Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

р, МПа

Рис. 3.24. График зависимости производительности пылеуловителя от дав­ ления Q—f[p) при различных перепадах давления на аппарате Ар

Рис. 3.25. Пылеуловитель мультициклонный вертикальный:

I — входной патрубок: 2 — циклон­ ные трубы; 3 — выходной патрубок: 4 — отбойная решетка: 5 — люк-лаз;

I 9 6 — перегородка; 7 — сборная ем­ кость; 8,9,10— дренажные патрубки; II — патрубки пароподогревателя

261

в газопроводе, со встроенными в него циклонами.

Циклонный пылеуловитель состоит из двух секций: нижней — отбойной и верхней — осадительной.

Внижней секции находятся циклонные трубы 2, укрепленные

вперегородке 6 и крышке конусной емкости 7, предназначенной для сбора твердых и жидких примесей. На корпусе пылеуловителя

выполнены входной 1 и выходной 3 патрубки для газа, люк-лаз 5, патрубки 8, 9, 10 для дренажа жидких и твердых примесей из раз­ ных полостей агрегата, патрубки 11 для пароподогревателя, пред­ назначенного для разогрева и превращения в жидкую фазу улов­ ленного шлама в зимних условиях.

Очищаемый газ поступает через входной патрубок 7, изменя­ ет направление движения и скорость, за счет чего происходит пер­ вичная очистка от крупных частиц, оседающих в нижней части ап­ парата. Далее газ поступает в циклоны 2, где примеси отделяются

ивыпадают по дренажным трубкам в конусную сборную емкость

7.В верхней части агрегата имеется отбойная решетка 4; за счет изменения скорости и направления потока в этой части происхо­ дит окончательная очистка, а уловленные примеси дренируются по трубкам в конусную емкость. Уловленные жидкие и твердые примеси периодически удаляются по дренажным линиям в систе­ му их сбора. Номинальное гидравлическое сопротивление аппара­ та 0,039 МПа. Эффективность очистки газа циклонными пылеуло­ вителями составляет не менее 100 % для частиц размером 40 мкм

иболее и 95 % — для частиц капельной жидкости.

Всвязи с невозможностью достичь высокой степени очистки газа в циклонных пылеуловителях появляется необходимость вы­ полнять вторую ступень очистки, в качестве которой используют фильтры-сепараторы, устанавливаемые последовательно после циклонных пылеуловителей.

Фильтр-сепаратор (рис. 3.26) состоит из корпуса 4, разделен­ ного перегородкой 5 на две секции и снабженного торцевой крышкой 1 с быстроразъемным затвором и патрубками 3 и 7 для входа и выхода газа. В первой по ходу газа секции располагаются 54 фильтрующих элемента 11, предназначенные для улавливания твердых частиц размером от 1 мкм и более. Для гашения скорости потока и защиты фильтрующих элементов от прямого удара струи газа установлен отбойный щиток 2. Во второй секции размещен пакет туманоуловителя 6, в котором газ окончательно очищается

262

Рис. 3.20. Конструктивная схема фильтра-сепаратора:

I — крышка; 2 — отбойный щиток; 3 — входной патрубок; 4 — корпус; 5 — перегородка; 6 — пакет туманоуловителя; 7 — выходной патрубок; 8 — дре­ нажный патрубок; 9— дренажный коллектор; 10— перегородка коллектора; II — фильтрующий элемент

от жидких частиц в капельном и туманообразном состоянии. Под корпусом расположен дренажный коллектор 9. разделенный на две части перегородкой 10 и снабженный дренажными патрубка­ ми 8 из каждой части коллектора.

Работа фильтров-сепараторов основана на принципе фильтра­ ции газа через слой специальным образом обработанного стекло­ волокна толщиной 15 мм. Этот материал натягивается на перфо­ рированную трубу (коэффициент перфорации около 23 %). По мере загрязнения фильтрующих элементов их заменяют на от­ ключенном аппарате через открытую крышку с быстроразъем­ ным затвором. Контроль за работой фильтра осуществляется по перепаду давления в секциях, номинальное гидравлическое со­ противление фильтра — 0,044 МПа, максимальный допустимый перепад давления (по мере загрязнения фильтрующих элемен­ тов) — до 0,078 МПа.

Для работы в зимних условиях фильтр-сепаратор снабжен электрообогревом его нижней части, конденсатосборником и кон­ трольно-измерительной аппаратурой. В процессе эксплуатации происходит улавливание механических примесей на поверхности фильтрующего элемента, что приводит к увеличению перепада дав­

263

лений на фильтре-сепараторе. При достижении перепада, равного 0,044 МПа, фильтр-сепаратор необходимо отключить и произвести в нем замену фильтрующих элементов на новые.

Как показывает опыт эксплуатации газотранспортных систем, наличие двух ступеней очистки обязательно на станциях подзем­ ного хранения газа (СПХГ), а также на первой по ходу линейной компрессорной станции, принимающей газ из СПХГ. После очи­ стки содержание механических примесей в газе не должно превы­ шать 5 мг/м3.

3.6. СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ГАЗА НАКОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЯХ

Компримирование газа на КС приводит к повышению его тем­ пературы на выходе станции. Численное значение этой темпера­ туры определяется ее начальным значением на входе КС и степе­ нью повышения давления газа.

Излишне высокая температура газа на выходе станции, с од­ ной стороны, может привести к разрушению изоляционного по­ крытия трубопровода и недопустимым температурным напряже­ ниям в стенке трубы, а с другой стороны, — к снижению подачи технологического газа и увеличению энергозатрат на его компри­ мирование (из-за увеличения его объемного расхода).

В микроклиматическом районе с холодным климатом для уча­ стков с многолетнемерзлыми грунтами необходимо охлаждать газ до отрицательных температур с целью предотвращения протаивания грунтов вокруг трубопровода. В противном случае это может привести к смещению трубопровода и, как следствие, к возникно­ вению аварийной ситуации.

Охлаждение газа до температуры грунта следует предусмат­ ривать на станциях охлаждения газа, обеспечивающих стабиль­ ный уровень температуры в газопроводе. В других районах охлаж­ дение газа следует предусматривать, как правило, в аппаратах

воздушного охлаждения.

Количество аппаратов воздушного охлаждения следует опре­ делять гидравлическим и тепловым расчетом газопровода, исходя из расчетной среднегодовой температуры наружного воздуха, среднегодовой температуры грунта и оптимальной среднегодовой

264

температуры охлаждения газа.

Количество аппаратов воздушного охлаждения газа должно быть уточнено гидравлическим и тепловым расчетом газопровода для абсолютной максимальной температуры наружного воздуха и июльской температуры грунта. Полученную при этом темпера­ туру транспортируемого газа следует принимать в расчетах устой­ чивости и прочности трубы и изоляции.

При невозможности обеспечить требуемую степень устойчи­ вости и прочности трубы количество аппаратов воздушного ох­ лаждения должно быть увеличено.

Оптимальную среднегодовую температуру охлаждения газа необходимо принимать на 10 —15 °С выше расчетной среднегодо­ вой температуры наружного воздуха. Расчетную температуру на­ ружного воздуха на входе в АВО в данный рассматриваемый пери­ од (год, квартал, месяц) следует вычислять по формуле

где Га — средняя температура наружного воздуха в рассматривае­ мый период, определяемая по данным главы СНиП 2.01.01-82;

8Га — поправка на изменчивость климатических данных, ЬТа следует принимать равной 2 °С.

Тепловой расчет аппаратов воздушного охлаждения газа вы­ полняют по "Методике теплового и аэродинамического расчета аппаратов воздушного охлаждения" института ВНИИнефтемаш. В тепловом расчете принимают 10 %-ный запас поверхности тепло­ обмена, учитывающий возможность выхода из строя отдельных вентиляторов и загрязнения поверхностей теплообмена в процес­ се эксплуатации.

Установка охлаждения газа должна быть общей для всех газо­ перекачивающих агрегатов компрессорного цеха, иметь коллек­ торную схему обвязки и обвод. На реконструируемых компрес­ сорных станциях допускается проектировать установки охлажде­ ния газа на нагнетательной линии каждой группы газоперекачива­ ющих агрегатов.

Следует предусматривать аварийную остановку компрес­ сорной станции при повышении температуры газа на выходе ап­ паратов воздушного охлаждения газа выше 70 °С. При повыше­

265

нии температуры газа на выходе АВО до + 45 °С следует предус­ матривать предупредительный сигнал и автоматическое включе­ ние вентиляторов АВО, находящихся в резерве.

До последнего времени существовала точка зрения о необхо­ димости охлаждения газа при больших степенях сжатия для обес­ печения сохранности антикоррозийной изоляции трубы. Вопрос об охлаждении газа решался для каждого конкретного случая на основании технико-экономических расчетов, причем предельные температуры устанавливали исходя из условий термоустойчиво­ сти битумных покрытий, равной + 70 °С.

В связи с увеличением диаметра газопроводов, непрерывным ростом степени сжатия, строительством газопроводов в слабозащемляющих грунтах, например в песках Средней Азии и север­ ных районах, появилась необходимость поддержания температу­ ры газопровода на постоянном уровне как по длине газопровода, так и во времени (изотермический режим работы газопровода). Та­ кой режим повышает несущую способность грунта, что увеличивает надежность линейной части. Температура газа в северных условиях должна находиться на уровне температуры вечномерзлого грунта.

Кроме этого, в дальнейшем будет поставлена задача более глу­ бокого охлаждения газа в целях роста производительности газо­ проводов за счет увеличения плотности перекачиваемого газа.

Исследования показывают, что для охлаждения газа возможно применение как одноконтурных, так и двухконтурных (с проме­ жуточным теплоносителем) систем охлаждения с использованием аппаратов воздушного охлаждения. При более глубоком охлажде­ нии необходимо применять холодильные агрегаты для полного ох­ лаждения, либо для доохлаждения газа после аппаратов воздушно­ го охлаждения. К теплообменным аппаратам, предназначенным для охлаждения газа, предъявляется ряд требований эксплуатаци­ онного характера: отсутствие смешения газа и охлаждающей сре­ ды, малая засоряемость поверхностей теплообмена и всего аппа­ рата, удобство ревизий и ремонта, надежность работы аппарата и отдельных его узлов. Существенное значение имеют небольшая стоимость и простота изготовления.

Взаимное расположение теплообменных секций и вентилято­ ров для прокачки воздуха практически и определяет конструктив­ ное оформление АВО. Теплообменные секции АВО можно распо­ лагать горизонтально, вертикально, наклонно, зигзагообразно, что

266

иопределяет компоновку аппарата.

Впоследние годы на КС применяют аппараты воздушного ох­ лаждения различных конструкций: горизонтальные (АВГ), верти­ кальные (АВВ), зигзагообразные (АВЗ) и шатровые (АВШ), мало­ поточные обозначаются АВ-М (табл. 3.11).

Обозначение моделей и аппаратов воздушного охлаждения состоит из следующих букв и цифр: в числителе — шифр аппарата (АВГ, АВВ и т. д.), тип продукта (В — вязкие, ВВ — высоковязкие), число вентиляторов, давление (6, 10, 16, 25, 40, 64 кгс/см2) и группа материального оформления (Б — биметаллические трубы, М — монометаллические трубы), знаменатель — число рядов труб, чис-

267

ло ходов и длина труб. Например, Авг В1 ^ —— обозначает ап­

парат воздушного охлаждения, горизонтальный, для вязких про­ дуктов, одновентиляторный, давление 64 кгс/см2, группы матери­ ального оформления Б1, шестирядный, двухходовой, с длиной труб 4 м.

Аппараты воздушного охлаждения различаются также распо­ ложением вентилятора. При нижнем расположении вентилятора холодный атмосферный воздух прокачивается через теплообмен­ ные секции под избыточным давлением, создаваемым вентилято­ ром (рис. 3.27). При верхнем расположении вентилятора (рис. 3.28) нагретый воздух проходит в межтрубном пространстве секций за счет разрежения, возникающего перед вентилятором.

Аппараты воздушного охлаждения следует выбирать приме­ нительно к конкретным условиям с учетом необходимой поверх­ ности теплообмена, рабочего давления, температуры охлаждаю­ щего воздуха, требуемой степени охлаждения, параметров охлаж­ даемого газа. Теплопередающую поверхность выполняют из моно­ металлических труб с оребрением (алюминий, латунь и др.) и биметаллическихтруб, у которых внутренние трубы выполнены из углеродистой, хромистой или нержавеющей стали, а наружные — из латуни, алюминия или легкой стали. Материал труб должен обла­ дать коррозионной устойчивостью в условиях рабочей среды, а материал ребер — коррозионной устойчивостью в атмосферных условиях.

Уменьшение температуры технологического газа, поступаю­ щего в газопровод после его охлаждения в АВО, приводит к умень­ шению средней температуры газа на линейном участке трубопро­ вода и, как следствие, к снижению температуры и увеличению давления газа на входе в последующую КС. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению степени сжатия на последующей стан­ ции (при сохранении давления на выходе из нее) и энергозатрат на компримирование газа по станции.

Очевидно также, что оптимизация режимов работы АВО дол­ жна соответствовать условию минимальных суммарных энерго­ затрат на охлаждение и компримирование газа на рассматривае­ мом участке работы газопровода.

Следует также отметить, что АВО газа являются экологически чистыми устройствами для охлаждения газа, не требуют расхода

268

Рис. 3.27. Схема ABO зигзагообразного типа с нижним расположением вен­ тилятора:

1 — секция; 2 — металлическая несущая конструкция; 3 — диффузор; 4 — коллектор; 5 — лопасти вентилятора; 6 — привод; 7 — комплект жалюзи

Рис. 3.28. Аппарат воздушного охлаждения газа с верхним рас­ положением вентилятора:

1 — теплообменная поверхность;

2 — вентилятор; 3 — патрубок; 4 — диффузор; 5 — клиноременная передача; 6 — электродвигатель

269

воды, относительно просты в эксплуатации. Широко применяют следующие типы АВО газа: 2АВГ-75 отечественного производства и производства Германии, АВЗД, фирм "Нуово Пиньоне", "Хадсон Италия" и "Крезо Луар".

Быстрый рост добычи и транспорта газа, особенно из удален­ ных от промышленных районов крупнейших месторождений Се­ вера, повлекший за собой значительное увеличение протяженно­ сти трасс магистральных газопроводов и переход на трубопрово­ ды больших диаметров, способствовал разработке новых техноло­ гических решений, направленных на повышение пропускной способности и надежности газотранспортных магистралей. Одно из таких решений — охлаждение компримируемого газа, которое в современной практике производится в однородных системах с использованием только АВО или холодильных машин (ХМ), включаемых параллельно на выходе газа из КС. Можно также применять неоднородные системы охлаждения, в которых темпе­ ратура газа снижается сначала в АВО, установленных на выходе газа из КС, а затем в холодильных машинах.

Результаты испытаний и обобщение опыта эксплуатации од­ нородных систем охлаждения газа с АВО показывают, что их при­ менение ограничивается температурой атмосферного воздуха ta. Если необходимо охладить газ до температуры окружающего воз­ духа или ниже, такие системы оказываются непригодными.

В этом случае можно использовать однородные системы с ХМ обычного типа или неоднородные системы, включающие АВО и холодильные машины. В качестве ХМ для охлаждения природно­ го газа после его компримирования в данное время применяются в основном холодильные пропановые машины с ГМК типа 10ГКН. Большое внимание уделено разработке и внедрению абсорбцион­ ных и пароэжекторных холодильных установок, работающих на тепле выпускных газов ГПА

Во ВНИИГАЗ разработана технология охлаждения природно­ го газа на КС в однородных системах с использованием в них па­ рокомпрессионных холодильных машин, работающих на бинар­ ном хладоагенте — смесь пропана (60 %) и бутана (40 %).

Внастоящее время осваивается производство таких машин

сэлектроприводными агрегатами АТП 5-8/1 и АТП 5-16/1 холодопроизводительностью 9,3— 18,6 МВт, а также с газотурбинными агрегатами ТКА-П-6,3/10 холодопроизводительностью 18,6 МВт.

270