БЛОК ФИЛЬТРОВ ГАЗА

Полезная модель относится к средствам подготовки буферного природного газа и предназначена для использования на объектах газотранспортных предприятий в составе газоперекачивающих агрегатов (ГПА) с сухими газодинамическими уплотнениями (СГУ), применяемых на компрессорных станциях магистральных газопроводов.
В частности настоящая полезная модель может быть использована для подготовки буферного (уплотняющего) природного газа перед его подачей в сухие газодинамические уплотнения (СГУ) нагнетателей природного газа, входящих в состав газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций магистральных газопроводов.
Известно, что специфика эксплуатации СГУ нагнетателей ГПА на газокомпрессорных станциях магистральных газопроводов требует особенно тщательной подготовки буферного природного газа и барьерного воздуха для обеспечения работы СГУ и ГПА в целом.
Для обеспечения работы СГУ необходимо предусмотреть подачу буферного природного газа с заданными параметрами на всех режимах работы ГПА. Очистка буферного газа должна обеспечивать отсутствие в уплотняющем газе механических примесей более 10 мкм, 99.7% фильтрацию по влаге в точке подключения.
Учитывая жесткие требования, предъявляемые к буферному (уплотняющему) газу необходимо предусмотреть наличие системы контроля перепада давления на фильтрах с предупредительной сигнализацией при достижении максимально допустимого перепада давления (Принцип действия, технологические стандарты и требования к проектированию и эксплуатации систем сухих газовых уплотнений, Степовиков С.Н., ООО «Кавказтрансгаз», Нефтегазовое дело, 2005, ).
Кроме того, к системе очистки буферного газа предъявляются требования по минимальным габаритным размерам, удобству обслуживания, надежности и безопасности.
Известна газодожимная установка газокомпрессорной станции магистрального газопровода, содержащая устройство подготовки буферного природного газа для сухих газодинамических уплотнений (СГУ) нагнетателей природного газа, в которой устройство подготовки буферного природного газа выполнено в виде дожимного поршневого компрессора с электроприводом и включает систему фильтрации газа на входе и выходе установки, управляемую арматуру и блок автоматического управления (патент РФ №90505, публ. 2010 г).
Недостатком известной установки является ее сложность, а также отсутствие резервных фильтров очистки газа, как на входе, так и на выходе дожимного поршневого компрессора, что снижает надежность, исключает возможность постоянной работы и замены фильтрующих элементов при работе ГПА.
Известны фильтры топливного и буферного газа, предназначенные для очистки природного газа перед подачей на газовую турбину и сухие уплотнения, имеющие рабочее давление 8,5 МПа (по материалам сайта , ЗАО «Завод «Киров-Энергомаш» - дочернее общество ОАО «Кировский Завод», ссылка: http://kz-energo.kirovsky.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=126:filterfuel&catid=39).
Известный блок фильтров топливного и буферного газа имеет следующие недостатки: большие габаритные размеры и большие зоны обслуживания; отсутствие возможности контроля параметров работы блока фильтров; недостаточный объем емкости для сбора конденсата, сложность в обслуживании и управлении работой блока.
Известны горизонтально расположенные фильтры топливного и буферного газа, предназначенные для очистки подготовленного природного газа от механических примесей с эффективностью очистки от твердых частиц размером 40 мкм и более (по материалам сайта ООО «СПЕЦ-М» , ссылка m.ru/filtri_gaz.html).
Недостатком известных горизонтальных фильтров топливного и буферного газа является то, что в них осуществляется очистка газа только от механических частиц размером 40 мкм и более, и не предусмотрена очистка от капельной влаги.
Известны фильтры топливного и буферного газа для ГТУ32 МВт (по материалам сайта ООО «СПЕЦ-М» , ссылка _gaz.html).
Недостатком известных фильтров является их большие габаритные размеры по высоте, вследствие чего для замены фильтрующего элемента необходимо предусматривать площадку обслуживания, кроме того верхняя съемная крышка представляет собой стандартную фланцевую заглушку, имеющую большое количество крепежных изделий и массу, что усложняет обслуживание фильтров.
Известна система фильтрации газа INDUFIL с коалесцирующими фильтрами типа IDGH-2-330 из нержавеющей стали, имеющими рабочее давление 8,0 МПа, пропускную способность 4500 нм3/час и массу 370 кг, с очисткой газа от примесей размером 3 мкм и более. При этом в системе фильтрации обеспечивается переключение потока газа с помощью моноблочного двойного трехходового крана и замена фильтр-элементов без прерывания технологического процесса (Опыт внедрения системы предварительной фильтрации буферного газа производства Джон Крейн Индуфил на КС «Каменск-Шахтинская» /А.А.Бражников, Ю.В.Стрельников, С.С.Лысенко - ООО «Газпром трансгаз Кубань» М.В. Мишин - ООО «Джон Крейн - Искра»/ Газотурбинные технологии: Специализированный информационно-аналитический журн. - 2011. - N4).
Недостатками известной система фильтрации газа INDUFIL являются отсутствие предварительной системы очистки, что снижает ресурс фильтрующего элемента тонкой очистки; малый объем емкости сбора конденсата, не обеспечивающий очистку при наличии большого количества влаги в газе на входе; отсутствие возможности измерения давления в корпусах фильтров, что снижает безопасность изделия; невозможность обеспечения плавной подачи газа и плавного заполнения фильтра при переключении фильтров, что может приводить к разрушению фильтрующих элементов тонкой очистки вследствие резкого роста давления на входе; отсутствие возможности контроля уровня конденсата в фильтрующих элементах, что может приводить к засорению фильтрующих элементов; низкая ремонтопригодность, и большая материалоемкость системы.
Известен агрегатный блок подготовки топливного газа (АБПТГ) газоперекачивающего агрегата (ГПА), содержащий систему очистки, включающую два взаимно резервирующих фильтра (основной и резервный) с подключенными к ним трубопроводами подвода и отвода природного газа, в котором взаимно резервирующие фильтры подключены параллельно к трубопроводу подвода газа и содержат установленные на общей прямоугольной раме цилиндрические, вертикально расположенные корпусы с патрубками входа и выхода газа, оси которых параллельны друг другу и перпендикулярны осям фильтров, при этом к патрубкам входа и выхода газа подключены через 90°-ные отводы вертикально расположенные запорные краны, каждый из которых, в свою очередь, подключен через 90°-ный отвод или тройник к трубопроводу подвода или отвода природного газа, причем трубопроводы подвода или отвода природного газа размещены в горизонтальной плоскости параллельно длинной стороне рамы, угол между сторонами рамы и осями патрубков
входа и выхода газа составляет 45±15°, а в каждом фильтре использованы фильтрующие элементы с отношением длины к диаметру равным 3-5 (патент РФ №93928, публ. 10.05.10 г).
К недостаткам известного агрегатного блока подготовки топливного газа относится его большие массогабаритные параметры, что усложняет обслуживание агрегатного блока и увеличивает размеры зон обслуживания, а также недостаточная надежность в работе устройства вследствие отсутствия возможности плавного заполнения фильтров, что может приводить к разрушению фильтрующих элементов тонкой очистки при резком росте давления на входе фильтра.
Технической задачей настоящей полезной модели является создание технологичного в изготовлении и обслуживании устройства, обеспечивающего качественную подготовку буферного (уплотнительного) природного газа перед его подачей в сухие газодинамические уплотнения (СГУ) нагнетателей природного газа, входящих в состав газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорных станций магистральных газопроводов, обладающего также повышенной надежностью и безопасностью в работе.
Технический результат заключается в повышении качества буферного газа, в снижении материалоемкости и стоимости изготовления блока фильтров, в повышении надежности и безопасности работы устройства, а также в повышении удобства его обслуживания.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Блок фильтров газа для сухих газодинамических уплотнений (СГУ) нагнетателя газоперекачивающего агрегата (ГПА) компрессорной станции магистрального газопровода включает два параллельно подключенных к трубопроводам подвода и отвода природного газа взаимно резервирующих фильтра (основной и резервный), установленные на общей прямоугольной раме. Каждый фильтр блока содержит цилиндрический, вертикально расположенный корпус со съемной крышкой, с патрубками входа и выхода газа и с размещенным внутри корпуса коалесцирующим фильтрующим элементом. Блок фильтров снабжен контрольно-измерительными приборами для измерения давления в корпусах фильтров, и перепада давления между трубопроводами подвода и отвода природного газа. Каждый фильтр содержит две ступени очистки газа - ступень грубой очистки, расположенную в нижней части корпуса, и ступень тонкой очистки, расположенную в верхней части корпуса, разделенные между собой горизонтальной перегородкой, закрепленной в корпусе, при этом каждая ступень имеет в своей нижней части полость для сбора конденсата, выполненную высотой не менее одного диаметра корпуса фильтра, а в верхней части корпуса фильтра на горизонтальной перегородке закреплен коалесцирующий фильтрующий элемент.
Съемные крышки фильтров имеют диаметр равный диаметру корпуса фильтра, а герметизация крышки фильтра осуществляется по радиальной поверхности горловины фильтра уплотнительным резиновым кольцом.
Корпуса фильтров изготовлены из нержавеющей стали.
Для крепления крышки фильтра используется не более 8 шпилек и гаек.
Блок содержит управляемую арматуру для возможности переключения фильтров, сброса конденсата, сброса газа на свечу, при этом для обеспечения малой зоны обслуживания органы управления всех ручных кранов управляемой арматуры расположены на лицевой стороне блока.
Оси патрубков входа и выхода газа параллельны друг другу и перпендикулярны осям фильтров, при этом к патрубкам входа и выхода газа подключены через 90°-ные отводы вертикально расположенные запорные краны, каждый из которых, в свою очередь, подключен через 90°-ный отвод или тройник к трубопроводу подвода или отвода природного газа, причем трубопроводы подвода или отвода природного газа размещены в горизонтальной плоскости параллельно длинной стороне рамы, при этом оси патрубков входа и выхода газа из фильтров перпендикулярны длинной стороне рамы.
Корпус каждого фильтра содержит патрубки отвода конденсата из ступеней грубой очистки и тонкой очистки.
К закрепленной в корпусе каждого фильтра горизонтальной перегородке приварены адаптеры для возможности установки фильтрующих элементов коалесцирующего типа, и прохода газа из ступени грубой очистки в нижней части корпуса, во внутреннюю полость установленного в верхней емкости фильтрующего элемента.
В каждой емкости для сбора конденсата в фильтре установлены сигнализаторы уровня.
Контрольно-измерительные приборы для измерения давления в корпусах фильтров и перепада давления в трубопроводах подвода и отвода природного газа подключены через клапанные блоки, обеспечивающие безопасное отключение и сброс газа на свечу.
Ручные краны управляемой арматуры имеют указатели «открыто» и «закрыто».
В каждом фильтре предусмотрен штуцер в верхней крышке для обеспечения выхода воздуха при периодических гидравлических испытаниях (периодических освидетельствованиях).
Для исключения возможности разрушения фильтрующих элементов ступеней тонкой очистки вследствие резкого роста давления на входе блок содержит клапан для плавного заполнения резервного фильтра перед переключением.
Высота используемых фильтрующих элементов не превышает 5 диаметров фильтрующего элемента.
Блок фильтров дополнительно может содержать на входе управляемый кран с байпасом для плавного заполнения фильтров.
Блок фильтров может содержать электроприводные краны на трубопроводах сброса конденсата из фильтров.
Блок фильтров может содержать средства теплоизоляции и средства для подогрева, размещенные на трубопроводе сброса конденсата и в нижней части фильтров.
Блок фильтров может быть размещен в транспортабельном контейнере.
На фиг.1 представлена принципиальная схема предложенного блока фильтров газа; на фиг.2 - показан фильтр газа; на фиг.3 показан блок фильтров газа на раме.
Блок фильтров газа (см. фиг.1) подключен к магистральному газопроводу посредством трубопровода 1 подвода газа и содержит трубопровод 2 отвода газа, подключенный к стойке (газовой системе) сухих газодинамических уплотнений (СГУ) нагнетателя газоперекачивающего агрегата (ГПА), трубопровод выхода конденсата 3, трубопровод сброса газа на свечу 4, два цилиндрических, вертикально расположенных, взаимно резервирующих фильтра 5 (основной и резервный), параллельно подключенных к трубопроводам 1 и 2, контрольно-измерительные приборы (манометры) 6 показывающие давления в корпусах фильтров, датчик контроля перепада давления 7, подключенный к трубопроводам 1 и 2, управляемую арматуру (шаровые краны) 8 для переключения фильтров, управляемую арматуру (шаровые краны) 9 для сброса конденсата, управляемую арматуру (шаровые краны) 10 для сброса газа на свечу, клапанные блоки 11 манометров 6 и клапанный блок 12 для датчика контроля перепада давления 7, обеспечивающие безопасное отключение контрольно-измерительных приборов и сброс газа на свечу, клапан 13 для плавного заполнения резервного фильтра перед переключением и предотвращения возможности разрушения фильтрующих элементов тонкой очистки. На входе блока фильтров газа установлен управляемый кран с байпасом 14 для плавного заполнения фильтров. Краны 9 для сброса конденсата на трубопроводах конденсата 3 имеют электрические приводы 15.
Фильтр 5 (см. фиг.2) содержит корпус 16, изготовленный из нержавеющей стали, патрубок входа газа 17, патрубок выхода газа 18, патрубки выхода конденсата 19, патрубок выхода газа к манометру 20, горловину 21. Корпус фильтра разделен горизонтальной перегородкой 22 на две части - нижнюю (ступень грубой очистки) и верхнюю (ступень тонкой очистки), каждая из которых имеет в нижней части полость для сбора конденсата. Размер полостей сбора конденсата (расстояние от сливного патрубка до сигнализатора уровня) в нижней и верхней частях фильтра не менее 1-1,5 диаметров корпуса фильтра 16. К горизонтальной перегородке 22 приварен адаптер 23 для возможности установки фильтрующего элемента коалесцирующего типа 24. Для замены фильтрующего элемента 24 предусмотрена съемная крышка 25, имеющая диаметр, равный диаметру корпуса фильтра 16. Для крепления крышки, используются шпильки 26 и гайки 27, а герметизация осуществляется по радиальной поверхности горловины фильтра уплотнительным резиновым кольцом 28. В крышке 25 предусмотрен штуцер 29 для обеспечения выхода газа при периодических гидравлических испытаниях (периодических освидетельствованиях). Для удобства подъема крышки предусмотрен рым-болт 30. Для контроля заполнения емкостей сбора конденсата предусмотрены сигнализаторы уровня 31.
Фильтры установлены на общей прямоугольной раме 32 (см. фиг.3) Органы управления всех ручных кранов расположены на лицевой стороне. Вся управляемая ручная арматура имеет указатели «открыто» и «закрыто».
Оси патрубков входа 17 и выхода газа 18 фильтров газа параллельны друг другу и перпендикулярны осям фильтров 5, при этом к патрубкам входа газа 17 и выхода газа 18 подключены через 90°-ные отводы вертикально расположенные запорные краны 8, каждый из которых, в свою очередь, подключен через 90°-ный отвод или тройник к трубопроводу 1 или 2, причем трубопроводы 1 или 2 размещены в горизонтальной плоскости параллельно длинной стороне рамы 32, при этом оси патрубков входа 17 и выхода 18 газа из фильтров расположены перпендикулярно длинной стороне рамы 32.
Блок фильтров газа может содержать теплоизоляцию и устройства для подогрева на трубопроводе сброса конденсата и в нижней части фильтров (не показаны). Блок фильтров газа также может размещаться вне помещения в отдельном транспортабельном контейнере (не показан).
Работа блока фильтров газа для сухих газодинамических уплотнений (СГУ) нагнетателя газоперекачивающего агрегата (ГПА) компрессорной станции магистрального газопровода блока фильтров газа осуществляется следующим образом.
Природный газ из газопровода природного газа по трубопроводу подвода газа 1 (см. фиг.1) через открытый кран 8 поступает в один из фильтров 5. В фильтре 5 (фиг.2) газ поступает через патрубок входа газа 17 в первую ступень очистки - инерционную, где под действием гравитационных сил и вследствие снижения скорости в фильтре 5 происходит выпадение крупных капель жидкости и механических частиц и сбор в емкости сбора конденсата в нижней части корпуса 16. Далее газ направляется вверх по корпусу фильтра 16, через адаптер 23 приваренный к перегородке 22 и проходит тонкую очистку с помощью фильтрующего элемента коалесцирующего типа 24. Далее очищенный от капельной жидкости и механических частиц газ выходит через патрубок выхода газа 18.
Очищенный в фильтре 5 газ выходит через открытый кран 8 и поступает в трубопровод отвода газа 2. По сигналам датчиков предельного уровня конденсата 31, установленных в емкостях сбора конденсата в фильтрах 5, производится продувка фильтров посредством кратковременного открытия кранов 9. По сигналу датчика перепада давления газа 7 между трубопроводами подвода 1 и отвода 2 газа при достижении предельно допустимого перепада давления (0,1 МПа) производится плавное заполнение резервного фильтра 5 через клапан 13, переключение фильтров 5 с рабочего на резервный при помощи кранов 8, сброс газа на свечу при помощи кранов 10. Замена фильтрующего элемента 24 в отключенном фильтре 5 осуществляется через съемную крышку 25.
Предложенное техническое решение позволяет увеличить эффективность очистки, уменьшить габаритные размеры блока фильтров газа для сухих газодинамических уплотнений (СГУ) нагнетателя газоперекачивающего агрегата (ГПА) компрессорной станции магистрального газопровода, при этом повысить безопасность и надежность работы устройства и удобство его обслуживания.