УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ И ПОДАЧИ БУФЕРНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к устройствам для подготовки буферного (уплотняющего) газа, используемого в сухих газодинамических уплотнениях (СГУ) нагнетателей природного газа, входящих в состав газоперекачивающих агрегатов (ГПА) на перекачивающих и дожимных газокомпрессорных станциях магистральных газопроводов.
Известна сепарационная установка (AC №476011, опубл. 05.07.1975), включающая в себя трубопровод для подвода газо-нефтяной смеси, сепаратора для предварительного разделения газо-нефтяной смеси, отстойной буферной емкости, трубопровода для отвода газа из устройства предварительного разделения нефти и газа в центробежный (винтовой) разделитель, служащий для окончательной очистки газа от капельной жидкости, трубопровода для возврата отделившейся в устройстве жидкости, трубопровода для отвода газа потребителю, трубопровода для отвода жидкости из отстойной емкости.
Сепаратор для предварительного разделения нефти и газа состоит из корпуса, который представляет собой отрезок трубы. Внутри корпуса концентрически расположена газоотводная труба. На наружной поверхности ее размещен конус, который может перемещаться внутри конуса, расположенного внутри корпуса. При перемещении конусов относительно друг друга образуется кольцевая щель переменного сечения. Уплотнение трубы при работе осуществляется с помощью сальниковых узлов. Продолжением трубы служат раструбы, выполненные по определенному профилю. Раструбы служат в качестве направляющего аппарата для откидывания капель и струй жидкости на внутреннюю стенку корпуса. Кольцевые щели в местах соединения раструбов, вставленных последовательно один в другой, служат для отвода газовой фазы. На раструбах размещены концентрически расположенные конусообразные жалюзийные пластины, предотвращающие перемешивание расслоившихся струек жидкости и газа и являющиеся направляющими элементами. В камере расположены каплеотбойники. Трубопровод служит для дренирования накопившейся в камере жидкости в отстойную емкость.
Центробежный винтовой разделитель состоит из винтового завихрителя, срезающей трубы, образующей кольцевую разделительную камеру, служащую для накопления жидкости и возврата ее с незначительной частью газа в неразделенный поток газо-нефтяной смеси посредством кольцевой горообразной камеры, использующей эжектирующий эффект в зоне сужения между конусами. Срезающая труба имеет возможность с помощью винтовой резьбы перемещаться в сальниковом узле для обеспечения регулирования толщины «вырезаемого» слоя жидкости и газа. С этой целью верхняя часть камеры выполнена в виде конуса; верхняя часть срезающей трубы также имеет форму конуса. Образующие конусов камеры и срезающей трубы параллельны.
В отстойной буферной емкости установлены сливные полки.
Недостатками является недостаточная эффективность работы установки за счет низкой степени очистки от мех. примесей, т.к. в конструкции имеется фильтр для очистки от капельной влаги, но нет фильтра очистки от мех.примесей.
Известен способ организации удаления капельной жидкости из газовых потоков и устройство для его осуществления (Патент РФ №2450848, опубл. 20.05.2012), реализованный в устройстве, включающем корпус, выполненный в виде цилиндрической обечайки с крышками, снабженный патрубком подачи исходного газового потока, хотя бы двумя патрубками вывода очищенного газа и отделенной жидкости, и хотя бы один фильтрующий блок, содержащий хотя бы один слой фильтрующего коалесцентного материала. Фильтрующий блок выполнен в виде опорной прямоугольной рамы, внешние края которой герметично прикреплены к внутренним поверхностям цилиндрической обечайки корпуса и крышек, и расположен параллельно оси симметрии корпуса и перпендикулярно крышкам корпуса. Корпус содержит внешнюю опорную конструкцию, выполненную с возможностью расположения корпуса устройства при эксплуатации таким образом, чтобы угол отклонения плоскости слоев фильтрующего материала от вертикали был не ниже угла оттока отделяемой жидкости. Патрубок подачи исходного газового потока содержит распределительный элемент для гашения кинетической энергии потока, в частности эллиптический отражатель. Фильтрующий блок содержит пластины из пористо-ячеистого металла или сплава либо их комбинации с другими фильтрующими материалами.
Недостатками является недостаточная эффективность работы установки за счет отсутствия очистки от механических примесей, т.к. в конструкции имеется фильтр для очистки от капельной влаги, но нет фильтра очистки от мех.примесей.
Известна газодожимная установка газокомпрессорной станции магистрального газопровода (Патент РФ №90505, опубл. 10.01.2010), включающая дожимной компрессор с электрод-приводом, систему фильтрации газа на входе и выходе установки, управляемую арматуру и блок автоматического управления, фильтр с коалесцирующим фильтрующим элементом и фильтр очистки от механических примесей, электроприводные шаровые краны на входе и выходе газа и для сброса газа из контура компрессора на свечу,
Установка размещена на жестком каркасе и в контейнере. Контейнер выполнен с теплоизоляцией и с двумя изолированными друг от друга отсеками и содержит обогревательные устройства и датчики температуры, подключенные к блоку автоматического управления установки, а также содержит систему контроля загазованности и охранно-пожарную сигнализацию, вентиляционное устройство, взрывной клапан в виде легко сбрасываемой панели контейнера.
Недостатками является недостаточная эффективность работы установки за счет отсутствия конструктивного элемента для очистки от капельной влаги.
Известен объемный фильтровальный материал (Заявка РФ №94000485, дата публ. 27.04.1996) для очистки газов и жидкостей в виде трубчатого трикотажа из растяжимых и нерастяжимых нитей переплетением ластик 1+1, который имеет дополнительные петельные ряды из биокомпонентных разноусадочных нитей с температурой плавления не ниже 150 град цельсия, чередующихся с петлями ластика и содержащие не менее 20 дополнительных петельных рядов переплетением гладь.
Недостатками является недостаточная эффективность работы установки за счет недостаточной очистки при температуре ниже 100 град цельсия, а также низкая эффективность очистки, т.к. не обеспечена возможность очистки от частиц размером менее 6 мкм, это указано в описании заявки на изобретение.
Известно устройство фильтрации-буферизации газа (Патент РФ №2376055, опубл. 20.12.2009) включающая по меньшей мере один блок фильтрации газа, содержащий в себе полость буферизации газа, которая объединяет вместе функции фильтрации и буферизации и узел фильтрации газа, который позволяет фильтровать влагу и органическое вещество в газе, кроме того в устройстве фильтрации-буферизации газа имеется газовый впуск и газовый выпуск. Изобретение направлено на повышение точности обнаружения детектором следов элементов взрывчатых и лекарственных средств.
Недостатками является недостаточная эффективность работы установки за счет низкой степени очистки от примесей, а также отсутствует отдельный фильтр для очистки от капельной влаги, что снижает эффект. Кроме того узел фильтрации газа и полость буферизации газа направлены на стабилизацию давления газа и скорость его течения.
Наиболее близкой по технической сущности к настоящей полезной модели является установка для подготовки и подачи буферного газа (Патент N 95762, F04D 17/00, опубл. 10.07.2010 г.). в газодинамических уплотнениях нагнетателей природного газа магистральных газопроводов, размещенная на жестком каркасе включает систему подготовки и подачи буферного природного газа, арматуру и систему автоматического управления, при этом система подготовки и подачи буферного природного газа снабжена бустерным устройством, выполненным в виде дожимного поршневого компрессора с пневматическим приводом, средства контроля давления газа на входе и выходе, фильтр для очистки от капельной влаги, выполненный в виде фильтра 6 с коалесцирующим элементом. А фильтр 9 предназначен для очистки от механических примесей - частиц. Средства контроля давления газа выполнены в виде датчиков перепада давления 19, служащих для контроля за засорением фильтрующих элементов в фильтрах 6 и 9. Арматура представлена в виде кранов 5, 11, 14, 15, 16, управляемого крана 10, предохранительного клапана 7, обратного клапана 12 и другого оборудования. Поршневой компрессор выполнен однопоршневым, без смазки цилиндропоршневой группы, с использованием самосмазывающихся уплотнительных материалов.
Известно, что специфика эксплуатации СГУ (сухих газодинамических уплотнений) нагнетателей ГПА (газоперекачивающих агрегатов) на газокомпрессорных станциях магистральных газопроводов требует особенно тщательной подготовки буферного природного газа и барьерного воздуха для обеспечения работы СГУ и ГПА в целом.
2
Для обеспечения работы СГУ необходимо предусмотреть подачу буферного природного газа с заданными параметрами на всех режимах работы ГПА. Система подачи уплотняющего газа должна обеспечивать превышение давления уплотняющего газа над расчетным давлением на величину не менее чем 3,5 кгс/см на всех режимах работы.
Очистка буферного газа должна обеспечивать отсутствие в уплотняющем газе механических примесей более 10 мкм, 99,7% фильтрацию по влаге в точке подключения. Также критически важно не допустить потенциальной возможности конденсации влаги внутри полости установки картриджа и на самой уплотняющей паре из-за эффекта Джоуля-Томпсона при последовательном прохождении уплотняющего газа через запорную арматуру, уплотнительный зазор и свечи (Принцип действия, технологические стандарты и требования к проектированию и эксплуатации систем сухих газовых уплотнений, Степовиков С.Н., ООО «Кавказтрансгаз», Нефтегазовое дело, 2005, http://www.ogbus.ru).
В прототипе обеспечивается очистка буферного газа от механических примесей более 10 мкм и фильтрация на 99,7% по влаге.
Недостатками прототипа установки является ее сложность обслуживания из-за присутствия в системе дополнительных элементов, влияющих также на увеличение габаритов установки, т.к. установка размещена на жестком каркасе, и содержит обогревательные и вентиляционные устройства и датчики температуры, подключенные к системе автоматического управления установки.
Недостатком установки является снижение эффективности работы за счет снижения качества очистки, т.к. тонкость фильтрации до 10 мкм - за счет несовершенства конструкции фильтра от механических примесей.
Для очистки газа на входе в компрессор от капельной влаги в прототипе имеется фильтр для очистки от капельной влаги, который содержит коалесцирующий элемент, основной частью которого является пористая среда. Эффективность работы коалесцирующего элемента определяется суммарным эффектом молекулярно-поверхностных и гидродинамических сил, зависящих от физико-химических свойств эмульсиии и фильтрующего материала, его геометрической формы, размеров и скорости фильтрования. Метод коалесценции -это слияние мелких капель в крупные. Фильтры - каплеотделители предназначены для очистки газообразных и жидких сред от механических и жидких примесей. В прототипе в фильтре для очистки от капельной влаги с коалесцирующим элементом очистка от жидких примесей происходит благодаря способности фильтрационного элемента коалесцировать (объединять) жидкие аэрозольные частички мельчайшего диаметра от 10 мкм в более крупные и удалять их в дренажную систему.
Недостатком коалесцирующих фильтров является то, что содержится определенное количество газов, которые выделяются в виде микропузырьков на гидрофобной загрузке фильтров. Коалесцируя между собой, они частично закупоривают поровое пространство загрузки, происходит укрупнение капель, разрушение коалесцирующего материала, в результате чего среда начинает генерировать вторичную аэрозоль, что уже является серьезным недостатком и снижает (степень) качество очистки.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности работы установки, создание более компактной и экономичной установки. Техническим результатом является повышение качества очистки (подготовки) газа путем обеспечения тонкости фильтрации до 0,3 мкм и увеличение межремонтного периода.
Технический результат достигается тем, что в установке для подготовки и подачи буферного газа, размещенной на жестком каркасе, включающей арматуру, фильтр для очистки от капельной влаги, фильтр очистки от механических примесей, средства контроля давления газа на входе и выходе газа, согласно полезной модели установка снабжена вторым фильтром очистки от механических примесей, оба фильтра очистки от механических примесей снабжены регенерируемыми фильтрующими элементами, двумя страхующими устройствами, закрепленными на жестком каркасе, фильтр для очистки от капельной влаги снабжен импеллером не менее одного.
Кроме того, в установке для подготовки и подачи буферного газа фильтрующий элемент выполнен из спеченного никелевого порошка.
В отличие от прототипа фильтр для очистки от капельной влаги выполнен в виде фильтра-каплеотделителя с импеллером и не содержит пористой среды. Поскольку основным элементом фильтра для очистки от капельной влаги является импеллер, то фильтр для очистки от капельной влаги работает по отличному от прототипа принципу. Импеллер - лопаточная машина, заключенная в кольцо, благодаря чему фильтр для очистки от капельной влаги в предлагаемой полезной модели работает по принципу ударно-гравитационного механизма. Фильтр для очистки от капельной влаги не имеет подвижных, сменных и расходных частей в отличие от прототипа, что исключает возможность вторичной генерации аэрозоли. Обслуживание фильтра для очистки от капельной влаги -происходит без демонтажа с линии. Он более экономичен, так как не требуется замена коалесцирующего элемента, как в прототипе. А также не происходит генерации вторичных аэрозолей за счет разрушения сменного коалесцирующего элемента, как в прототипе.
Конструктивные отличия фильтра для очистки от капельной влаги - импеллер - обеспечивают более совершенный принцип работы в отличие от прототипа, что приводит к повышению степени очистки газа от капельной влаги.
Качественно очищенный газ поступает на фильтр очистки от механических примесей, который в совокупности с фильтром очистки от капельной влаги дает требуемую степень очистки газа. Фильтры очистки от механических примесей ставят на сухой газ.
В заявляемой полезной модели в отличие от прототипа фильтрующие элементы выполнены регенерируемыми. Это позволяет реже производить замену фильтрующих элементов, увеличивая срок их службы и делая предлагаемую установку более экономичной.
Фильтрующий элемент фильтра очистки от механических примесей может быть выполнен из разных материалов (фторопласт, бумага, никелевая сетка и др), а выполнение фильтрующего элемента из спеченного никелевого порошка, нанесенного на металлический каркас, обеспечивает более высокое качество очистки газа. Никелевый порошок, нанесенный на металлический каркас, имеет в своей структуре микропоры определенного диаметра (до 0,3 мкм), что по сравнению с другими материалами (бумага, фторопласт и другие) позволяет очищать газ от механических примесей наименьшего размера.
Снабжение вторым фильтром очистки от механических примесей обеспечивает непрерывную работу всей системы фильтрации. Работа фильтров очистки от механических примесей построена по типу дуплексной системы, а именно: в системе имеются два одинаковых фильтра очистки от механических примесей: один фильтр очистки от механических примесей, является основным, а дополнительный второй фильтр очистки от механических примесей является резервным. В работе всегда находится один фильтр очистки от механических примесей, а второй находится в это время в резерве и при замене фильтрующего элемента происходит смена работы одного фильтра на другой.
Буферный газ, применяемый в СГУ должен быть полностью очищен от капельной влаги и механических частиц, поэтому в установке предусмотрено не менее 2 ступеней очистки газа (грубая - фильтр очистки от капельной влаги и тонкая - два фильтра очистки от механических примесей).
В предлагаемой установке средства контроля давления газа - перепад давления - контролируется датчиком диффференциального давления. Когда перепад давления на фильтрующем элементе работающего на данный момент в системе фильтров очистки от механических примесей достигает своего критического значения, производится отсечение фильтра очистки от механических примесей от рабочей линии и изменение направления потока газа в соседнюю линию на дополнительный второй фильтр очистки от механических примесей. В работу включается дополнительный, второй фильтр очистки от механических примесей, а фильтр очистки от механических примесей, являющийся основным (первым), проходит техническое обслуживание и остается в резерве до тех пор, пока перепад давления на дополнительном втором фильтре очистки от механических примесей не достигнет своего критического значения.
Есть различные методики замера тонкости фильтрации, в предлагаемой модели это делается лазерным счетчиком. В данной установке лазерным счетчик замеренная тонкость фильтрации составила 0,3 мкм., что превышает тонкость фильтрации прототипа в 33 раза, что доказывает повышение качества очистки (подготовки) буферного газа.
Страхующее устройство предназначено для защиты от самопроизвольного опрокидывания стакана фильтра очистки от механических примесей, что позволяет более безопасно и удобно заменить фильтрующий элемент. Это в конечном итоге обеспечивает упрощение обслуживания установки. Наличие двух страхующих устройств обусловлено наличием в установке двух фильтров очистки от механических примесей.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.
На фиг.1 представлена установка для подготовки и подачи буферного газа, общий вид, вид спереди; на фиг.2 представлена установка для подготовки и подачи буферного газа, вид слева.
В установке для подготовки и подачи буферного газа (далее установка) на трубопроводе последовательно по ходу газа установлен фильтр для очистки от капельной влаги 1, фильтр очистки от механических примесей 2. В установке имеются два фильтра очистки от механических примесей. Сама установка размещена на жестком каркасе 3. Входной трубопровод 4 установки подключен к магистральному газопроводу (не показан), выходной трубопровод 5 установки подключен к трубопроводу газа (не показан). К нижней части фильтра очистки от капельной влаги 1 крепится емкость для сбора конденсата 6 - для сбора конденсата капельной влаги. В дне емкости может быть расположен клапан сброса 7 (либо игольчатый кран). В качестве запорной арматуры использованы краны шаровые 8, расположенные после фильтра очистки от капельной влаги 1. Внутри фильтров очистки от механических примесей 2 находятся сменные регенерируемые фильтрующие элементы 9. Для отвода конденсата из фильтров очистки от механических примесей 2 предусмотрены клапаны сброса 7 (либо игольчатые краны). Для безопасной и удобной замены фильтрующих элементов 9 на жестком каркасе 3 установлены страхующие устройства 10. На выходе из фильтров очистки от механических примесей 2 расположена линия сброса избыточного газа на свечу 11, одновременно являющаяся линией выравнивания давления в фильтрах очистки от механических примесей 2. Линия сброса избыточного газа на свечу 11 содержит краны шаровые 12, датчик контроля избыточного давления 13 и прочую запорную арматуру.
Для контроля засорения фильтров очистки от механических примесей 2 установлен датчик перепада давления 14.
Фильтр для очистки от капельной влаги 1 снабжен импеллером 15 (импеллеров может быть один и более). Импеллер 15 представлен как пример конкретного исполнения для фильтра для очистки от капельной влаги в виде лопаточной машины. А фильтрующий элемент 9 фильтра очистки от механических примесей представлен как пример конкретного исполнения, например, марки ФЭН-П 3,0-137/034.
Установка со всеми системами на жестком каркасе 3 может быть размещена как в отапливаемом помещении, так и на открытом воздухе.
При применении на открытом воздухе применяется защитное укрытие, например, защитный кожух.
Предлагаемая установка работает следующим образом.
Сжатый природный газ под рабочим давлением из входного магистрального газопровода от входного трубопровода 4 поступает через фильтр для очистки от капельной влаги 1, где происходит очистка газа от крупных частиц, влаги и масла. Проходя через импеллер 15, капли жидкости, содержащиеся в газе, ударяются о лопатки импеллера 15, укрупняются и стекают по внутренней поверхности импеллера 15 в емкость для сбора конденсата 6, очищенный от капельной влаги газ уходит далее в трубопровод. Импеллер 15 представляет собой лопаточную машину, состоящую из по меньшей мере двух пластин круглой формы и расположенными между ними лопатками, которые находятся под углом к входному потоку газа. В фильтре для очистки от капельной влаги 1 импеллер 15 может быть один и более, это обусловлено требуемой различной производительностью системы по расходу газа. Конденсат сбрасывается из емкости для сбора конденсата 6 через клапан сброса 7. Далее конденсат может сбрасываться в дренажный трубопровод.
После фильтра для очистки от капельной влаги 1 газ поступает в один из фильтров очистки от механических примесей 2 через запорную арматуру, включающую в себя также краны шаровые 8, с помощью которых поток газа переводится в левый, либо в правый фильтр очистки от механических примесей 2. С целью очистки от механических примесей газ проходит через фильтрующий элемент 9, расположенный внутри фильтра очистки от механических примесей 2. Сброс загрязнений осуществляется через клапан сброса 7 в дренажный трубопровод (не показан). Замена фильтрующего элемента 9 производится с помощью страхующего устройства 10. При необходимости избыток газа из фильтров очистки от механических примесей 2 осуществляется через линию сброса избыточного газа на свечу 11, которая состоит из трех кранов шаровых 12 и датчика контроля избыточного давления 13. С помощью кранов шаровых 12 можно производить выравнивание давления между фильтрами очистки от механических примесей 2, а также переводить поток газа из левого, либо из правого фильтров очистки от механических примесей 2.
Для контроля давления в фильтрах очистки от механических примесей 2 предусмотрен датчик контроля избыточного давления 13 на линии сброса избыточного газа на свечу 11.
Для контроля за засорением фильтрующих элементов 9 в фильтрах очистки от механических примесей 2 предусмотрен датчик перепада давления 14.
Кроме того, в установке для подготовки и подачи буферного газа фильтрующий элемент 9 выполнен из спеченного никелевого порошка.
Предлагаемая установка предназначена для подготовки буферного природного газа, используемого в сухих газодинамических уплотнениях (СГУ) нагнетателей природного газа газоперекачивающих агрегатов для компрессорных станций магистральных газопроводов природного газа и других объектов газовой промышленности.
Предлагаемая установка для подготовки и подачи буферного природного газа может быть использована на объектах в контейнерном исполнении, либо в безконтейнерном варианте в составе газоперекачивающего агрегата (ГПА).
Предлагаемая установка для подготовки и подачи буферного природного газа сухих газодинамических уплотнений нагнетателей природного газа может эффективно и надежно работать при изменении условий работы (рабочего давления, длительных простоях, постоянный безостановочный режим работы) в различных климатических условиях, обеспечивая необходимую производительность, давление и качество буферного природного газа, подаваемого в СГУ, увеличивая их ресурс.
Предлагаемая установка обладает высокой экономичностью и повышает автономность и надежность работы нагнетателей природного газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов природного газа.