Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

сооружения.

В комплекс сооружений КС входят также водозабор и поселок для обслуживающего персонала. Они также должны располагать­ ся возможно ближе к площадке КС. Все объекты КС связаны автодо­ рогами, которые соединяются с общей сетью автомобильных дорог.

Способ прокладки трубопроводов (наземный, надземный, подземный) выбирают с учетом местных условий на основании технико-экономических расчетов. В целях экономии территории и удобства обслуживания трубопроводы проектируют по кратчай­ шим расстояниям, с минимальными разрывами друг от друга.

При проектировании КС следует максимально применять блочно-комплектные устройства, блок-боксы и сборно-разборные здания и сооружения, которые позволяют значительно сократить площадь застройки и время строительства.

Основное и вспомогательное технологическое оборудование, связанное с процессом компримирования газа, следует размещать в производственной зоне компрессорной станции.

Сооружения и установки, обслуживающие основное техноло­ гическое оборудование (установки и устройства тепло- и водо­ снабжения, канализации, связи и т. п.), следует размещать в зоне служебно-производственного комплекса компрессорной станции.

На компрессорных станциях следует предусматривать под­ собно-производственные и складские здания и сооружения, а так­ же административно-бытовые помещения, обеспечивающие нор­ мальные условия эксплуатации основного оборудования компрес­ сорной станции и станции охлаждения (при ее наличии на пло­ щадке компрессорной станции), а также необходимые условия труда обслуживающего персонала и персонала служб централизо­ ванного ремонта.

Для выполнения подрядными организациями капитальных ре­ монтов газоперекачивающих агрегатов, основного технологиче­ ского оборудования компрессорных станций и станций охлажде­ ния, средств автоматики и телемеханики, катодных и дренажных преобразователей, автотракторной и строительной техники в про­ ектах магистральных газопроводов следует предусматривать кус­ товые и центральные ремонтные базы с производственным цик­ лом агрегатно-узлового ремонта, а также в необходимых случаях базы для передвижных механизированных колонн и других стро­ ительно-монтажных организаций собственного подряда. Разме­

172

щение ремонтных баз должно соответствовать генеральной схеме обслуживания газопроводов.

При проектировании первых ниток магистральных газопрово­ дов в зоне компрессорных станций следует предусматривать за­ крытые склады и площадки для хранения оборудования, средств автоматики и запасных частей.

Для проведения технического обслуживания, текущих и ава­ рийных ремонтов газоперекачивающих агрегатов, технологиче­ ского оборудования и станций охлаждения (при их наличии в со­ ставе КС), средств КИП и автоматики, катодных и дренажных пре­ образователей и автотракторной техники на компрессорных стан­ циях необходимо предусматривать ремонтно-механические мастерские и лабораторию-мастерскую КИП и автоматики.

Станции зарядки бромэтиловых огнетушителей следует пре­ дусматривать на каждые четыре КС с газоперекачивающими агре­ гатами с авиационным приводом, но не менее одной станции на производственное объединение.

В помещении служебно-эксплуатационного и ремонтного бло­ ка компрессорной станции следует предусматривать помещения для консервации и расконсервации судовых и авиационных двига­ телей.

3.3. ОСНОВНОЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ

Основным оборудованием на КС являются ГПА, которые мо­ гут быть поршневого или центробежного типа. Приводом поршне­ вых компрессоров являются газовые двигатели, выполненные, как правило, в одном блоке с компрессором. Такой агрегат получил на­ звание газомотокомпрессора. Центробежные машины для пере­ качки газа — нагнетатели — могут иметь привод от газотурбинных установок (ГТУ) или от электродвигателей.

При малых подачах газа (до 5000 млн. м3/год) в свое время наи­ более широкое применение нашли газомотокомпрессоры, мощ­ ность которых достигла 5500 кВт. При больших подачах газа ис­ пользуют центробежные нагнетатели с приводом от электродвига­ теля или от ГТУ, мощность которых достигает 12500 и 25000 кВт со­ ответственно.

173

При выборе типа ГПА учитывают их технико-экономические показатели в зависимости от типа нагнетателей и характеристики привода. Многочисленные исследования эффективности приме­ нения различных видов привода центробежных нагнетателей по­ казали наибольшую экономичность газотурбинного привода. Од­ нако в некоторых случаях, например при небольших расстояниях между КС и источником электроэнергии (30 — 50 км), электропри­ вод является конкурентоспособным. Так, достаточно большое ко­ личество КС в Европейской части России оборудовано электро­ приводом. Однако большинство КС в России (и практически на всей территории бывшего Советского Союза), с учетом их уда­ ленности от линий электропередач, оборудуют ГПА, состоящими из центробежных нагнетателей с приводом от Г ГУ.

3.3.1. Компрессорные станции с поршневыми ГПА

При проектировании КС с поршневыми компрессорами в первую очередь определяют тип и количество агрегатов, необхо­ димых для транспорта заданного объема газа. При выборе типа ма­ шин предпочтение отдают агрегатам, количество которых состав­ ляет 6 — 10, что обеспечивает достаточную гибкость работы КС при изменениях режима подачи газа и не влечет за собой услож­ нения компрессорного цеха.

Поршневой ГПА (ПГПА) представляет собой агрегат, состоя­ щий из газового двигателя и поршневого компрессора, соединен­ ных общим коленчатым валом (газомотокомпрессор ГМК) или муфтой (спаренные ПГПА).

Современные ПГПА имеют ряд особенностей, обеспечиваю­ щих целесообразное их использование в различных областях газо­ вой, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. В указанных агрегатах степень повышения давления можно изме­ нять в пределах от 1,15 до 3,0 и более при 100 %-ной загрузке при­ вода и практически неизменном КПД Эта особенность ПГПА дела­ ет их весьма эффективными не только при наиболее экономичных для современных магистральных газопроводов степенях повыше­ ния давления 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-отво­ дами с большой неравномерностью газопотребления и др. Кроме

174

того, при использовании этих агрегатов обеспечивается возмож­ ность в широких пределах изменять шаг между КС на магистраль­ ных газопроводах.

Эксплуатация ПГПА характеризуется высокой эффективно­ стью: адиабатический КПД современных поршневых компрессо­ ров ПГПА составляет 86 — 88 %. Приводной двигатель ПГПА имеет высокий КПД, значительно превышающий КПД остальных при­ меняемых на газопроводах агрегатов. КПД современных газовых поршневых двигателей при работе на номинальном режиме со­ ставляет 0,37 — 0,38 и в отдельных моделях доходит до 0,40 —0,42. Перечисленные особенности рабочего процесса современных ПГПА позволяют обеспечить значительную экономию топливного газа при их использовании на КС вместо других типов ГПА. Газо­ вые двигатели современных ПГПА при низких температурах ок­ ружающего воздуха могут неограниченное время развивать мощ­ ность, превышающую на 20 —25 % значения, соответствующие летнему периоду с высокими температурами наружного воздуха; компрессорная часть агрегатов позволяет без каких-либо переде­ лок реализовать это повышение мощности и увеличить произво­ дительность агрегатов.

Как и все поршневые компрессоры, ПГПА обеспечивают сте­ пень повышения давления в одной ступени до 3 и более, что позво­ ляет достигать требуемого повышения давления с минимальным числом ступеней сжатия. Соответственно упрощается технологи­ ческая обвязка ГПА, системы управления и регулирования и др.

На большинстве объектов газовой промышленности необхо­ димое повышение давления 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 спо­ собности 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 капиталовло­ жениями (как на сам ГПА, так и на здания, фундаменты). Для нор­ мальной работы ПГПА требуется значительное количество сма­ зочного масла.

175

Цикличность подачи газа поршневыми компрессорами приво­ дит иногда к пульсациям давления газа и вибрациям технологиче­ ских трубопроводов и ГПА, для предотвращения которых необхо­ димы специальные мероприятия.

Особенности ПГПА обусловили следующие основные области их применения: головные илинейные КС магистральных газопро­ водов и их отводов; дожимные КС газовых месторождений; закач­ ка (отбор) газа в (из) ПХГ; сбор и транспорт попутных газов; сжа­ тие газа на газоперерабатывающих, нефтеперерабатывающих, химических и других заводах; закачка газа в пласт на газоконден­ сатных и нефтяных месторождениях; сжатие хладоагента в холо­ дильных установках (при низкотемпературной сепарации газа и др.). Кроме того, современные ПГПА могут применяться на са­ мых разнообразных объектах: на химических комбинатах по про­ изводству аммиака, для закачки выхлопных газов двигателей

впласт, для перекачки по трубопроводам углекислого газа и др.

Внастоящее время отечественная промышленность выпуска­ ет ПГПА агрегатной мощностью от 440 до 5500 кВт (табл. 3.1).

Основной машиной на первых КС отечественных газопрово­ дов был газомотокомпрессор 10ГК-1 номинальной мощностью 736 кВт (1000 л. с.), выпускаемый заводом "Двигатель революции" Газомотокомпрессор представляет собой агрегат, состоящий из компрессора и газового двигателя внутреннего сгорания. Двига­ тель и компрессор смонтированы на общей фундаментной раме. Коленчатый вал у них общий. Двигатель газомотокомпрессора 10ГК-1 двухтактный, 10-цилиндровый. Силовые цилиндры распо­ ложены 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 выде­ ляется тепловая энергия, которая преобразуется в механическую. Эта работа приводит в движение поршни компрессорных цилинд­

ров, служащих для сжатия природного газа, транспортируемого по газопроводу. Весь рабочий цикл: сжатие поданного воздуха, сгорание топливного газа и расширение образующихся при сгора­ нии газов, выпуск (выхлоп) и продувка цилиндра совершается за один оборот коленчатого вала или за два хода поршня. Ком­ прессорные цилиндры расположены горизонтально. Число цилин­ дров — три. Механический КПД равен 0,95. При расчетном режи­ ме работы (п — 300 об/мин, рвс — 2,5 МПа, рн = 5,5 МПа) подача

176

газомотокомпрессора достигает 0,6 млн. м3/сут. Регулирование производительности осуществляется изменением объема вредно­ го пространства (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 двига­ теля воздухом под более высоким избыточным давлением.

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

По сравнению с газомотокомпрессорами 10ГК и 10ГКН газо­ мотокомпрессоры МК8 имеют повышенную агрегатную мощ­ ность, более высокие КПД как силовой, так и компрессорной час­ ти. Эти ГМК способны работать с высокими КПД в широком диа­ пазоне степеней повышения давления, полностью автоматизиро­ ваны и приспособлены для управления с диспетчерского пункта станции.

Газомотокомпрессор МК8 (рис. 3.3) представляет собой стацио­ нарный агрегат, состоящий из 8-цилиндрового рядного двухтакт­ ного газового двигателя и 4-цилиндрового горизонтального порш­ невого компрессора двойного действия, смонтированных под пря­ мым утлом 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 двигате­ ля объединены единым блоком. Блок цилиндров, имеющий форму параллелепипеда, отлит из чугуна и разделен поперечными пере­ городками на восемь отсеков, в которых располагаются втулки ци­ линдров. На верхней части блока со стороны компрессорных ци­ линдров расположен картер распределительного вала. Полости под распределительным валом образуют ресивер продувочного воздуха. С противоположной стороны блока у каждого цилиндра отлиты патрубки для отвода газов в прикрепленный к блоку вы­ пускной коллектор.

Поршень двигателя — составной, охлаждаемый маслом. Го­ ловка поршня, юбка и расположенная в ней вставка с пальцем стя­ гиваются четырьмя шпильками, ввернутыми во фланец головки.

178

Таблица 3.2

Технические данные двигателей ПГПА ГМ8, МК8, ДР12 и ГПА-5000

* Габаритные размеры указаны для модификации ГПА с давлением нагнета­ ния 5,6 МПа.

Места соединений уплотнены кольцами из маслотермостойкой резины.

Наиболее мощным из эксплуатируемых в настоящее время в отечественной промышленности газомотокомпрессоров являет­ ся ГМК ДР12, являющийся стационарным автоматизированным агрегатом, состоящим из двухтактного U-образного 12-цилиндро­ вого двигателя и горизонтального поршневого компрессора, ци­ линдры которого располагаются по обе стороны от общих для дви-

180