Компрессорные станции с различными типами ГПА

В качестве энергопривода компрессорных станций эксплуатируются:

газомотокомпрессоры (ГМК) с приводом от поршневых двигателей внутреннего сгорания, работающих на газе;

электродвигатели с центробежными нагнетателями (ЦБН);

газотурбинные установки (ГТУ) различных схем и конструкций с ЦБН.

Газотурбинный привод распределяется (по мощности) следующим образом: стационарные ГТУ - 69,3%; ГТУ авиационного типа - 23,9%; судовые ГТУ - 6,8%. Вид привода определяется в основном пропускной способностью магистрального газопровода. Для МГ небольшой пропускной способности (менее 20-30 млн м /сут) на КС целесообразно использовать поршневые ГМК. Для МГ с пропускной способностью более 20-30 млн м3/сут наиболее эффективны ЦБН с приводом от ГТУ или электродвигателя.[31]

Сравнительные характеристики ЦБН и ГМК

ГМК - тихоходные машины с n = 300-350 об/мин. Имеют высокий КПД привода (35 — 40%), возможность получения большой степени сжатия, возможность работы поршневого компрессора при широком диапазоне давлений компримируемого газа. Недостатки ГМК: малые агрегатная мощность (от 220 до 5515 кВт) и подача газа (Q = 0,24 -13,8 млн м3/сут), сложность конструкции, большая металлоемкость, относительно небольшой моторесурс (до 45-50 тыс.час) при межремонтном периоде эксплуатации 5-8 тыс.час.

Наиболее перспективная область применения ГМК - подземные хранилища газа (ПХГ) и станции низкотемпературной сепарации (для извлечения жидких углеводородов).

Схемы КС с ГМК имеют следующие особенности:

-в компрессорах многоступенчатого сжатия газ после каждой ступени охлаждается, очищается от масла и конденсата, т.е. после каждой ступени устанавливается маслоотделитель с продувочной емкостью, холодильник, сепаратор высокого давления;

-после компрессора устанавливаются вспомогательные емкости-ресиверы или газосборники. Поршневые компрессоры нагнетают газ порциями, образуя пульсирующие потоки газа с переменным давлением. Это снижает подачу, повышает расход мощности, из-за вибрации разрушает фундаменты компрессоров и трубопроводы, может явиться причиной аварии. Ресиверы или газосборники устанавливают для выравнивания давления газа после поршневого компрессора на пути газа в МГ.

Газотурбинные установки и электроприводы

Выбор между ГТУ и электроприводом ЦБН определяется территориальным расположением КС. Обычно КС с электроприводными ГПА строятся на газопроводах, проходящих через районы с развитой электроэнергетикой, имеющие резервы электроэнергии. По своей надежности и другим эксплуатационным качествам электроприводные ГПА, несмотря на зависимость их от внешних источников питания (энергосистемы), существенно превосходят другие типы ГПА. Тем более, что при использовании электропривода экономятся топливно-энергетические ресурсы. Дальнейшее развитие электроприводные ГПА (ЭГПА) получат при широком использовании электродвигателей с регулируемой частотой оборотов.

КС с ЭГПА имеют следующие особенности:

- наличие дополнительного крана на входном газопроводе в КЦ – крана 7Д, установленного последовательно с проходным краном 7. Кран 7Д - дросселирующий; регулируя степень его открытия, можно изменять расход и давление на всасе перед ЦБН. Делается это при изменении
режима работы МГ;

- мощность потребителей электроэнергии на КС с электроприводом может быть очень велика (до 100 МВт).

Если рядом находится мощная электростанция, то питание КС с электроприводом может осуществляться от электростанции при помощи кабельных линий на генераторном напряжении (6 - 10 кВ).

К основным преимуществам электроприводных ГПА можно отнести большой моторесурс (150 тыс.час.), простоту автоматизации и управления, повышенную культуру эксплуатации и экологической безопасности. Упрощаются условия автоматизации управления технологическими процессами КС, сокращается численность персонала (по сравнению с КС с ГМК - на 20 - 30%), улучшаются условия труда рабочих (меньше шум, вибрация, запыленность воздуха газом или парами масла). ЭГПА характеризуются пониженной пожарной опасностью, независимостью мощности привода от времени года и времени эксплуатации.

К недостаткам можно отнести необходимость относительно дешевой электроэнергии в районе КС, слабую приспособленность к переменным режимам работы из-за постоянной частоты оборотов. При строительстве линий электропередач (если нет рядом источника электроэнергии) и других систем энергообустройства необходимы большие капитальные затраты.

Газотурбинный привод

Наибольшее применение нашли ГПА с газотурбинным приводом, поскольку источником энергии для него служит перекачиваемый газ. Газовые турбины имеют следующие положительные качества: относительно высокий КПД, большую мощность в единичном ГПА.

Широко распространены стационарные ГТУ с регенерацией и без регенерации теплоты отходящих газов, конвертированные авиационные и судовые установки, комбинированные ГТУ из авиационного двигателя, выполняющего роль газогенератора (ОК-ТВД) и стационарной силовой турбины.

По сравнению с ГМК ГТУ имеют более простую конструкцию, большую единичную мощность, полностью уравновешены, хорошо поддаются автоматизации, имеют малый удельный вес на единицу мощности и относительно небольшие габаритные размеры.

Основные недостатки: умеренная экономичность (КПД = 26-32%) и заметное влияние переменного режима работы на КПД газотурбинной установки, а следовательно, и на расход газа на нужды КС.

По сравнению с электроприводными газотурбинные установки – это автономный вид привода, так как в качестве топлива используют газ, который перекачивают. Применение авиационных ГТД позволяет создать мобильные, блочные ГПА без сооружения громоздких и дорогих помещений для КЦ.

Технологический расчет компрессорной станции

Исходные данные и выбор рабочего давления

1.Рабочее (избыточное) давление в газопроводе p=5,5 МПа. Значения абсолютного давления на входе и выходе центробежного нагнетателя составят р_вс=3,1 МПа и р_наг=5,4 МПа. Средняя температура грунта на глубине заложения оси газопровода составляет То=275 К, средняя температура воздуха ТВОЗД=283К, газопровод прокладывается в смешанных грунтах К_ср=1 Вт/(м²·К) [64]

2. Диаметр трубы D_н=529 мм, Толщина стенки трубы =7 мм, марка стали 10Г2С

Для принятого диаметра, значения расчетного сопротивления металла трубы

,

где R1^н — нормативное сопротивление растяжению (сжатию), равное временному сопротивлению стали на разрыв, МПа (R1^н = σ_в), σ_в =588 МПа [56];

m - коэффициент условий работы, m=0,9 [61];

k₁- коэффициент надежности по материалу k₁=1,34 [56];

k_н - коэффициент надежности по назначению, k_н=1,1 [61].

Внутренний диаметр газопровода