Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

гии маслоохладители переключаются для работы на просос в осе­ вой компрессор, а питание САУ осуществляется от сети постоян­ ного тока через статический преобразователь. При остановке ГПА масло полностью сливается из воздушных маслоохладителей в маслобак, что облегчает последующий запуск в зимних условиях.

Ремонтопригодность и обслуживаемость агрегата ГТН-16 обеспечиваются следующими конструктивными особенностями:

простотой разборки и достаточно небольшой массой узлов, снимаемых при ремонте (наиболее тяжелый узел — ротор газоге­ нератора в сборе — 5,3 т);

возможностью ремонта подшипников без вскрытия всего аг­ регата и выемки роторов;

возможностью индивидуальной замены рабочих и направляю­ щих лопаток турбины и ступеней А, Б и В компрессора;

секционированием кольцевой камеры сгорания; взаимозаменяемостью узлов и деталей с целью применения

агрегатно-узлового метода ремонта; отсутствием силового крепежа на крышке нагнетателя и кон-

сольностью ротора; возможностью осмотра проточных частей и камеры сгорания

с помощью бороскопа в 11 сечениях.

Агрегат ГПА-Ц-16

С 1983 г. на КС начал поступать агрегат ГПА-Ц-16 мощностью 16 МВт, в котором в качестве привода используют конверсионный авиационный ГТД НК-16 СТ.

Газоперекачивающий агрегат ГПА-Ц-16 представляет собой "второе поколение" отечественных ГПА, привод которых выпол­ нен на базе авиадвигателя. Разработан с учетом опыта освоения ГПА-Ц-6,3 и в значительной мере унифицирован с ним. Выполнен в блочно-контейнерном исполнении и имеет следующие блоки: турбоблок с газотурбинным двигателем и нагнетателем; воздухо­ очистительное устройство; шумоглушитель на входе; камеру вса­ сывания; промежуточный блок; блок вентиляции, диффузор; опо­ ру выхлопной шахты; шумоглушитель на выхлопе; блоки маслоох­ ладителей, маслоагрегатов, автоматики, пожаротушения, фильт­ ров топливного газа. Размеры и масса блоков позволяют транспор­ тировать их железнодорожным, водным и специальным автомо-

221

бильным транспортом.

Внедрение в отечественной практике авиационного газотур­ бинного привода имеет определенные технико-экономические преимущества:

привлечение производственных мощностей авиастроения по­ зволяет увеличить объемы поставок ГПА без существенных по­ требностей в новых производственных мощностях;

наличие двигателей-прототипов позволяет сократить срок со­ здания и освоения новых типов ГПА на 2 года;

наличие запаса двигателей, отработавших летний ресурс, по­ зволяет использовать их (после соответствующей доработки) для изготовления привода ГПА;

мощности авиастроения используются не только для произ­ водства, но и для ремонта ГПА;

ГПА авиационного типа наиболее приспособлены к требова­ ниям индустриализации и сокращения срока строительства КС.

Газотурбинный двигатель НК-16СТ выполнен на базе авиаци­ онного турбовентиляторного двигателя по простой схеме без реге­ нерации тепла и включает в себя компрессор, камеру сгорания и турбину.

Рама двигателя крепится к раме ГПА на восьми опорах. Осе­ вой компрессор является модификацией серийного двухконтур­ ного авиадвигателя и состоит из двух каскадов — четырехступен­ чатого компрессора низкого давления (КНД) и шестиступенчатого компрессора высокого давления (КВД). Для обеспечения устойчи­ вой работы на пусковых и переменных режимах компрессор снаб­ жен противосрывным рабочим кольцом с радиальными канавками на первом рабочем колесе КНД, а также регулируемыми элемен­ тами КВД: поворотными лопатками входного направляющего ап­ парата и клапанами перепуска воздуха. Двухопорные роторы КНД и КВД размещены на роликовых и шариковых подшипниках.

Камера сгорания двигателя — прямоточная кольцевого типа, состоит из следующих основных узлов: наружного и внутреннего корпусов, жаровой части с 32 горелками и двух воспламенителей.

Турбина газогенератора состоит из ротора турбины ВД, рото­ ра турбины НД, статора и узла опоры. Оба каскада турбины газо­ генератора — одноступенчатые. Первая ступень соплового аппа­ рата выполнена охлаждаемой с лопатками дефлекторного типа.

Выхлопное устройство турбины обеспечивает повышение

222

экономичности двигателя за счет полезного использования выход­ ной скорости продуктов сгорания и включает в себя: затурбинный диффузор, совмещенный с опорой двигателя; осерадиальный диф­ фузор; выхлопную улитку.

Центробежный нагнетатель, установленный в турбоблоке, вы­ полнен двухступенчатым; корпус имеет вертикальный разъем. Двухопорный ротор с двумя рабочими колесами установлен в под­ шипниках скольжения и снабжен гидравлическим уплотнением втулочного типа. Масляные системы двигателя и нагнетателя раз­ делены, но в них используется один тип масла ТП-22. Воздушное охлаждение масла непосредственное — "масло —воздух".

Система регулирования двигателя — гидромеханического типа, имеет свой масляный контур, выполненный по замкнутой схеме, со своим нагнетающим насосом и теплообменником.

Воздухоочистительное устройство — инерционного жалюзий­ ного типа. Автоматическая противообледенительная система обеспечивает подогрев циклового воздуха ГТУ за счет подачи сме­ си воздуха и продуктов сгорания (эжекторная система). Агрегат снабжен системой промывки осевого компрессора, осуществляю­ щей подачу жидких очистителей при работе ГТУ на пусковом уст­ ройстве. Автономность электроснабжения обеспечивается приво­ дом насосов смазки и уплотнения от валов ГПА, переключением маслоохладителей для работы на вход ГТУ при временном отклю­ чении электроэнергии.

С целью обеспечения ремонтопригодности и обслуживаемо­ сти агрегата ГПА-Ц-16 предусмотрены:

модульность конструкции, что позволяет производить замену двигателя в целом и отдельно модуля газогенератора и свободной турбины для производства ремонта на заводе-изготовителе;

наличие устройств, обеспечивающих выкатку-закатку двига­ теля или его модулей;

конструктивные особенности нагнетателя для облегчения сборки-разборки;

наличие комплекта ЗИП и грузоподъемных устройств в отсеке нагнетателя;

возможность осмотра проточных частей компрессора, турби­ ны, камеры сгорания и рабочего колеса 1-й ступени нагнетателя с помощью эндоскопов;

системы диагностики (вибрационная и параметрическая),

223

обеспечивающие контроль технического состояния элементов ГПА при его работе.

Агрегат П Н-25

Агрегат ГТН-25 является блочным автоматизированным агре­ гатом промышленного типа для бесподвальной установки на КС. Газотурбинная установка выполнена по простому циклу, трехвальной, с прямоточным движением рабочего тела и осевым вхо­ дом в компрессор. Выхлоп продуктов сгорания в зависимости от конкретных условий компоновки КС может осуществляться вверх или в сторону. Агрегат размещают в легкосборном индивидуаль­ ном здании (укрытии) с разделительной стенкой между помеще­ ниями ГТУ и нагнетателя.

Особенности конструкции (бесподвальность, блочность, за­ водская готовность блоков, укрупнение мощностей сопутствую­ щего станционного оборудования и др.) улучшают строительные технико-экономические показатели КС (увеличение плотности застройки на 35 — 40 %, сокращение объема строительно-монтаж­ ных работ и трудоемкости строительства на 40 —50 %).

Основные блоки ГПА блок газогенератора (масса 70 т), блок силовой турбины (23 т), патрубок выхлопной (7 т), блок маслоснабжения с сопутствующим вспомогательным оборудованием, блоки нагнетателя (44,5 т), установка воздушного охлаждения масла, комплексное воздухозаборное устройство.

Турбокомпрессорная группа включает в себя: осевой комп­ рессор, выполненный по двухкаскадной схеме и состоящий из двух компрессоров (низкого и высокого давления), турбины высо­ кого и низкого давления для привода этих компрессоров, силовую турбину для привода нагнетателя, кольцевую камеру сгорания.

Два ротора компрессора последовательно расположены в об­ щем корпусе. Роторы дискового типа со стяжками. Оба ротора лежат на трех подшипниках скольжения, один из которых опорно­ упорный. Вход воздуха в компрессор — осевой. Внутри обтекателя переднего подшипника расположено валоповоротное устройство. В корпусе среднего подшипника между КНД и КВД смонтированы расцепное устройство и передачи к пусковому турбодетандеру и валоповоротному устройству. На проставке между каскадами осевого компрессора установлены 10 сбросных клапанов.

224

Противообледенительная система служит для обогрева горя­ чим воздухом после компрессора лопаток входного направляюще­ го аппарата, ребер и конфузора входного патрубка.

Корпус опорно-упорного подшипника ротора высокого давле­ ния расположен внутри корпуса камеры сгорания, поэтому он снабжен развитой системой воздушного охлаждения с использо­ ванием воздуха за 3-й ступенью КНД.

Все турбины — одноступенчатые. Охлаждаемые сопловые ло­ патки ТВД выполнены литыми, полыми, объединенными пайкой в сегменты. Сопловые лопатки ТНД также полые, но без охлажде­ ния. Силовая турбина снабжена развитым диффузором.

Камера сгорания — встроенная, прямоточная, кольцевого типа. Горелочное устройство состоит из стабилизаторов — горе­ лок, выполненных в виде четырех концентричных колец. Наруж­ ная и внутренняя жаровая трубы выполнены составными из от­ дельных элементов по окружности.

Масляная система — общая для ГТУ и нагнетателя с использо­ ванием масла типа ТП-22. Система охлаждения масла — прямая воздушная. Стальные маслопроводы высокого давления (напор­ ные) в наиболее пожароопасных местах выполнены внутри слив­ ных маслопроводов ("труба в трубе").

Пуск агрегата осуществляется турбодетандером мощностью 300 кВт, вращающим ротор высокого давления и работающим на природном газе. Предусматривается возможность отбора сжатого воздуха от осевого компрессора до 1,7 кг/с и давлением 0,6 МПа для станционных технологических нужд. На входе компрессора предусмотрено устройство для периодической очистки (промыв­ ки) компрессора при работе агрегата под нагрузкой. Система ре­ гулирования агрегата — электропневматическая.

Нагнетатель типа 650 представляет собой полнонапорную двухступенчатую центробежную машину, предназначенную для параллельной схемы работы на КС. Вместе со вспомогательным оборудованием и первичными датчиками САУ нагнетатель смон­ тирован на раме и представляет собой транспортно-монтажный блок. Стальной литой корпус нагнетателя имеет один вертикаль­ ный монтажный и технологический разъемы. На крышке, соеди­ няемой с корпусом шпильками, укреплен корпус одного из под­ шипников с уплотнением.

Вся ходовая часть машины, включая ротор, неподвижные эле-

225

8-1 -1 6 4

менты проточной части, уплотнения и подшипники, образует еди­ ный узел-пакет, который может быть легко заменен в условиях эксплуатации.

Двухступенчатый ротор размещают в двух подшипниках, один из которых опорно-упорный. Рабочие колеса — сварные, закрытого типа. Уплотнение — масляное, торцевого контактного типа.

Элементы вспомогательных систем и устройств нагнетателя в значительной степени унифицированы с другими конструкция­ ми ПО "Невский завод" (например типов 520 и 235).

Автономность агрегата от внешнего электроснабжения обес­ печивают приводом уплотнительного насоса от вала нагнетателя, приводом главного маслонасоса от расширительной турбины, пи­ тающейся воздухом от осевого компрессора, наличием преобразо­ вателя постоянного тока в переменный, возможностью прососа циклового воздуха через маслоохладители.

Ремонтопригодность агрегата можно обеспечить при: модульности конструкции газогенератора, что позволяет про­

изводить замену его элементов для последующего заводского ре­ монта;

возможности осмотра горячих узлов без разборки с помощью оптических приборов;

установке системы параметрической и вибрационной диагно­ стики Г1У;

выполнении ходовой части нагнетателя в виде единого заме­ няемого пакета-гильзы;

оснащении агрегата комплектом специального инструмента для разборки-сборки;

наличии достаточной площади и грузоподъемных средств в индивидуальном здании для того, чтобы можно было при необхо­ димости провести полную разборку всех узлов в пределах этого здания.

Газоперекачивающие агрегаты серии "Урал"

Газоперекачивающие агрегаты типа ГПА-12 "Урал", ГПА-16 "Урал" и их модификации (табл 3.7) используют для оборудования действующих и вновь вводимых линейных компрессорных стан­ ций, предназначенных для транспортировки природного газа по

226

магистральным газопроводам.

Агрегаты имеют блочно-комплектную конструкцию с исполь­ зованием унифицированных, функционально законченных бло­ ков высокой заводской готовности, модулей, панелей и других конструктивных элементов, монтируемых на месте эксплуатации с применением универсальных грузоподъемных средств и инстру­ мента.

Разработаны базовые варианты конструкции газоперекачива­ ющих агрегатов в модификациях ГПА-12Р "Урал" и ГПА-16Р "Урал", предназначенных для реконструкции существующих цехов компрессорных станций с частичной заменой физически и морально устаревших блоков и агрегатов типа ГТК-10-4, ГПА-Ц-6,3, ГПА-Ц-16 идр.

Втурбоблоках ГПА используют ГГ У, выполненные на основе авиационных двигателей 4-го поколения.

Всоставе ГПА используют нагнетатели производства АО "Нев­ ский завод" (г. Санкт-Петербург), АО "Казанский компрессорный завод" (г. Казань), АО "СМНПО им. М. В. Фрунзе" (г. Сумы).

227

С 1998 г. стала возможна комплектация нагнетателями типа НЦМИ-12 и НЦ-16 "Урал" разработки и изготовления НПО "Искра".

Разработанные пакеджи ГПА позволяют размещать в них в ка­ честве привода любые из существующих и вновь разрабатывае­ мых газотурбинных установок и нагнетателей с получением гам­ мы унифицированных агрегатов практически любой требуемой мощности и назначения с привязкой к существующим компрес­ сорным станциям по требованию заказчика.

Агрегаты можно изготовить в двух исполнениях:

свертикальным выхлопом, позволяющим компактно разме­ стить агрегаты на площадках компрессорных станций;

сбоковым выхлопом, что позволяет улучшить условия эксплу­ атации утилизационного теплообменника за счет его размещения на нулевой отметке.

Разработан агрегат мощностью 10 МВт для подземных храни­ лищ газа.

Ведется разработка агрегатов типа "Урал" мощностью от 3 до

25 МВт, в том числе для подземных хранилищ газа и дожимных компрессорных станций.

Система автоматического управления, контроля и диагности­ ки выполнена на современной элементной базе и обеспечивает работу ГПА на всех режимах их эксплуатации.

В состав ГПА включена автоматическая система противопо­ жарной защиты, содержащая устройства для обнаружения загора­ ния и средства пожаротушения трех типов — углекислотные, аэрозольные и порошковые.

Монтаж ГПА на месте эксплуатации и пусконаладочные рабо­ ты выполняются с участием шеф-персонала НПО "Искра".

После ввода агрегата в эксплуатацию предлагается его сервис­ ное обслуживание.

Нормальная работа ГПА с газотурбинным приводом обеспечи­ вается вспомогательными системами: маслоснабжения, уплотне­ ний вала нагнетателя, охлаждения, топливного и пускового газа идр.

3.3.3. КС с электроприводом

На электроприводных компрессорных станциях магистраль­ ных газопроводов для привода центробежных нагнетателей, комп-

228

римирующих газ, применяют асинхронные и синхронные элект­ роприводы мощностью от 4000 до 12500 кВт.

Электроприводной газоперекачивающий агрегат включает в себя: электродвигатель, центробежный нагнетатель, мультипли­ катор и вспомогательное оборудование (масляную систему, систе­ му автоматического управления, регулирования и защиты, систе­ му охлаждения масла и воздуха, уплотнения нагнетателя и др.).

Технологические параметры ЭГПА (табл. 3.8) близки к техно­ логическим параметрам ГГПА, так как имеют высокую степень унификации с соответствующим типоразмером центробежного нагнетателя.

ЭГПА имеют ряд преимуществ перед другими типами приво­ да: меньшие капитальные затраты на строительство, более высо­ кую надежность, меньшую пожароопасность, сокращение обслу­ живающего персонала. С другой стороны, имеется ряд факторов, которые ограничивают сферу использования ЭГПА: отсутствие развитых энергетических систем в районах преимущественного пролегания крупных магистральных газопроводов, длительность строительства и капиталоемкость энергетических мощностей в этих районах: недостаточная надежность ЛЭП в условиях удале­ ния от ЕЭС; нерегулируемость электропривода по частоте враще­ ния: наличие в составе ГПА мультипликатора.

Впервых типоразмерах ЭГПА использовали асинхронные электродвигатели с фазным ротором, которые затем были модер­ низированы с использованием короткозамкнутого ротора (двига­ тели типа АЗ).

Последующие типоразмеры ЭГПА выполнены с синхронными двигателями с реакторным способом пуска (СТМ-4000-2, СТД- 12500-2) и прямым пуском непосредственно от сети (СТД-4000-2).

Внастоящее время наибольшее распространение на КС газо­ проводов получили синхронные двигатели СТД-4000-2 и СТД- 12500-2. Указанные двигатели выпускают в закрытом исполнении

сзамкнутым циклом вентиляции, с одним рабочим конусом вала, который соединяют с валом центробежного нагнетателя посред­ ством муфты через редуктор. Статор двигателя состоит из паке­ тов, разделенных вентиляционными каналами. Пакеты набирают из дисков или сегментов электротехнической стали, аналогично электродвигателю типа СТМ. Изоляция обмотки статора типа "Монолит-2", класса нагревостойкости "В".

229

8 -2 -1 6 4

230