Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

гателя и компрессора фундаментной рамы и коленчатого вала. Цилиндры двигателя ГМК ДР12 имеют диаметр 508 мм, что

вместе с высокими удельными показателями рабочего процесса обеспечивает наибольшую в настоящее время цилиндровую мощ­ ность двигателя ГМК — 460 кВт.

Высокая удельная мощность ГМК ДР12 (среднее эффективное давление 0,844 МПа) получена за счет повышения давления надду­ ва до 0,205 МПа, степени сжатия — до 8, максимального давления сгорания — до 6,0 МПа (у ГМК 10ГКН максимальные значения этих параметров равны 0,165; 7 и 5,1 МПа соответственно). Для обеспечения надежной, бездетонационной и высокоэкономичной работы двигателей ГМК ДР12 при указанных высоких параметрах рабочего процесса в конструкции ГМК принят ряд новых ориги­ нальных решений и применены высококачественные материалы.

Нашел распространение также газоперекачивающий агрегат ГПА-5000, представляющий собой компоновку двух машин: газо­ вого двигателя внутреннего сгорания и поршневого компрессора оппозитной конструкции. Основная идея создания оппозитных компрессоров заложена в стремлении уравновесить возвратно­ поступательные силы, действующие в кривошипно-поршневой группе агрегата. ГПА-5000 обладает следующими преимущества­ ми: уравновешивание масс позволило повысить обороты компрес­ сора и снизить затраты на фундамент, облегчить ремонт и реви­ зию оборудования, уменьшить высоту здания для установки агре­ гата. Подача ГПА-5000 составляет 4,0 млн. м3/сут, мощность — 3680 кВт.

В СССР первый агрегат ГПА такого типа был создан на базе дизеля марки 61 завода "Русский Дизель" и оппозитного компрес­ сора 6М25-125/38-55 Сумского завода тяжелого компрессоростроения (рис. 3.4), установленных на одном фундаменте. Основные элементы масляной и водяной систем, которые не навешивают на двигатель или компрессор (маслобак, холодильники, фильтры, ре­ гуляторы, насосы), объединены в водомасляный блок, поставляе­ мый заводом-изготовителем в собранном виде.

Двигатель 61ГА агрегата ГПА-5000 — двухтактный, двухряд­ ный, 16-цилиндровый со встречно-движущимися поршнями и тур­ бонаддувом. Особенность двигателя 61ГА — встроенная зубчатая передача, соединяющая верхние и нижние коленчатые валы.

Продувку и наполнение воздухом цилиндров производят с по-

181

Рис. 3.4. Спаренный агрегат ГПА-5000:

1 — поршневой компрессор; 2 — разделительная стенка; 3 — газовый дви­ гатель

мощью турбокомпрессора, связанного с помощью шестеренчатой передачи и гидромуфты с коленчатым валом двигателя. Воздух по­ ступает из нагнетателя в цилиндр через окна, управляемые верх­ ним поршнем, и вытесняет отработавшие газы через окна, управ­ ляемые нижним поршнем.

На двигателе 61ГА применена система форкамерно-факельно- го воспламенения.

В форкамеру, объем которой составляет 2,9 % от объема каме­ ры сжатия цилиндра, подается в начале сжатия небольшая допол­ нительная порция газа через автоматический (открывающийся под действием перепада давления) клапан. В результате смешения дополнительной порции газа с обедненной газовоздушной сме­ сью, поступившей из цилиндра, в форкамере образуется обога­ щенная легковоспламеняемая смесь, которая поджигается в конце

182

сжатия искрами на двух свечах зажигания, расположенных в крышке форкамеры. Из форкамеры выбрасывается в цилиндр факел горящих газов, который, разогревая и турбулизируя основ­ ной заряд, обеспечивает надежное воспламенение и быстрое сго­ рание рабочей смеси в цилиндре в широком диапазоне ее состава (коэффициента избытка воздуха). Благодаря этому двигатель мо­ жет устойчиво работать от холостого хода до полной нагрузки, при этом частота вращения двигателя регулируется в основном изме­ нением подачи (давления) топливного газа.

Агрегат ГПА-5000 полностью автоматизирован. Запуск, оста­ новка и управление режимом работы агрегата выполняются с цен­ трального пульта управления. Имеется местный щит, позволяю­ щий аварийно останавливать агрегат, а также управлять им при выполнении наладочных и регулировочных работ.

Отличительной особенностью агрегата ГПА-5000 является ма­ лая удельная масса (34,5 кг/кВт); при этом двигатель 61ГА в сборе имеет массу 39 т, компрессор с цилиндрами и коллекторами — 88 т. Малые габариты и масса двигателя позволяют блочно компоно­ вать, транспортировать и монтировать их на КС. Отрегулирован­ ный на заводе двигатель устанавливают на фундамент и после присоединения к топливной, водяной и масляной системам запус­ кают в работу без переналадок и регулировок.

На компрессорных станциях магистральных газопроводов применяют также комбинированные ГПА. Под комбинированны­ ми ГПА понимают агрегаты, сочетающие в себе принципиально различные двигатели (газотурбинный, электрический, поршне­ вой) с разными типами нагнетателей (компрессоров), объединенных с целью повышения экономических показателей в каждом главном элементе ГПА и максимального использования их термодинамиче­ ских, конструктивных и эксплуатационных преимуществ.

К числу комбинированных ГПА, нашедших практическое при­ менение в газовой и нефтяной промышленности, относят, напри­ мер, электроприводные поршневые ГПА (ЭПГПА), установленные на КС в Котур-Тепе (рис. 3.5). Эти агрегаты 6М25-210/3-56 с высоким уровнем автоматизации имеют синхронный электродвигатель типа СДКП мощностью 4000 кВт с частотой вращения п = 375 об/мин, во взрывобезопасном исполнении, позволяющем его установку в общем зале с оппозитным шестирядным поршневым компрессо­ ром 6М25. Попутный нефтяной газ, который прежде сжигали на

183

Рис. 3.5. Схема комбинированного ГПА типа 0М 25-210/3-56:

1 — влагомаслоотделитель; 2 — коллектор холодильника; 3 — холодильник I ступени; 4 ,5 — холодильники II и III ступеней; 6 — трубопровод; 7 — влаго­ маслоотделитель II и III ступеней; 8 — коллектор всасывания I ступени; 9 — буферные емкости II и III ступеней; 10 — блок масляной системы компрессо­ ра; 11 — электродвигатель; 12 — сепаратор с электродвигателем

факелах нефтяных промыслов Западной Туркмении, стали комп­ римировать агрегатами в три ступени. Диаметр цилиндров первой, второй и третьей ступеней 750, 450, 290 мм соответственно, ход поршней 400 мм со средней скоростью 5 м/с, охлаждение цилинд­ ров масла и газа между ступенями — двухконтурное водяное. Для удаления влаги и масла, сконденсировавшихся в процессе охлаж­ дения, смонтированы масловлагоотделители жалюзийного типа. Производительность и нагрузка ГПА регулируются ступенчато подключением восьми дополнительных полостей на цилиндрах первой ступени.

В области поршневых двигателей и компрессоров к комбини­ рованным ГПА могут быть отнесены газовые поршневые двигате­ ли, соединенные с центробежным нагнетателем, или поршневые компрессоры, приводимые в действие от газовых турбин.

3.3.2.Компрессорные станции

сцентробежными газотурбинными ГПА

На газопроводах большой пропускной способности (более 5000 млн. м3/год) для компримирования газа применяют центро­

184

бежные нагнетатели, подача которых в настоящее время достига­ ет 35 млн. м3/сут.

По сравнению с поршневыми компрессорами центробежные нагнетатели имеют ряд преимуществ. Это, прежде всего, компакт­ ность и высокая производительность, простота конструкции, малое количество трущихся деталей и отсутствие возвратно­ поступательных движений, равномерная подача газа и более бла­ гоприятные условия автоматизации.

Центробежные нагнетатели выполняются, как правило, в виде одноступенчатой турбомашины с осевым подводом газа к консольно расположенному рабочему колесу.

В центробежных нагнетателях вращающимся рабочим коле­ сом газу сообщается большая скорость с последующим преобразо­ ванием кинетической энергии потока в работу сжатия нагнетае­ мого газа. Связь между основными параметрами рабочего процес­ са нагнетателя (подачей, степенью сжатия, потребляемой мощно­ стью и политропическим КПД) выражается газодинамической характеристикой.

Большинство компрессорных станций работает при рацио­ нальных степенях сжатия газа (порядка 1,4 —1,5). Это достигается при работе двух последовательно включенных нагнетателей. В на­ стоящее время большинство компрессорных станций оборудова­ но полнонапорными двухступенчатыми нагнетателями с полной степенью сжатия в одном агрегате. Выбор одноилидвухступенча­ того варианта нагнетателя может быть обоснованно решен с уче­ том надежности работы компрессорной станции, эффективности ее работы при переменной производительности, упрощения тех­ нологических схем и схем обвязки агрегатов.

При оснащении компрессорной станции минимальным коли­ чеством машин большой единичной мощности достигается значи­ тельный экономический эффект за счет лучших эксплуатацион­ ных показателей.

Дальнейшее повышение надежности газоперекачивающих аг­ регатов, сокращение объемов ремонтных работ и обслуживания позволяет оснащать компрессорные станции двухступенчатыми нагнетателями. На снижении суммарной мощности компрессор­ ных станций сказывается повышение давления на выходе стан­ ции. За счет увеличения рвыхдо 7,5 МПа суммарная мощность мо­ жет быть уменьшена более чем в 2 раза. Поэтому в настоящее вре­

185

мя компрессорные агрегаты работают с выходным давлением на 7,5 МПа (в перспективе это давление может быть увеличено до 10 -12 МПа).

Практически до середины 1970-х годов компрессорные станции в СССР были оборудованы центробежными нагнетателями конст­ рукции Невского машиностроительного завода им. В. И. Ленина (НЗЛ) и Уральского турбомоторного завода им. К. Е. Ворошилова (У1МЗ). Основные параметры нагнетателей даны в табл. 3.3, 3.4 и 3.5.

Приводом для центробежных нагнетателей являются газотур­ бинные установки или электрические двигатели.

Благодаря рядупреимуществ переддругими видами приводов, из которых главные — легкость регулирования производительности и повышение мощности в осенне-зимний период, газотурбинный приводнаиболее распространеннагазопроводахбольшоймощности.

По сравнению с другими тепловыми двигателями газовые тур­ бины имеют меньший вес на единицу мощности, большие мощно­ сти. Автоматическое и дистанционное управление работой газо­ турбинных устройств проще и надежнее, чем у поршневых двига­ телей. В период похолодания, когда требуется увеличение произ­ водительности компрессорных станций, допускается увеличение мощности газотурбинной установки на 10 —20 % от номинальной.

Газотурбинный газоперекачивающий агрегат включает в себя газотурбинную установку, центробежный нагнетатель природно­ го газа и следующее вспомогательное оборудование: комплексное воздухоочистительное устройство: выхлопное устройство; систе­ мы топливную и пусковые, масляную, автоматического управле­ ния, регулирования и защиты, охлаждения масла, гидравлическо­ го уплотнения нагнетателя.

Из большого числа возможных схем газотурбинных установок на газопроводах наибольшее распространение получили установ­ ки простого цикла, выполненные без регенерации или с регенера­ цией тепла выхлопных газов, с независимой силовой турбиной низкого давления ("с разрезным валом") для привода нагнетателя газа (табл. 3.6).

Большая часть типоразмеров ГТУ для привода нагнетателей выполнена по одинаковой конструктивной схеме — с "разрезным валом" и силовой турбиной низкого давления, поэтому их характе­ ристики могут быть с достаточной точностью обобщены в приве­ денной относительной форме, т. е. в виде зависимостей приве-

186

Таблица 3.3

со

4 J

денных параметров, отнесенных к номинальным значениям. Оборудование ГПА выполняется в виде блочных конструкций,

обеспечивающих транспортировку железнодорожным, водным или специальным автомобильным транспортом (масса блоков обычно не превышает 60 — 70 т). Блоки необходимо изготавливать готовыми к монтажу и проведению пусконаладочных работ без их разборки и ревизии. Наружные трубопроводы и электрические коммуникации, соединяющие блоки, должны быть сведены к ми­ нимуму и иметь простые соединения.

Конструкция ГПА должна быть такой, чтобы обеспечивалась его работа на всех рабочих режимах без постоянного присутствия обслуживающего персонала возле ГПА.

Систему автоматического управления ГПА организуют для обеспечения:

автоматического пуска, нормального и аварийного останова агрегата;

регулирования и контроля технологических параметров ГГУ и нагнетателя;

189

190