чтобы давление масла все время было выше давления газа на 1,0-1,5 кг/см 2 . Необходимо проверить также, что при выключенном ВМНУ кран № 4 нельзя открыть ключом управления. Сигнал об открытии крана № 4 включает защиту по перепаду.

При проверке защиты и сигнализации ГПА необходимо произвести опрессовку масляной системы уплотнения нагнетателя. Предохранительный клапан в клапанной коробке ВМНУ ограничивает максимально допустимое давление на уровне 8,0 МПа при максимальном рабочем давлении насоса 6,4 МПа. При максимальном рабочем давлении ВМНУ 7,5 МПа, предохранительный клапан настраивают на максимальное давление 8,8 МПа.

Кроме этого, необходимо проверить защиту по низкому давлению уровня масла в аккумуляторе, системы уплотнения "масло-газ", а также работу кранов обвязки нагнетателя. Убедиться, что при перепаде давления на кране № 1 больше 0,2-0,3 МПа краны № 1 и 2 нельзя открыть ключом управления.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Защита от превышения температуры газа

Эта защита является одной из основных систем защит газовой турбины.

При нормальных условиях эксплуатации температура газа обычно поддерживается регулированием расхода топлива. Однако при неисправностях в системе регулирования, помпажах осевого компрессора или нагнетателя количество подаваемого топлива, а значит, и температура газа могут превысить установленные нормы. Это может привести к выгоранию лопаток проточной части, разрушению лопаточного аппарата и другим тяжелым последствиям. В начале система защиты от превышения температуры газа включает предупредительный звуковой и световой сигналы, что указывает на необходимость разгрузки турбины, предотвращая тем самым ее отключение. Если же температура газа будет продолжать повышаться, то система защиты останавливает агрегат. Система защиты спроектирована таким образом, что является независимой от системы регулирования температуры газа. Температуру газов измеряют термопарами, устанавливаемыми за ТНД или перед ТВД.

В качестве вторичных приборов в цепи защиты по температуре газа используют потенциометр КСП и автомат температурной защиты АТЗ.

Защита по превышению частоты вращения роторов ТВД, ТНД и турбодетандера

Система защиты от превышения частоты вращения предназначена для защиты газовой турбины от возможных повреждений, вызываемых превышением максимальной частоты вращения валов ТНД, ТВД и турбодетандера. При повышении частоты вращения может произойти отрыв лопаток, разрушение замков и дисков, могут появиться осевые сдвиги и разрушения подшипников, корпусных деталей ГТУ и т.д.

Чтобы предотвратить превышение частоты вращения роторов ГТУ свыше допустимых значений, применяют разного рода автоматы безопасности. Легко разгоняемый ротор ТНД имеет два автомата безопасности: центробежный (механический, бойкового типа) и гидродинамический. Бойковый автомат имеет и ротор турбодетандера. Защита от превышения частоты вращения ротора ТВД осуществляется по давлению масла за главным масляным насосом.

Настройку автоматов безопасности для ГПА типа ГТК-10-4 производят при следующих частотах вращения:

Защита по температуре подшипников

Система защиты по температуре подшипников выдает предупреждающий и аварийный сигналы при возрастании температуры выше допустимой, что может привести к разрушению подшипников, выплавлению баббита вкладышей, осевым сдвигам, повышенной вибрации и т.п.

Защита по температуре подшипников осуществляется с помощью малогабаритных платиновых термометров сопротивления (ТСП), установленных во вкладышах опорных подшипников и колодках упорных подшипников. Термометры сопротивления подключены к электронному мосту, который осуществляет измерение и регистрацию температуры подшипников, а также выдает предупреждающий (при 75 °С) и аварийный (при 80 °С) сигналы на ГЩУ.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Правильные действия персонала при пуске агрегата - один из главных показателей уровня эксплуатации компрессорной станции. Нарушение технологии ремонта, нарушение регулировок узлов и деталей, любое неправильное действие в процессе пуска, сбои в работе защиты скажутся на пуске и обязательно приведут к нарушению алгоритма пуска и его сбою, а порою, при грубых нарушениях, и к аварийному ремонту ГТУ. Любые сбои на этапе запуска могут оказать существенное влияние и на эксплуатационные показатели в процессе работы машины.

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

Для стационарных оно больше по причине необходимости обеспечения равномерного прогрева корпусных узлов и деталей ГТУ. Эти узлы и детали имеют большую массу, поэтому для обеспечения их равномерного прогрева и одинакового расширения необходимо больше времени.

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. Схема обвязки пускового устройства и топливного газа показана на рис. 3.7.

Рис. 3.7. 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

Кроме турбодетандера, широкое применение нашли электростартеры, которые применяются на судовых ГПА. Ряд агрегатов оборудован системой гидравлического запуска. Мощность пусковых устройств составляет 0,3-3 % мощности ГПА в зависимости от типа ГПА - авиационных или стационарных.

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

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

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.

Рис. 3.8. Алгоритм пуска агрегата ГТК-10 по времени:

I - включение ПМН, МНУ; открытие крана № 4; закрытие крана № 5; открытие крана № 1 и 2; закрытие крана № 4;

II - включение муфты турбодетандера, открытие крана № 13, включение ВПУ, открытие стопорного крана и крана № 11; включение турбодетандера, отключение ВПУ, срабатывание РДВ, открытие крана № 12, включение запала (зажигание);

III - прогрев агрегата на дежурной горелке 2-3 мин; IV - открытие РК, прогрев 1 мин;

V - отключение турбодетандера закрытием крана № 13, вывод из зацепления муфты турбодетандера, закрытие крана № 11.

Дальнейшее открытие РК с интервалом 1 мин для ступенчатого прогрева ГТУ

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

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". Алгоритм пуска агрегата ГТК-10-4 во времени схематично показан на рис. 3.8.

Пуск агрегата запрещается:

-при неисправности любой, хотя бы одной защиты на ГПА;

-при не до конца собранных деталях и трубопроводов агрегата;

-при повышенном перепаде масла на фильтрах, неудовлетворительном качестве масла, наличии утечек масла смазки и масла уплотнения;

-при неустранении дефектов, обнаруженных на ГПА, до вывода в ремонт;

-при вынужденной и аварийной остановках до устранения причины, вызвавшей остановку;

-при неисправности системы пожаротушения и контроля загазованности, а также при обнаружении промасленных участков газоходов и воздуховодов.

3.6. Обслуживание агрегата и систем КС в процессе работы

Обслуживание ГПА в процессе пуска, остановки и работы осуществляет оперативный дежурный персонал, которым руководит сменный инженер (диспетчер). Процесс эксплуатации ГПА не существует самостоятельно. Эксплуатация компрессорного цеха осуществляется как единый технологический комплекс, взаимосвязанный с линейной частью газопровода и работой соседних КС.

Поэтому количество работающих ГПА и режим их работы определяется центральной диспетчерской службой (ЦДС) предприятия. В соответствии с ее заданием оперативный персонал обязан обеспечивать оптимальный режим перекачки газа через компрессорную станцию.

Контроль за состоянием основного и вспомогательного оборудования сводится к периодической регистрации эксплуатационных параметров, анализу причин их изменения и отклонения от нормальных величин и предупреждению аварийных режимов работы. Любые отклонения параметров

работы от установленных инструкциями по эксплуатации ГПА должны немедленно выясняться и устраняться. При невозможности определить причину нарушения агрегат должен быть остановлен, а вместо него пущен другой, находящийся в резерве.

Регистрация эксплуатационных параметров ГПА осуществляется регулярно с периодичностью 1-2 ч с записью этих параметров в суточных ведомостях компьютера. Эти показатели фиксируются при обходе и осмотре оборудования с главных и местных щитов управления, а также с отдельных приборов или мест, обозначенных инструкциями заводов-изготовителей.

Условно, контроль за состоянием ГПА в процессе работы можно разделить на 3 составляющих:

-обеспечение технологического режима КС;

-обслуживание ГПА;

-контроль за состоянием вспомогательного оборудования и систем.

Технологический режим КС в соответствии с плановым заданием ЦДС необходимо обеспечивать минимальным количеством работающих ГПА при их максимальной загрузке. Для поддержания

требуемого давления и расхода компремируемого газа центробежные нагнетатели на КС включают по различным схемам соединения: последовательная или параллельная в зависимости от типа нагнетателя (полнонапорный или неполнонапорный).

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

- положения шлангов на узлах управления кранами как по низкой, так и по высокой стороне давлений.

При эксплуатации основного газоперекачивающего оборудования важно обеспечить контроль за состоянием и нормальную работу вспомогательного оборудования. Подходы к организации эксплуатации вспомогательного оборудования такие же, как и основного. Вспомогательное оборудование КС включает в себя следующие общецеховые системы и механизмы:

-систему очистки газа;

-аппараты воздушного охлаждения масла и газа;

-систему пожаротушения КС;

-системы энергоснабжения как основную, так и аварийную;

-системы топливного, пускового и импульсного газа;

-системы вентиляции, кондиционирования и отопления;

-грузоподъемные механизмы;

-систему сжатого воздуха;

-систему промышленной канализации;

-комплекс систем контроля и автоматики, который состоит из системы централизованного контроля и управления ГПА, системы управления цеховыми кранами, системы управления цеховыми объектами и вспомогательным оборудованием, системы защиты цеха от загазованности, системы

аварийной остановки станции.

Все это вспомогательное оборудование взаимосвязано с работой основного газоперекачивающего оборудования, и все сбои в его работе сказываются на организации эксплуатации основного оборудования и на режиме транспорта газа.

По всему этому оборудованию и системам должны быть составлены инструкции по эксплуатации и за основу их составления берутся инструкции по эксплуатации ГПА заводов-изготовителей.

Инструкции должны четко отражать взаимодействие всех систем в обеспечении единого технологического процесса транспорта газа. Многие вспомогательные системы и оборудование, применяемые на КС, находятся в инспекциях Госгортехнадзора, Котлонадзора и Энергонадзора. Эксплуатация этого оборудования должна осуществляться в соответствии с правилами, утвержденными этими органами.

В отличие от основного оборудования некоторые системы и вспомогательное оборудование можно привести в рабочее состояние только при аварии, например систему пожаротушения, при отключении энергоснабжения от одного ввода, автоматическое включение другого. При эксплуатации этих систем, кроме осмотра и контроля за их состоянием, необходимо производить их периодическое испытание или переосвидетельствование. Например, аварийные источники электроснабжения должны раз в месяц испытываться без нагрузки и раз в 3 месяца под нагрузкой, близкой к номинальной. Система аварийного отключения КС испытывается путем ее имитации раз в полгода и раз в год при плановой остановке КС. Периодичность испытаний и их порядок осуществляется в соответствии с инструкциями по эксплуатации этих систем.

В процессе эксплуатации ГПА и вспомогательного оборудования могут возникнуть ситуации, связанные:

-с аварийной остановкой ГПА или аварией на вспомогательных системах;

-с пожаром на ГПА или другом оборудовании;

-с разрывом технологических газопроводов высокого давления как на трассе, так и в пределах КС;

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

- со стихийными бедствиями, создающими угрозу оборудованию и жизни людей.

Действия сменного персонала при возникновении подобных ситуаций изложены в специальных инструкциях; знание и применение их должно отрабатываться при проведении противопожарных и противоаварийных тренировок.

3.7. Подготовка циклового воздуха для ГТУ

Перед подачей атмосферного воздуха на вход осевого компрессора ГТУ его необходимо очистить от естественной или промышленной пыли. Эта очистка необходима для предохранения проточных частей компрессора, турбины и всего газовоздушного тракта от механического износа (эрозии) и образования отложений. Некоторые виды промышленной пыли могут вызвать и коррозию проточной части. Эрозия приводит к снижению ресурса лопаток осевого компрессора, а отложения к ухудшению характеристик (КПД, мощности) компрессора и ГТУ в целом.

К устройствам воздухозабора предъявляются следующие требования:

-обеспечить очистку воздуха в соответствии с ГОСТ 21199-82;

-обеспечить подачу необходимого количества воздуха без снижения параметров ГТУ, то есть с минимальными потерями на всасе;

-осуществлять защиту от попадания на всас ГТУ атмосферных осадков в виде дождя и снега;

-конструкция воздухозаборной камеры не должна быть источником возникновения шума;

-обеспечить защиту в виде байпасного клапана для предотвращения поломки осевого компрессора в случае увеличения разряжения на всасе в экстремальных ситуациях: при обмерзании фильтров или их засорении.

Для газоперекачивающих агрегатов применяются различные типы фильтров, устанавливаемых в воздухозаборные устройства. Первые КУВ стационарных ГТУ были оборудованы сетчатыми самоочищающимися фильтрами типа КДМ-2400 (рис. 3.9). Принцип их работы сводился к тому, что фильтрующая сетка 1, надетая на рамку ведущего и ведомого вала, приводилась в круговое движение с помощью электродвигателя 2 посредством цепного привода 3. При движении сетка омывалась в масляной ванне 4, что обеспечивало смывание пыли и смачивание поверхности сетки маслом для лучшей очистки при прохождении через нее воздуха. Смачивание сетки проводилось индустриальным или веретенным маслом.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com