6. Установка охлаждения газа
Компримирование газа на КС сопровождается его нагревом на 16...35 К, что может привести к ряду негативных последствий:
- возникновению в трубопроводах станций и трубопроводах магистралей чрезмерных напряжений термического характера с нарушением устойчивости и прочности трубопроводов;
- разрушению антикоррозионного покрытия трубопроводов, расплавляющегося при температуре свыше 333 К;
- растеплению многолетнемерзлых грунтов и проседанию проложенных в них трубопроводов с возникновением в теле труб дополнительных нерасчетных напряжений;
- снижению экономичности транспорта газа в результате увеличения объема газа при его нагреве, соответствующего увеличения скорости газового потока и гидросопротивления трубопроводов.
Во избежание отмеченных последствий на многих КС магистральных газопроводов газ после его компримирования охлаждается.
Снижение температуры газа проводится на специальных установках, расположенных на выходе станций. Данные установки могут оснащаться различным оборудованием в зависимости от требуемой глубины – охлаждения газа.
В большинстве случаев это оборудование представлено аппаратами воздушного охлаждения (АВО), которые составляют установку охлаждения газа, реже, при необходимости предотвращения растепления многолетнемерзлых грунтов, - комплексом специального оборудования, составляющего станцию охлаждения газа [17].
На станциях охлаждения газа достигаются более низкие температуры (до 271 К), чем на установках АВО, позволяющих снижать температуру газа лишь до значений на 10...15 К выше температуры окружающего воздуха,
Принципиальная схема аппарата воздушного охлаждения показана на рис. 6.2. Данная схема практически реализована в нескольких вариантах аппарата, каждый из которых отвечает определенному типу АВО.
Тип АВО в основном зависит от расположения его теплообменной секции. Последняя может располагаться горизонтально (АВО горизонтального типа - АВГ), вертикально (аппарат вертикального типа), наклонно - две секции взаимно наклоняются друг к другу с образованием подобия шатра (АВО шатрового типа), зигзагообразно в виде горизонтально расположенной гармошки (АВО зигзагообразного типа - АВЗ).
Вентиляторы в АВО горизонтального типа находятся либо над теплообменной секцией, либо под секцией, в АВО шатрового и зигзагообразного типов - только под секциями.
Интенсивность охлаждения газа в АВО регулируется прикрытием жалюзей у теплообменных секций и отключением вентиляторов.
На КС магистральных газопроводов используются преимущественно АВО горизонтального и зигзагообразного типов с регулированием охлаждения газа изменением количества работающих вентиляторов.
Установки охлаждения газа (рис. 6.1) предусматриваются, как правило, общими для всех газоперекачивающих агрегатов компрессорного цеха. Аппараты 1 на них соединяются параллельно и обвязываются коллекторами. Входной (2,4) и выходной (6,7) коллекторы соединяются между собой обводной линией 8, которая открывается при отключении АВО в зимний период или при ремонте аппаратов.
Каждый АВО оснащается отключающей арматурой и свечой для сброса газа в атмосферу после выведения аппарата из работы.
Коллекторы входа и выхода газа при числе АВО в установке более 12 оборудуются компенсаторами напряжений 3. Иногда компенсаторы используются и при меньшем количестве АВО. Например, в случае слабых грунтов или при неравномерной просадке коллекторов.
На компрессорных станциях ранней постройки установки охлаждения газа сооружались для каждой группы нагнетателей отдельно. Для подобных станций при их реконструкции допускается оставлять прежний раздельный вариант АВО.
Как отмечалось выше, установки охлаждения газа обеспечивают благоприятные условия работы трубопроводам и их изоляционному покрытию. Важность функций установок продиктовало включение их в единую систему автоматики КС.
При повышении температуры газа на выходе АВО до 318 К (+45оС) автоматика дает предупредительный сигнал и включает резервные вентиляторы АВО. Если температура гага на выходе АВО поднимается выше 343 К (+ 70оС) происходит аварийная автоматическая остановка КС.
Эффективность работы установок охлаждения газа во многом определяется правильностью выбора типа АВО.
Выбор конкретного типа АВО является технико-экономической задачей и выполняется на основе расчетов, учитывающих особенности КС.
Суть расчетов состоит в предварительном выборе нескольких типов АВО, наиболее подходящих для рассматриваемой станции, в первую очередь по рабочему давлению и производительности, и в компоновке на их основе нескольких вариантов установки охлаждения газа. В последующем варианты сравниваются, и из них выбирается тот, который отличается наилучшими технико-экономическими показателями.
Основу всех отмеченных расчетов составляет определение потребного количества аппаратов в установке для каждого из предварительно выбранных типов АВО. Количество АВО находится по результатам гидравлического и теплового расчетов газопровода, обслуживаемого компрессорной станцией, исходя из расчетной среднегодовой температуры воздуха, Среднегодовой температуры грунта на глубине заложения трубопровода и оптимальной среднегодовой температуры охлаждения газа. Полученное таким образом количество АВО уточняется гидравлическим и тепловым расчетами
газопровода для абсолютной максимальной температуры наружного воздуха и июльской температуры грунта [6].
Максимальная температура газа на выходе АВО, определенная в ходе проверочного расчета, не должна приводить к потере устойчивости и прочности труб, их изоляционного покрытия. При невыполнении этого условия количество АВО увеличивают и проверочный расчет повторяют.
Исходные данные для расчетов в виде среднегодовой температуры наружного воздуха Та и среднегодовой температуры грунта на глубине заложения газопровода определяются по нормативной и справочной литературе, в частности по [5]. Оптимальная среднегодовая температура охлаждения газа Та назначается самостоятельно и принимается на 10...15К выше расчетной среднегодовой температуры наружного воздуха Т1В
Т1В = Та + δТа
где δТа - поправка на изменчивость климатических данных, принимаемая равной 2К.
Детальное изложение методики подбора оптимального типа АВО и выбора, оптимального варианта установки охлаждения газа КС приведено ниже.