книги из ГПНТБ / Хушпулян, М. М. Технико-экономические показатели современных компрессоров и установок

Рис. 9. Схема оппозитного расположения цилиндров компрес­ сора трех моделей RDL («Ингерсолл-Рэнд»)

Возможность быстрой замены одного нормального ряда компрессорных цилиндров другим позволяет в большом диапа­ зоне обеспечивать производительность и давление нагнетания (в пределах обусловленной мощности привода) за счет эффек­ тивного использования энергии пластового давления. Кроме то­ го, предусмотренная система агрегирования привода с ком­ прессором позволяет применить приводы различных видов, что существенно для приспособления установки к условиям экс­ плуатации.

Фирмой «Ингерсолл-Рэнд» учрежден опытный ■филиал

39

.<Саутвест», который по специальным заказам выпускает, начи­ ная от индивидуального проектирования и кончая стадией из­ готовления, передвижные компрессорные установки, предназна­ ченные для компримирования нефтяного и инертного газа, а также воздуха до давления нагнетания 670 кгс/см2 и более.

Разработана также установка «Тенекс» для компримирова­ ния выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания с целью нагнетания в пласт для поддержания пластового давления. Ис­ пользование выхлопных газов для закачки их в пласт с целью интенсификации нефтеотдачи пласта по вторичным методам до­ бычи нефти стало возможным лишь после того, как удалось осуществить очистку выхлопных газов до состояния некорро­ зийного инертного газа. Очистительное устройство смонтирова­ но блочно и является составной частью передвижной или полупередвижной установки.

Установки «Тенекс», выполненные в передвижном и полупередвижном исполнении, применяются при добыче нефти с верх­ них горизонтов, опробовании источников воды для заводнения, поддержании режима растворенного газа, при вытеснении неф­ ти смешанной фазы.

В установке, скомпонованной филиалом «Саутвест» для на­ гнетания выхлопных газов, используются оппозитные компрес­ соры модели ННЕ «Ингерсолл-Рэнд».

Технико-экономический эффект от применения передвижных и полупередвижных компрессорных установок в нефтяной про­ мышленности за рубежом настолько значителен, что фирмами выпускаются установки с самой различной мощностью. Напри­ мер, установки «Саутвест» рассчитаны для работы в диапазоне от 35 до 5500 л. с. В зависимости от мощности установки и ус­ ловий их применения они оснащены приводом различного вида. Каждая модель установки имеет индивидуальную конструкцию с особенностями, отвечающими заданным требованиям.

Установки монтируются на жестких салазках, которые мо­ гут быть смонтированы на передвижных лафетах или непосред­ ственно на стационарных временных фундаментах, без наруше­ ния при этом правильности сборки узлов. Установки средней мощности крепятся на одном лафете вместе с системой охлаж­ дения, воздушного запуска, масляной системой и системой авто­ матического контроля. Охлаждение двигателя, компрессора, компримируемого газа осуществляется воздухом. Поверхност­ ные охладители выполнены из оребренных труб, скомпонован­ ных в блоки и сгруппированных в воздухоциркуляционной шахте. Фирма отдает предпочтение гидравлическому приводу вентилятора.

Относительно мощные передвижные и полупередвижные установки, выпускаемые филиалом фирмы «Саутвест», для удобства транспортировки и обслуживания монтируются раз­ дельно на двух салазках: на одних монтируются мощный газо-

40

мотокомпрессор, воздушные фильтры, глушитель, воздушный, стартер, вспомогательные насосы, поверхностные холодильники,, на других — охлаждающая система с радиаторами, газоочисти­ тели и другое вспомогательное оборудование.

Все трубопроводы водяной, масляной, воздушной и газовой, систем спроектированы и исполнены так, что обеспечено быст­ рое их подсоединение как между собой в пределах каждой блочной установки, так и с трубопроводами оборудования, смонтированного на вторых салазках. Кроме того, применениебыстросборных соединений позволяет подключаться к промыс­ ловым коммуникациям.

Более мощные передвижные и полупередвижные установки в последнее время начинают интенсивно использоваться на ма­ гистральных газопроводах. Они применяются в качестве как основных газоперекачивающих агрегатов, так и бустерных. Крупноблочная компрессорная установка’, управляемая дистан­ ционно, может быть быстро введена в эксплуатацию и не тре­ бует каких-либо капиталоемких строительно-монтажных работ.. Применение таких установок в качестве бустерных станций на магистральных газопроводах обеспечивает увеличение их про­ пускной способности с минимальными затратами средств и вре­ мени. Кроме того, с падением пластового давления на головных сооружениях магистрального газопровода требуется включение- в работу дополнительного числа таких установок, что обеспечи­ вает условия для работы компрессорных станций на расчетном режиме.

Сборная поставка компрессорных установок позволяет бы­ стро ввести их в эксплуатацию без существенных затрат средств и времени, что создает условия для широкого приме­ нения их на магистральных газопроводах.

Фирма «Уайт Сюпериор» (США) также выпускает газовые двигатели и одновременно изготовляет полупередвижные (смон­ тированные на полозьях) установки нескольких марок с оппозитным расположением компрессорных цилиндров.

В табл. 7 представлены основные технические данные полупередвижных компрессорных установок фирмы «Уайт Сюпе­ риор». Система охлаждения в установках двухконтурная; в ка­ честве охлаждающего агента используется вода и окружающий воздух. Так как двигатель (привод компрессора) является са­ мостоятельным агрегатом, охлаждение силовой части осущест­ вляется самостоятельно с помощью встроенного радиатора гг вентилятора, расположенного непосредственно у двигателя. Компрессорная часть охлаждается от самостоятельной системы,, которая также является двухконтурной. Перечисленные в табл. 7 компрессорные установки смонтированы на жестких и относительно легких рамах, поэтому легко разгружаются с- транспортного лафета.

Передвижные и полупередвижные компрессорные установки,.

411

'Производительность при давлении всасывания 1 кгс/см2

идавлении нагнетания

выпускаемые также фирмой «Купер Бессемер» (США), широко используются в нефтяной промышленности для сбора и транс­ порта газа, газлифтной эксплуатации скважин, закачки газа ■в пласт, подземного хранения газа. Эти агрегаты зачастую яв­ ляются составной частью комплексной установки термического воздействия на пласт. В табл. 8 приведены основные данные

42

.компрессора используют в качестве поршней продувочных на-

•сосов двигателя. В средней части цилиндра помещена форсун­ ка, через которую в цилиндр подается топливо.

СПДК в отличие от обычных кривошипных компрессорных машин обладают следующими основными преимуществами:

двигатель и компрессор объединены в одном корпусе об­ щим механизмом движения, едиными системами охлаждения и смазки. Такое исполнение делает агрегат компактным, значи­ тельно уменьшает металлоемкость. В 'СПДК в отличие от обыч­ ных поршневых компрессорных машин осуществляется непо­ средственная передача работы силовой части поршневому ком­ прессору. Применение в силовой части высоких степеней сжатия и высокого наддува обеспечило высокий к. п. д. СПДК —

40-45% ;

в СПДК отсутствуют сложные кривошипно-шатунный меха­ низм между двигателем и компрессором, 'система смазки и ох-

.лаждения, в результате чего сведено к минимуму число вспомо­ гательных мехаиизмов;

при строгом равенстве весов поршневой группы СПДК прак­ тически является полностью уравновешенным агрегатом при работе на любых режимах, вследствие чего не требуется фун­ даментов для его установки;

так как длина хода и крайние положения поршней не по­ стоянны, как это имеет место в компрессорах с кривошипно­ шатунным механизмом, а изменяются с режимом работы ком­ прессора, изменение величины хода поршней вызывает измене­ ние объемной подачи компрессора, что обеспечивает саморегу­ лирование СПДК при их работе на переменных режимах;

мгновенность и большая надежность пуска двигателя СПДК вследствие применения высоких степеней сжатия в силовой ча­ сти агрегата. Согласно зарубежным данным, пуск СПДК в ра­ боту при температурах окружающего воздуха минус 15—20° С осуществляется безотказно, без какого-либо предварительного

•обогрева агрегата. Такими надежными пусковыми качествами не обладает ни один из существующих поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Наиболее широко распространены СПДК низкого давления (6—7,5 кгс/см2) производительностью 3,6—12 м3/мин и высокого (150—400 кгс/см2) производительностью 2—4 м3/мин. Перечис­ ленные выше технико-экономические преимущества СПДК создают условия для их широкого применения в нефтегазодобы­ вающей промышленности в качестве передвижных и полупередвижных установок. Так, свободнопоршневые дизель-компрессо­ ры высокого давления могут быть успешно использованы при испытании нефтяных скважин и трубопроводов, бурении с при­ менением сжатых газов и др. Высокие пусковые качества СПДК, их экономичность и высокая транспортабельность обес­ печили им существенный технико-экономический эффект при

45

использовании в северных нефтегазодобывающих районах, страны, а также на морских месторождениях нефти и газа.

Наряду с перечисленными преимуществами СПДК имеют и. недостатки.

При увеличении числа циклов в минуту и степени сжатия тепловая напряженность поршней, поршневых колец, цилинд­ ров и штоков возрастает. При высоких степенях сжатия и наддуве рабочий процесс протекает при больших значениях, максимального давления цикла рг, как правило, превышающих 100—120 кгс/см2, соответственно больших значений достигает п максимальная температура цикла Tz. Поскольку повышение производительности 'СПДК должно осуществляться в основном, за счет увеличения диаметра поршня, то при этом резко воз­ растает и без того высокая тепловая напряженность двигате­ ля. Кроме того, увеличение диаметра поршня ухудшает смесе­ образование и процесс сгорания топлива и, как следствие,, снижает к. п. д. По этим причинам, а также по условиям дина­ мики механизма движения при увеличении диаметра цилиндра двигателя приходится существенно уменьшать число циклов в- минуту. Для примера приведем данные фирмы «Купер-Бессе- мер» (США). Если при диаметре силового цилиндра Дц=335 мм число циклов свободнопоршневого компрессора равно 555 в минуту, то при диаметре 400 мм оно снижено до350 в минуту. Радикальным способом уменьшения теплового на­ пряжения является принудительное внутреннее охлаждениепоршней двигателя. Однако при этом возникают трудности,, связанные с конструированием замкнутой системы охлаждения СПДК, поскольку в нем отсутствуют детали, совершающиенепрерывное вращательное движение, вследствие чего осуще­ ствить простой механический привод водяного насоса и венти­ лятора трудно. Поэтому при необходимости создания компрес­ сорных установок большой мощности на базе СПДК предпоч­ тительно применение соответствующего набора нескольких сво­ боднопоршневых дизельили мотокомпрессоров стандартноготипа. Такое решение имеет свои преимущества. Использованиесжатого воздуха для пуска СПДК требует применения в агре­ гате вспомогательного компрессора с. отдельным приводом.

К числу недостатков СПДК может быть также отнесено то,, что высокие скорости поршня снижают надежность клапанов. Однако, несмотря на перечисленные трудности в создании бо­ лее мощных компрессоров этого вида, производство их расши­ ряется. Все выпускаемые в настоящее время в СССР и за ру­ бежом свободнопоршневые компрессоры имеют двигатели с са­ мовоспламенением топлива от сжатия, т. е. являются СПДК.

Однако свободнопоршневые компрессоры можно выполнять, не только с дизельными двигателями. Например, фирма «Ку- пер-Бессемер» (США) построила свободнопоршиевой генератор’ газа, работающий на природном газе. Промышленное произ­

46

водство, проектные разработки и экспериментальные исследова­ ния машин СПДК сосредоточены главным образом во Фран­ ции, ФРГ и Англии.

Учитывая технико-экономические преимущества свободно­ поршневых компрессорных агрегатов и принимая во вниманиерешение проблемы перевода работы силовой части СПДК на нефтяной и природный газ, свободнопоршневые газокомпрессоры находят все большее применение в нефтегазовой промыш­ ленности. Отмеченные преимущества СПДК позволили на базе их и свободнопоршневых газовых двигателей создать комбини­ рованные силовые установки, состоящие из свободнопоршнево­ го генератора газа (СПГГ) и расширительной машины — газо­ вой турбины. В СПГГ при высоких давлении и температуре топливо сгорает с максимально возможным выделением тепло­ вой энергии, которая, направляясь в портативную высокообо­ ротную газовую турбину, обеспечивает -работу установки с к. п. д., достигающим 37—40%, в то время как в лучших образ­ цах газотурбинных установок с регенерацией тепла к. п. д. не превышает 29—30%. Перспектива использования этих комби­ нированных энергоустановок в качестве привода для центро­ бежных, винтовых и ротационных компрессоров имеет важное- технико-экономическое значение. Мощность таких установок в- настоящее время составляет от 500 до 7500 квт.

Основные параметры свободнопоршневых дизель-компрессо­ ров, освоенных зарубежными компрессоростроительными фир­ мами, приведены в табл. 10.

47

Удельный вес на единицу индикаторной мощности перечис­ ленных в табл. 10 свободнопоршневых дизель-компрессоров ле­ жит в пределах от 5 до 6,2 кг/л. с.

Наиболее распространенным типом свободнопоршневых ком­ прессоров, выпускаемых французскими фирмами, является СПДК марки Р-42, представляющий собой одноступенчатый компрессор несимметричной конструкции горизонтального ис­ полнения.

Особенностями конструкции этого СПДК являются односту­ пенчатое выполнение компрессора на рабочее давление 6— 7 кгс/см2, наличие специального буферного цилиндра, синхрони­ зирующего механизма шатунного типа. Пуск дизель-компрессо­ ра осуществляется с помощью пружинного устройства.

Кроме моделей с горизонтальным расположением цилинд­ ров французские фирмы выпускают двухступенчатые СПДК низкого давления с вертикальным расположением цилиндров.

Фирмой «Юнкере» (ФРГ) выпускаются СПДК четырех ти­ пов: одноступенчатый низкого давления марки 1К200А, двух­ ступенчатый низкого давления марок 2К115А и 2К200А, четы­ рехступенчатый высокого давления марки 4К115.

Дизель-компрессоры марок 2К 115А и 4К115А поставляются трех модификаций: стационарные; переносные; автономные пе­ редвижные, монтируемые на автоприцепе.

Основные технические данные СПДК фирмы «Юнкере», вы­

Приведенные в табл. 11 данные о весе и длине относятся ■только к самим дизель-компрессорам, без учета рам и другого

48