ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩАЯ СТАНЦИЯ НА МОРСКОЙ ПЛАТФОРМЕ
GAS-PUMPING STATION ON OFFSHORE PLATFORM

Изобретение относится к транспортировке газообразного углеводородного топлива по трубопроводам большой протяженности, проложенным по морскому дну.
Известна атомная подводная газоперекачивающая станция по патенту РФ на изобретение № 2191321, которая содержит стальной герметичный корпус, разделенный прочными переборками на реакторный отсек, два жилых и аккумуляторных отсека и два концевых - турбинных отсека.
В реакторном отсеке размещен один автономный источник энергии, питающий все потребители атомной подводной газоперекачивающей станции - водо-водяной атомный реактор. Реактор соединен паропроводами с газовыми турбонагнетателями. В соседних, симметрично расположенных относительно реакторного отсеках расположены жилые каюты, аккумуляторные батареи, пульты управления и все остальное общекорабельное оборудование, механизмы и устройства. В концевых герметичных отсеках размещены паротурбинные установки, которые через специальный вращающийся вал соединены с носовым концом ротора компрессора-нагнетателя, который размещен вне прочного корпуса и крепится к концевой сферической переборке. Роль дейдвудного сальника в данном случае выполняют носовое масляное уплотнение компрессора-нагнетателя и носовой его подшипник. Таким образом, весь тракт перекачиваемого атомной подводной газоперекачивающей станцией природного газа находится вне прочного легкого корпуса, причем приемные и напорные ветви газопроводов от компрессора-нагнетателя проходят по междубортому пространству.
Порядок посещения этой станции в подводном положении следующий. Открывается входной люк, через который обслуживающий персонал попадает в жилой отсек станции. Затем уже из жилого отсека производятся газовый анализ воздуха в концевом отсеке и его замена в случае необходимости, открывается входной люк на переборке и обслуживающий персонал приступает к осмотру механизмов, уплотнения компрессора-нагнетателя и замене расходных материалов. После окончания работ обслуживающий персонал покидает станцию до следующего посещения.
Недостатками этой станции является очень низкая надежность, обусловленная наличием только одного атомного реактора, размещение компрессора-нагнетателя вне станции, что приводит к необходимости выполнения вращающегося вала в прочном корпусе и возможной его разгерметизации, а также невозможности обслуживания компрессора-нагнетателя на больших глубинах, например более 50 м.
Известна атомная подводная газоперекачивающая станция по патенту РФ на изобретение №2154231. Эта атомная газоперекачивающая станция, содержащая легкий и прочный корпус, разделенный прочными переборками на герметичные отсеки, в среднем из которых установлен водо-водяной атомный реактор, соединенный паропроводами с газовыми турбонагнетателями, приводная турбина которых соединена вращающимся валом с компрессором-нагнетателем, приемные и напорные ветви газопроводов которого проходят по междубортному пространству и соединены с выгородками стыковочных узлов станции с магистральным газопроводом, расположенных в килевой ее части.
Недостаток - большая стоимость оборудования и стоимость электроэнергии, вырабатываемой с применением атомного реактора. Применение обычного газотурбинного привода, работающего на отборе части перекачиваемого газа, под водой невозможно, т.к. технически невозможно осуществить забор воздуха для газотурбинного привода и выброс выхлопных газов а атмосферу.
Известна подводная буровая установка по патенту РФ №2081289, прототип. Эта установка содержит платформу и газоперекачивающую станцию на ней.
Недостаток - низкая надежность станции, обусловленная рядом причин:
1. Отсутствие дублирующих систем.
2. Наличие одного газового нагнетателя.
3. Расположение газового нагнетателя вне станции.
4. Отсутствие внешнего источника питания электроэнергией.
5. Катастрофические последствия при поломке газового нагнетателя, приводящие к прекращению подачи газа в газовую магистраль.
6. Наличие задвижек вне станции и отсутствие дистанционного управления ими. Задачи создания изобретения - повышение надежности работы станции и обеспечение безопасности и удобства обслуживания.
Заявленные технические результаты достигнуты в газоперекачивающей станции на морской платформе, содержащей контейнер, разделенный перегородкой на два герметичных отсека, в одном из которых установлен, по меньшей мере, один газотурбинный привод, содержащий входное устройство, компрессор, камеру сгорания, турбину, свободную турбину и выхлопное устройство, при этом свободная турбина валом нагрузки соединена с электрическим генератором, а в другом - газовые нагнетатели с приводами, отличающейся тем, что электрический генератор соединен со свободной турбиной через магнитную муфту и электрическими связями через коммутатор соединен с приводами газовых нагнетателей и с аккумуляторными батареями, внутрь контейнера вертикально вверх введены подводящий и отводящий газопроводы, на концах которых размещены разъемные соединения, имеющие возможность соединяться с подводящим и отводящим патрубками газовой магистрали, выполненные перпендикулярно к ней и установленные по обе стороны байпасного торубопровода, имеющего два запорных крана, на его концах, при этом запорные краны выполнены с дистанционными приводами, а между нагнетателями и их приводами установлены магнитные муфты. Платформа может быть оборудована системой утилизации тепла с баком для воды, насосом с приводом и регенеративным теплообменником, установленным в выходном устройстве. К камере сгорания может быть подсоединен трубопровод отбора газа, в котором установлен дожимной компрессор с приводом и регулятор расхода. Газоперекачивающая станция может содержать независимые маслосистемы привода и нагнетателя, имеющие маслоохладители, соединенные с патрубками забора и сброса воды.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
на фиг.1 приведена схема морской платформы со станцией,
на фиг.2 приведен вид станции сверху,
на фиг.3 приведен вид сбоку,
на фиг.4 приведена пневмогидравлическая и электрическая схема,
на фиг.5 приведена конструкция газового нагнетателя с магнитной муфтой.
Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью. Новизна подтверждается патентными исследованиями, а изобретательский уровень - достижением нового технического результате при использовании новых технических решений.
Газоперекачивающая станция на морской платформе (фиг.1…5) предназначена для повышения давления газа, подведенного по входной магистрали 1, и его передачи в выходную магистраль 2, между которыми установлен байпасный трубопровод 3, с запорными кранами 4 и 5. Входная и выходная газовые магистрали 1 и 2 установлены горизонтально на подставках 6 на морском дне. Станция установлена в контейнере 7 на морской платформе 8, которая, в свою очередь, содержит основание платформы 9, установленное на 4-х опорах 10, которые опираются в грунт 11. Станция установлена в контейнере 7, разделенном перегородкой 12 на герметичные отсеки: двигательный отсек 13 и газоперекачивающий отсек 14. Выходное устройство 15 частично установлено в контейнере 7.
В отсеке 13 установлены, по меньшей мере, один газотурбинный привод 16 и свободная турбина 17, соединенная валом нагрузки 18 с электрическим генератором 19, который установлен в отсеке 14. В дальнейшем приведено описание газоперекачивающей станции, оборудованной одним газотурбинным приводом и одним электрическим нагнетателем. Газотурбинный привод 16 содержит воздухозаборник 20, компрессор 21, камеру сгорания 22, турбину 23, свободную турбину 17, которая валом нагрузки 18 через магнитную муфту 24 соединена с электрическим генератором 19. Под водой по обе стороны от байпасного трубопровода 3 установлены запорные клапаны 25 и 26 с дистанционными приводами 27, к которым подстыкованы соответственно подводящий и отводящий трубопроводы 28 и 29. На верхнем конце подводящий газопровод 34 имеет газовые нагнетатели 30 (не менее двух, в дальнейшем для примера показана система с двумя нагнетателями), перед которым и за которым установлены запорные клапаны 31 и 32 соответственно. Газовые нагнетатели 30 оборудованы приводами 33 (электрические приводы во взрывозащитном исполнении). К отводящему газопроводу 29 подстыкован трубопровод отбора газа 34, содержащий дожимной компрессор 35 с приводом 36, регулятор расхода 37 и клапан 38. Этот трубопровод соединен с камерой сгорания 22. Внутри выходного устройства 15 установлен регенеративный теплообменник 39, к которому от бака 40 подходит трубопровод 41, содержащий водяной насос 42 с приводом 43. Трубопровод 41 из регенеративного теплообменника 39 также подстыкован к баку 40 для возврата подогретой воды. Подогретая вода используется для отопления и технологических нужд.
Газоперекачивающая станция содержит воздухозаборную систему 44 с шумоглушителем 45 и воздухоочистителем 46, а также газовыхлопной тракт 47 с шумоглушителем 48 и погодный колпак 49. Высота расположения воздухозаборной системы 44 и газовыхлопного тракта 47 значительно отличаются. Газовыхлопной тракт размещен выше на расстояние Н (фиг.3).
Кроме того, газоперекачивающий агрегат содержит блок управления 50, который подключен к коммутатору 51 при помощи электрических связей 52, которыми коммутатор 51 также соединен со всеми приводами, в том числе 33, 43 и др. (фиг.1 и фиг.4). Газоперекачивающая станция содержит маслоохладители 54, к которым подстыкованы подводящий трубопровод воды 55 с водяным насосом 56 и отводящий трубопровод воды 57. По линии масла маслоохладители 44 соединены трубопроводом 58, содержащим насос 59, и трубопроводом 60 с газотурбинным приводом 16 и газовыми нагнетателями 30. Блок управления 50, коммутатор 51 и аккумуляторы 53 установлены в техническом помещении 61. На основании платформы 9 установлены жилое помещение 62 и вертолетная площадка 63 (фиг.2).
Газовый нагнетатель 30 (фиг.5) представляет собой центробежный компрессор и содержит установленную в корпусе 64 на валу 65 крыльчатку 66, имеющую ступицу 67. К корпусу 64 подсоединены входной корпус 68, а на выходе - выходной корпус 69. Газовый нагнетатель имеет переднее уплотнение 70 и заднее уплотнение 71, отделяющее разгрузочную полость 72. В ступице 67 крыльчатки 66 выполнены отверстия 73, соединяющие разгрузочную полость 72 с полостью крыльчатки 66. Вал 65 установлен на подшипнике 74 в корпусе 75, перед ним выполнена полость 76, а за ним - полость 77. Магнитная муфта 24 установлена на валу 65 и содержит ведущую полумуфту 78 и ведомую полумуфту 79, выполненные в виде цилиндров с постоянными магнитами 80, установленными на их торцах, и магнитопроницаемую перегородку 81 между ними. Кроме того, станция оборудована системами пожаротушения, освещения, системой безопасности (система доступа и видеоконтроля) и системой освещения. Эти системы на фиг.1…5 не показаны.
При работе запускают газотурбинный привод 16, открыв клапан 38 и подав газ в камеру сгорания 22. Электрический генератор 19 подает электрическую энергию на все приводы, в том числе на приводы 33, которые раскручивают газовые нагнетатели 30, газ повышает свое давление и подает газ в отводящую магистраль 2. При этом клапаны 4 и 5 закрыты, а клапаны 25, 26, 31 и 32 открыты.
Так как применено не менее двух газовых нагнетателей 30, то один из них может работать, а другие находиться в резерве и запускаться при поломке работающего нагнетателя или его отключении для проведения профилактических работ. Применение магнитных муфт позволяет в случае серьезной поломки газотурбинного привода или одного из газовых нагнетателей исключить катастрофу, связанную с полным разрушением станции, и пожара на ней. Применение дистанционно управляемых запорных клапанов обеспечивает безопасность работ и удобство эксплуатации. Применение байпасного трубопровода позволяет при серьезной аварии на газоперекачивающей станции исключить ее из работы и пустить перекачиваемый газ напрямую без дополнительного увеличения его давления в магистрали. Это может привести к уменьшению его расхода или к необходимости форсирования других станций, установленных в этой же газовой магистрали, но не приведет к прекращению перекачки газа к потребителю.
Применение предложенного изобретения позволило значительно увеличить надежность работы газоперекачивающей станции за счет:
1. Дублирования газовых нагнетателей, т.е. применения двух и более газовых нагнетателей. Возможно дублирование газотурбинных приводов и электрических генераторов. (На фиг.1…5 такой вариант не показан.)
2. Применения электрических приводов для запорных кранов во взрывозащитном исполнении, особенно размещенных в нагнетательном отсеке.
3. Применения аккумуляторов.
4. Дистанционного управления запорными кранами.
5. Применения блока управления и коммутатора.
6. Размещения газотурбинного привода и электрического генератора и газовых нагнетателей внутри контейнера в разных отделенных друг от друга отсеках.
7. Разделение контейнера перегородкой на два герметичных независимых друг от друга отсека.