Гидромашины и компрессоры в нефтегазовом деле

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

61 Винтовые компрессоры действуют при высокой окружной скорости,

достигающей 120 м/сек и характеризуются весьма высокими адиабатическим коэффициентом мощности и коэффициентом производительности.

Преимуществом компрессоров этого типа являются простота конструкции и обслуживания, высокая степень надежности и длительный срок службы без ремонта, а недостатком — высокий уровень шума, вследствие чего возникает необходимость установки глушителей на всасывающей и нагнетательной линиях.

Винтовые компрессоры начинают более широко применять. Выпускают их как машины общего назначения производительностью в пределах примерно от 5 до 700 м3/мин и давлением нагнетания до 4 Мн1м2 (в нескольких ступенях).

8.3 Центробежные компрессоры Центробежный компрессор по принципу действия и по своей кон-

струкции сходен с центробежным насосом. В простейшем случае он состоит из рабочего колеса и нагнетательной камеры, выполненной в виде спирали (улитки). В многоступенчатом компрессоре имеются все элементы многоступенчатого насоса: лопаточные диффузоры,

диафрагмы, лопатки обратного направляющего аппарата (ОНА), межступенчатые уплотнения (рис. 8.5). При повышения отношения давлений необходимо охлаждать газ, но водяные рубашки корпуса компрессора ^усложняют конструкцию. Поэтому компрессоры выполняют в отдельных корпусах с расположением промежуточных холодильников между ними. В каждом корпусе размещают последовательно несколько колес, причем первая ступень может иметь двухсторонний подвод.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

62

Рис. 8.5 Конструктивные элементы центробежного компрессора.

1 — рабочее колесо; 2 — лопаточный диффузор; 3 — обратный направляющий аппарат; 4 — межступенчатое уплотнение.

В отличие от насосов рабочие колеса ступеней многоступенчатых компрессоров могут быть неодинаковыми. При сжатии объем газа уменьшается, поэтому при желании сохранить в определенных границах скорости потока площади каналов рабочих колес высших ступеней должны быть уменьшены за счет диаметра или ширины колеса или за счет того и другого вместе. Иногда во всех ступенях устанавливают одинаковые колеса, что упрощает конструкцию машины; при этом скорости и соответственно мощности в отдельных ступенях получаются неодинаковыми.

Рабочие колеса, вследствие больших окружных скоростей, достигающих 500 м/сек, а следовательно, больших напряжений в них выполняют из легированной стали с необходимой термической обработкой.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

63

Рис. 8.6 Центробежный компрессор.

Для больших скоростей движения газа в целях уменьшения гидравлических потерь внутренняя поверхность рабочих колёс должна быть гладкой; с наружной стороны для снижения дисковых потерь диски даже полируют. Рабочие колеса закрытого типа выполняют сборными, с отдельным покрывающим диском. Лопатки фрезеруют из тела основного диска, а также изготовляют из листовой стали или алюминиевого сплава и закрепляют в

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

64 дисках заклепками. Применяют также открытые колеса, часто с радиальны-

ми лопатками. В этом случае вход в канал рабочего колеса под некоторым углом обеспечивается вставными лопатками (предкрылками).

Рис.8.7 Лабиринтные уплотнения.

Рис. 8.8 Система масляного уплотнения вала центробежного компрессора.

1 — винтовой насос; 2 — линия подвода газа к аккумулятору; 3 — линия подвода газа к регулятору; 4 — уплотняемый подшипник; 5 — слив масла в поплавковую камеру; 6 — слив масла из поплавковой камеры; 7 — поплавковая камера; 8 —регулятор перепада.

При больших скоростях вращения, применяемых турбокомпрессорах, валы их часто бывают «гибкими», потому что рабочая частота вращения превышает критическую. Сравнительно небольшая неуравновешенность вращающихся масс может вызвать большие центробежные силы, которые приводят к вибрации Машины и в некоторых случаях к задеванию ротора в уплотнениях, а иногда и к их поломке. Поэтому ротор с собранными на нем колесами тщательно балансируют и устанавливают в подшипниках корпуса с большой точностью.

Осевой сдвиг ротора, вызванный износом упорного подшипника, контролируется специальным реле, останавливающим машину при недопустимом сдвиге.

В турбокомпрессорах применяют главным образом подшипники сколь-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

65 жения с чугунными или стальными вкладышами, залитыми баббитом. Осе-

вые усилия, действующие на ротор, воспринимаются торцами одного из вкладышей, в большинстве случаев специальными

самоустанавливающимися колодками. Смазка их осуществляется подачей масла под давлением от специального роторного насоса в количестве, обеспечивающем их наденшое уплотнение. Качество смазки в подшипниках поддерживается в строгих границах, так как несущая способность опор рассчитана на определенную вязкость масла.

Между ступенями турбокомпрессора, а также в местах выхода вала из корпуса устанавливают лабиринтные уплотнения — гладкие (рис. 8.7, а) шли ступенчатые (рис. 8.7, б), создающие при движении газа через щели значительные гидравлические сопротивления. Размер щели s стремятся выполнить по возможности небольшим (в пределах 0,15—0,30 мм).

В случае вредных или взрывоопасных газов центробежный компрессор имеет специальную систему масляного уплотнения вала. Схема такой системы приведена на рис. 8.8. Винтовой насос 1 подает масло в подшипник компрессора 4. Заполняя зазор между валом и вкладышем, масло герметизирует выход вала из корпуса компрессора, после чего сливается по обе стороны подшипника. При этом в сторону рабочего колеса сливается меньшая часть, так как с этой стороны в корпусе компрессора имеется противодавление газа. Чтобы преодолеть последнее, необходимо поддерживать давление масла несколько большим, чем давление газа в корпусе компрессора. Такое превышение давления поддерживается регулятором 8.

Лекция 9 Компрессорные установки

9.1 Состав компрессорной установки

Компрессорной установкой называется совокупность компрессора и вспомогательного оборудования.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

66 Стационарная установка для одноступенчатого сжатия воздуха (рис.

9.1), кроме компрессора с приводом, включает: устройство для очистки воздуха (фильтр); воздухосборник (ресивер, аккумулятор сжатого воздуха), который служит так же, как воздушный колпак поршневого насоса, для выравнивания подачи и для отделения масла и конденсирующейся влаги; внутренние трубопроводы (обвязку компрессора); арматуру и контрольноизмерительные приборы.

Рисунок 9.1 – Компрессорная установка:

1 – воздухосборник; 2 – предохранительный клапан; 3 – спускной кран; 4 – манометр;

5 – обратный клапан.

Компрессорная установка со ступенями сжатия, кроме перечисленного оборудования, имеет также промежуточные холодильники, которые могут быть принадлежностью компрессора и устанавливаться вместе с ним отдельно в компрессорном цехе или вне его.

Компрессорные установки объединяются в к о м п р е с с о р н ы й ц е х с подъемными устройствами для ремонта компрессоров, общими трубопроводами (коллекторами) для разводки газа, воды и масла, пусковыми баллонами со сжатым воздухом для запуска газомоторных компрессоров, системой масляного уплотнения валов центробежных компрессоров, с главным пультом управления, с системой автоматического контроля, защиты, блокировки, иногда с системой полной автоматизации и централизованным обслуживанием машин.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

67 К о м п р е с с о р н а я с т а н ц и я может состоять из: одного или

нескольких компрессорных цехов; установок для осушки газа и очистки его от пыли и от серы; насосных станций и бассейнов для воды; собственной электростанции с газовыми двигателями; установок для редуцирования газа, взятого из газопровода для подачи его в качестве топлива на компрессорной станции; установок для регенерации масла; межцеховых коллекторов; складов, административных зданий.

9.2 Очистка воздуха и газа от механических примесей

Воздух или газ, поступающий в компрессоры, содержит твердые частицы различного происхождения (пыль, песок, продукты коррозии труб и др.). Для предохранения компрессорного оборудования от преждевременного износа воздух или газ, всасываемый в машину, должен быть очищен.

Для очистки воздуха служат висциновые фильтры. Фильтр представляет собой ящик, две стенки которого выполнены из металлической сетки. В ящике насыпаны металлические или фарфоровые кольца, смоченные невысыхающим висциновым маслом. Этот фильтр требуется регулярно очищать от пыли.

В крупных компрессорных установках применяют непрерывно очищающиеся фильтры, в которых с помощью цепной передачи сетчатые фильтрующие полотна периодически погружаются в ванну с маслом.

Природный газ очищают в специальных аппаратах – масляных пылеуловителях. Существуют пылеуловители двух типов – вертикальные и так называемые скруббосферы, отличающиеся конструктивно, но имеющие общий принцип действия. Этот принцип действия заключается в том, что в корпусе аппарата поток газа теряет скорость и изменяет направление над зеркалом солярового масла, в результате чего из газа выпадают крупные твердые частицы, поглощаемые маслом. Затем газ проходит через смоченный маслом фильтр для дополнительной очистки. Загрязненное масло из пылеуловителя периодически удаляется.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

68

9.3 Система охлаждения компрессоров

Охлаждение компрессорных установок бывает водяное или воздушное, а в случае установки газомоторных компрессоров – также парофазное. Выбор вида охлаждения зависит от источников водоснабжения, наличия оборудования и от экономических соображений. Стационарные компрессоры, как правило, охлаждают водой.

Существуют две системы водоснабжения компрессорных станций — оборотная (система циркуляционного водяного охлаждения) и прямоточная (охлаждение проточной водой). Прямоточная система наиболее простая, но требует большого расхода и естественного источника мягкой воды. В оборотной системе извне вода подается только для покрытия потерь при испарении и сама охлаждается в охладительных устройствах. При этом система состоит из одного, двух или трех циклов.

Циклы охлаждения бывают закрытыми или открытыми. В закрытом цикле количество и качество оборотной воды стабильны. В открытом цикле вода при охлаждении свободно испаряется, становится более жесткой и насыщается кислородом. Вследствие испарения воды на горячих поверхностях металлическое оборудование покрывается накипью и ржавеет.

Цикл оборотной системы охлаждения состоит из циркуляционных насосов, объектов охлаждения, охладительных устройств для воды, трубопроводов и расширительных баков. Объектами охлаждения являются двигатели и компрессоры, а также газовые, масляные и водяные потоки в охладителях. В качестве охладительных устройств служат градирни, холодильники (оросительные или кожухо-трубные) и брызгательные бассейны.

В качестве примера на рис. 9.2 изображена схема системы охлаждения газомоторных компрессоров, с так называемым смешанным циклом. Закрытый цикл разделен на горячую ветвь для охлаждения двигателей и холодную ветвь для компрессоров и масляных холодильников Х-1. Ветви смешиваются в расширительном баке Е, откуда насос Н-1 подает воду к оросительным холодильникам в градирне. Там имеются две группы холодильников последо-

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

69 вательного охлаждения. Из группы Х-2 вода возвращается в горячую ветвь, а

остальной поток охлаждается в группе Х-3 для холодной ветви.

Рисунок 9.2 – Схема смешанного цикла охлаждения: 1 – горячая ветвь; 2 – холодная ветвь.

На тех же станциях применяют также систему с тремя циклами охлаждения. Первый закрытый цикл умягченной воды служит для охлаждения газовых двигателей, причем нагретая вода охлаждается в оросительных холодильниках, установленных в градирне. Второй закрытый или открытый цикл предназначен для охлаждения компрессоров и масляных холодильников. Третий цикл поддерживает орошение в градирне.

В градирнях вода охлаждается в результате испарения и частично путем теплообмена между воздухом и водой. Для этого увеличивается свободная поверхность воды и создается поток омывающего ее воздуха.

По способу увеличения свободной поверхности воды градирни разделяются на: брызгальные, в которых вода разбрызгивается на мелкие капли распылителями; капельные, где вода разбивается на капли при падении на решетчатые настилы; пленочные, где вода стекает по оросительному устройству (щиты, сетки, кольца и другие) тонкой пленкой; комбинированные, в которых сочетаются капельные или пленочные оросители с распылителями. По способу подачи воздуха градирни классифицируются так: открытые – с использованием естественных токов воздуха – ветра и частично конвекции; башенные – тяга воздуха создается при помощи высокой вытяжной башни;