Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

Применение в системах охлаждения рассматриваемых машин по­ зволит существенно улучшить процесс охлаждения и соответ­ ственно повысить технико-экономические показатели охлажде­ ния газа. Однако применение однородных систем с ХМ связано с увеличением капитальных и эксплуатационных затрат. На основе анализа факторов, влияющих на экономические показатели сис­ тем охлаждения газа, разработаны новые, более эффективные си­ стемы, к числу которых относят и созданную во ВНИИГАЗ рекупе­ ративную систему охлаждения газа РСО (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Рекуперативная система охлаждения газа и характер изменения температуры:

1 — рекуперативный теплообменник (РТО); 2 — нагнетатель; 3 — детандер (расширительная машина); 4 — дроссельное устройство; 5 — УТИХМ (ути­ лизационная холодильная машина); — температура перед РТО (прямой поток газа); £2 — температура перед ГПА; £3 — температура перед ABO; £4 — температура перед РТО (обратный поток газа); f5— температура после сис­ темы охлаждения (с недорекуперацией); £6 — температура после системы охлаждения (без недорекуперации); At^ — недорекуперация; АТ— недоохлаждение в АВО

271

В этой системе осуществляется не только первичное охлажде­ ние газа перед его поступлением в газопровод и поддерживается постоянной температура газа в процессе его движения по газопро­ воду, но и обеспечивается транспортирование газа по газопроводу при его пониженных или низких температурах. При этом газ мо­ жет транспортироваться как при температурах, равных или близ­ ких к температуре грунта, так и при отрицательных температурах (— 50) —(—60 °С). При этом значительно повышается пропускная способность и надежность газотранспортных магистралей.

Транспортируемый газ, имеющий температуру £1( из газопро­ вода поступает в рекуперативный теплообменник РТО, где за счет теплообмена с газом обратного потока нагревается до температу­ ры t2 и поступает с этой температурой на вход нагнетателя ГПА. В нагнетателе газ сжимается политропически и одновременно на­ гревается до температуры £3.

Нагретый газ поступает в АВО, где охлаждается за счет тепло­ обмена с атмосферным воздухом до температуры t4. Уровень тем­ пературы t4 определяется уровнем температуры атмосферного воздуха £а и всегда должен быть выше его на величину недоохлаждения AT—t4 —ta , оптимальные значения которой находятся обыч­ но в пределах 10 —15 °С. Предварительно охлажденный в АВО газ затем доохлаждается в РТО за счет теплообмена с газом прямого потока до температуры t5. Эта температура при идеальном газе бу­ дет всегда выше температуры £г на величину недорекуперации A£„p. В зависимости от площади теплообмена и эффективности ра­ боты РТО величина А£„р может иметь различные значения. В пре­ дельном случае при бесконечно большом по площади РТО А ^ = 0. Рациональные значения этой величины обычно находятся в преде­ лах 8 —10 °С.

Газ, имеющий после РТО температуру t5, направляется в де­ тандер (расширительную машину), где дополнительно охлаждает­ ся за счет расширения до температуры £6, равной входной темпе­ ратуре flt и при такой температуре поступает в газопровод, где он движется до следующей КС, на которой вновь повторяется опи­ санный выше цикл сжатия и охлаждения газа.

Температура газа может понизиться на величину Af^ или до более низких температур не только в детандере, но и в холодиль­ ной машине, работающей на тепле выпускных газов ГПА, при этом газ из РТО с температурой t5поступает в холодильную маши­

272

ну, где охлаждается до заданной температуры f6, а затем попадает в газопровод.

Степень предварительного подогрева газа в РТО у этой систе­ мы Л£рТо должна быть такой, чтобы с учетом дополнительного на­ грева газа в нагнетателе ГПА оказалось бы возможным сбросить получаемое газом при сжатии тепло с помощью АВО в окружаю­ щий атмосферный воздух. При этом температура конца охлажде­ ния в АВО — t4 всегда должна оставаться более высокой, чем тем­ пература атмосферного воздуха. При бесконечно большом по пло­ щади РТО и, следовательно, Af„p= 0 падение температуры газа в АВО точно равняется повышению температуры газа при его сжа­ тии в нагнетателе ГПА. При наличии недорекуперации падение температуры в АВО всегда будет меньшим на величину падения температуры в детандере. В этом случае требуемая степень повы­ шения давления газа в нагнетателе должна быть выше степени по­ вышения давления, необходимого для восстановления потерь дав­ ления в газопроводе, на величину, обеспечивающую снятие недо­ рекуперации за счет расширения газа в детандере.

В некоторых случаях более целесообразным может оказаться использование при реальных газах вместо детандера эффекта Джоуля-Томпсона, создаваемого путем пропускания газа через дроссельное устройство. В этом случае отпадает необходимость в применении детандера, что существенно упрощает конструк­ цию и эксплуатационные характеристики системы.

При эксплуатации газопроводов с температурами транспорти­ руемого газа, близкими к температуре грунта, в большинстве слу­ чаев отсутствует необходимость строгого соблюдения равенства температур на входе и выходе КС. Обычно допускается, чтобы температура газа на выходе была на 4 — 8 °С выше температуры газа на входе. При движении газа но газопроводу от одной КС до другой это превышение температуры будет снято за счет отвода тепла в окружающий грунт. В этом случае роль устройства, снима­ ющего недорекуперацию, будет играть сам газопровод.

Если газ транспортируется при низких температурах и по тру­ бопроводу, имеющему тепловую изоляцию стенок, то, как показы­ вают специальные расчеты, при хорошей изоляции будет наблю­ даться некоторое (на 4 — 8 °С) снижение температуры газа по мере движения его от одной КС до другой вследствие его изоэнтальпического расширения. Очевидно, и в этом случае трубопровод бу­

273

дет также играть роль устройства, снимающего недорекуперацию газа в системе охлаждения.

В обоих этих случаях газ будет поступать в трубопровод непо­ средственно с температурой £5, более высокой, чем температура £1( охлаждаться в нем за счет того или иного эффекта до температуры £| и с этой температурой поступать к следующей КС.

Полное охлаждение газа до его первоначальной температуры может потребоваться только при транспортировке газа по трубо­ проводу в условиях вечной мерзлоты. Устранение возможности растепления вечномерзлых грунтов требует, чтобы температура газа после системы охлаждения равнялась бы температуре газа до нее, и обе они вместе должны равняться температуре вечномерз­ лого грунта. В этом, последнем, случае система должна применять­ ся в полном объеме, с "внутренним" снятием недорекуперации и с использованием детандера (холодильной машины) или дрос­ сельного устройства.

Таким образом, в рассматриваемой системе температурный потенциал сжатого газа повышается за счет рекуперации тепла до уровня, позволяющего сбросить получаемое газом при сжатии в нагнетателе тепло в окружающую среду с помощью обычных АВО, т. е. уровня, превышающего £а. При этом затрачивается до­ полнительная работа, равная разнице работ сжатия газа с началь­ ными температурами, равными температурам после и до РТО. Последнее означает, что описываемая система по характерным признакам аналогична любым другим системам охлаждения, зада­ ча которых также заключается в повышении за счет затраты опре­ деленного количества работы температурного потенциала рабоче­ го тела с некоторого, более низкого уровня, до относительно более высокого, при котором отбираемое на низком температурном потенциале тепло может уже сбрасываться в окружающую среду.

3.7. УСТАНОВКИПОДГОТОВКИГАЗАТОПЛИВНОГО, ПУСКОВОГО, ИМПУЛЬСНОГОИДЛЯСОБСТВЕННЫХНУЖД

На площадках компрессорных станций необходимо предус­ матривать установку подготовки газа топливного, пускового, им­ пульсного и для собственных нужд КС и жилого поселка. На уста­ новке проводят:

274

очистку, подогрев и редуцирование топливного газа в соответ­ ствии с требованиями заводов-изготовителей агрегатов;

очистку и редуцирование пускового газа в соответствии с тре­ бованиями заводов-изготовителей агрегатов;

очистку и осушку импульсного газа; очистку и редуцирование газа для собственных нужд комп­

рессорной станции и жилого поселка; измерение расхода газа.

Отбор газа на установку подготовки предусматривается:

от узла подключения компрессорной станции к газопроводу (до и после обводного крана № 20 станции);

после установки очистки газа (основной отбор); из нагнетательных шлейфов компрессорного цеха (в зимний

период).

В технологической схеме установки подготовки газа следует предусматривать:

подогрев топливного газа до плюс 25 °С, редуцирование его до рабочего давления в соответствии с техническими условиями за­ водов-изготовителей газоперекачивающих агрегатов и поддержа­ ние этого давления с точностью до ± 0,05 МПа;

измерение и редуцирование топливного газа котельной, ре­ зервной электростанции и подогревателей газа;

осушку импульсного газа до точки росы минус 55 °С (при ра­ бочем давлении);

хозрасчетное измерение и учет суммарного расхода топлив­ ного, пускового и импульсного газа с коррекцией по температуре и давлению;

выдачу результатов измерения расхода на диспетчерский пункт КС.

Блоки редуцирования следует проектировать в соответствии с требованиями СНиП 2.04.08-87*. Топливный газ после установки подготовки должен соответствовать требованиям ГОСТ 21199 — 82.

Система подогрева топливного газа должна включать не менее двух подогревателей. При отключении одного из подогревателей оставшиеся в работе должны обеспечивать не менее 70 % номи­ нальной тепловой производительности системы.

В системе редуцирования давления пускового и топливного газа необходимо предусматривать:

100 %-ный резерв регуляторов давления;

275

автоматическое переключение рабочей и резервной линий; обвод регуляторов давления.

Система подготовки импульсного газа должна включать: два ресивера, один из которых предназначается для узла подключения КС; два адсорбера; печь газа регенерации адсорбента. Вмести­ мость ресиверов импульсного газа следует рассчитывать из усло­ вия обеспечения перестановки всех кранов компрессорной стан­ ции придвух последовательных аварийных остановках станции.

Необходимо предусматривать автоматическое измерение влагосодержания импульсного газа с помощью регистрирующего влагомера.

Объем адсорбента следует рассчитывать на следующие усло­

вия:

число аварийных остановок компрессорной станции — два в год;

число пусков и остановок каждого газоперекачивающего аг­ регата — 20 в год;

время заполнения ресиверов — не менее 15 мин; периодичность регенерации адсорбента — 2 —3 раза в год Система подготовки импульсного газа должна иметь два ад­

сорбера, в одном из которых происходит осушка газа, в другом — регенерация (либо он находится в резерве). Регенерацию адсор­ бента необходимо производить осушенным природным газом, по­ догретым в печи газа регенерации.

Следует предусматривать контрольное (технологическое) из­ мерение расхода топливного газа по каждому газоперекачиваю­ щему агрегату. Измерительные диафрагмы необходимо устанав­ ливать на линиях после смешивания потоков газа, идущих от бло­ ка редуцирования и от уплотнения нагнетателей.

Цеховые коллекторы топливного, пускового и импульсного газа должны иметь продувочные и дренажные свечи.

В качестве примера рассмотрим блок подготовки топливного, пускового и импульсного газа (БТПГ), предназначенного для снаб­ жения агрегатов ГТН-6 компрессорной станции "Кармаскалинская" топливным газом давлением 1,4 —1,5 МПа, пусковым газом давлением 1,0 МПа и импульсным газом для работы кранов обвяз­ ки ГПА и коллекторов технологического газа (рис. 3.30).

Система топливного и пускового газа предназначена для пода­ чи газа с требуемым давлением и в необходимом количестве к га-

276

зоперекачивающим агрегатам. Система импульсного газа обеспе­ чивает его подачу к узлам управления и пневмоцилиндрам для пе­ рестановки кранов топливного и пускового газа, а также к конт­ рольно-измерительным приборам и устройствам автоматического регулирования ГПА. В качестве топливного, пускового и импуль­ сного газа используется транспортируемый газ. Отбор газа на ус­ тановку подготовки топливного, пускового и импульсного газа производится из всасывающего коллектора после пылеуловителей или нагнетательных шлейфов компрессорного цеха в зимний пе­ риод при аварийной остановке подогревателей топливного газа. Для первоначального запуска ГПА отбор газа производят из газо­ провода.

В БТПГ входят:

два сепаратора первой ступени диаметром 800 мм, р = 6,4 МПа; два подогревателя газа ПГА-10; два сепаратора второй ступени для топливного газа диаметром

800 мм, р = 1,6 МПа; один блок-бокс редуцирования топливного и пускового газа

ГБКС.030.00.00.000 СПКБ ПНГСМ; узел регулирования импульсного газа (дросселирование до

давления 1,66 МПа); блок адсорберов 948.351.00.00.00 (Туламашгаз), р = 5,39 МПа; приборы КИПиА;

фильтры тонкой очистки топливного и пускового газа. Отбор газа на БТПГ производится из четырех точек:

через кран № 86 из входного коллектора газопровода, до крана

№ 20;

через кран № 87 из выходного коллектора газопровода, после крана № 20;

через кран № 88 из выходного коллектора, до АВО газа; через кран № 89 из выходного коллектора, после АВО газа.

Через один из кранов (№ 86; 87; 88; 89) газ поступает сначала в сепараторы первой ступени, затем (через краны № 4; 8; 9; 12) на автоматический подогреватель газа ПГА-10, где нагревается до температуры 20 — 50 °С. Подогретый в подогревателях топливный газ после блока редуцирования с давлением 0,78 — 0,98 МПа пода­ ется в коллектор сепараторов второй ступени, а затем через краны № 14 и 16 в сепараторы С-2 второй ступени. После прохождения сепараторов второй ступени топливный газ направляется в кол­

278

лектор топливного газа компрессорного цеха диаметром 400 мм. Пусковой газ после блока редуцирования с давлением 0,78 —

0,98 МПа направляется в коллектор пускового газа компрессорно­ го цеха диаметром 200 мм.

Для обеспечения бесперебойной работы пневматических при­ водов и приборов импульсный газ предварительно очищают и осу­ шают. Степень очистки и осушки импульсного газа должна быть такой, чтобы исключалось заедание и обмерзание рабочих испол­ нительных органов при температуре наружного воздуха до —50 °С. Осушенный импульсный газ направляется:

вколлектор импульсного газа высокого давления (р= 5,5 МПа) для управления пневмоприводными кранами обвязки компрес­ сорных агрегатов и кранами узла подключения;

вколлектор импульсного газа низкого давления (предвари­ тельно дросселированный до 1,66 МПа) для управления кранами топливного и пускового газа.

Регенерация адсорбента осуществляется горячим воздухом, от­ бираемым от осевого компрессора газоперекачивающих агрегатов.

Вобщем случае давление топливного и пускового газа зависит от типа ГПА. Топливный газ редуцируется для ГТН-6 до 0,9 МПа, для ГТК-10-4 и ГТН-16 — до 1,5 МПа, для ГТН-25 — до 2,45 МПа. Пусковой газ проходит через регуляторы, снижающие его давле­ ние до 0,9 МПа для ГТН-6, до 1,5 МПа — для ГТК-10-4, ГТН-16

идо 2,5 МПа — для ГТН-25.

Схема подачи топливного и пускового газа к газотурбинным установкам показана на рис. 3.31.

Топливный газ поступает из коллектора в камеру сгорания че­ рез кран № 12бис, расходомерную диафрагму, кран № 12, стопор­ ный (СК) и регулирующий (РК) клапаны. Краны № 14 и 15 использу­ ются для запальной и дежурной горелки в период пуска агрегата.

Пусковой газ из системы редуцирования, где снижается его давление до 1,0 —1,5 МПа, поступает через краны № 11 и 13 на вход в турбодетандер, где расширяется (давление снижается до атмос­ ферного) и совершает полезную работу, идущую на раскрутку осевого компрессора и турбины высокого давления.

Системы пускового, топливного и импульсного газа на КС мо­ гут различаться не только уровнем давлений, но и конструктивно. В последние годы широкое применение нашли блочные установ­ ки. В качестве примера можно привести блок топливного и пуско-

279

Цеховой коллектор топливного газа

Рис. 3.31. Схема подачи топливного и пускового газа к газотурбинным установкам

вогогаза БТПГ6/75.

Блок БТПГ 6/75 предназначен для эксплуатации в условиях умеренного и холодного климата при температуре окружающего воздуха от — 55 до + 50 °С.

Блок БТПГ состоит из следующих основных частей: подогревате­ ля газа; блока редуцирования; двух датчиков замера расхода газа.

280