БЛОК ФИЛЬТРОВ ГАЗА

Полезная модель относится к средствам подготовки природного газа и предназначена для использования в составе газоперекачивающих агрегатов (ГПА) на объектах газотранспортных предприятий (компрессорных станциях магистральных газопроводов) или в составе газотурбинных агрегатов (ГТА) на объектах энергетики (электростанции, работающие на природном газе).
В частности настоящая полезная модель может быть использована для подготовки природного газа перед его подачей в качестве топливного газа в газотурбинный привод газоперекачивающего агрегата (ГПА) или газотурбинного агрегата (ГТА).
Также настоящая полезная модель может быть использована для подготовки буферного 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 ГПА на газокомпрессорных станциях магистральных газопроводов требует надежной подготовки природного газа для обеспечения работы ГПА.
В соответствии с п. 7.5 СТО Газпром 2-3.5-138-2007 «Типовые технические требований к газотурбинным ГПА и их системам»:
- система подготовки топливного газа должна обеспечивать очистку газа от механических и жидких примесей, (в топливном газе, наличие жидкой фазы не допускается), содержание твердых частиц в газообразном топливе не более 2 мг/кг, при этом доля частиц размером более 10 мкм не более 0,3 мг/кг;
- фильтры топливной системы должны быть дублированы с целью проведения их обслуживания и ремонта без остановки ГПА;
- трубопроводы топливного газа ГПА после фильтров должны быть выполнены из нержавеющей стали;
- топливная система должна содержать автоматический (дистанционно управляемый) отключающий кран на входе топливной системы и автоматический кран для стравливания газа при отключении топливной системы ГПА;
В соответствии с п. 6.3.1 СТО Газпром 2-3.5-230-2008 «Типовые технические требования к устройствам подготовки газа на компрессорных станциях»:
- блок очистки газа должен включать не менее двух параллельно включенных аппаратов. При выводе одного из аппаратов из работы должна обеспечиваться 100%-производительность всей установки;
3
3
- содержание механических примесей на выходе из блока очистки должно быть не более 0,5 мг/ст.м, в том числе размером более 10 мкм не более 0,2 мг/ст.м;
3
- содержание жидких примесей на выходе из блока очистки должно быть не более 2,5 мг/ст.м;
- в обвязке аппаратов очистки должны быть входные и выходные ручных краны для возможности их ручного переключения и проведения обслуживания;
- в обвязке аппаратов очистки должен быть предусмотрен сброс газа на свечу с ручным отсечным краном (при проведении обслуживания);
- на каждом аппарате должен предусматриваться контроль давления газа (местный замер), перепад давления газа на аппарате, уровень сепарата (при необходимости).
Известен блок фильтров топливного и буферного газа, предназначенных 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»: energo.kirovsky.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=117:gazfilter&catid=39).
Известный блок фильтров топливного и буферного газа имеет большие габаритные размеры, в нем отсутствует возможность контроля параметров работы, блок сложен в обслуживании и управлении работой.
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.
Известна установка для подготовки и подачи буферного газа, размещенная на жестком каркасе, включающая арматуру, фильтр для очистки от капельной влаги, фильтр для очистки от механических примесей, средства контроля давления газа на входе и выходе газа, которая 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 не менее одним импеллером. При этом фильтрующий элемент выполнен из спеченного никелевого порошка (патент РФ №132147, МПК F04D 17/00; B01D 51/00; B01D 35/02; F04B 39/16, публ. 2013 г.).
Недостатком известной установки очистки газа является отсутствие 100% резерва оборудования для очистки от капельной влаги, низкое удобство обслуживания (отсутствие возможности демонтажа фильтрующих элементов без разборки трубопровода, для обслуживания необходимы зоны обслуживания с двух сторон, что увеличивает площадь, занимаемую установкой), отсутствие на каждом фильтре контроля давления газа (манометров) и уровня сепарата в фильтре очистки от капельной влаги. Фильтрующие элементы из спеченного никелевого порошка имеют высокое аэродинамическое сопротивление потоку газа, при этом в связи с физическим забиванием микропор механическими частицами, 100% регенерация фильтрующего элемента невозможна, поэтом в процессе эксплуатации при регенерации аэродинамическое сопротивление фильтрующего элемента выше, чем сопротивление чистого фильтрующего элемента, при этом снижается давление газа на выходе, что в системе топливного газа, как правило, недопустимо.
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, МПК F17D 1/00; B01D 29/00; B01D 45/00; B01D 46/00, публ. 2010 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.
Задачей настоящей полезной модели является создание технологичного в изготовлении и удобного в обслуживании блока фильтров, обеспечивающего качественную подготовку топливного природного газа перед его подачей в газотурбинный привод газоперекачивающих агрегатов (ГПА) или газотурбинного агрегата (ГТА), и обладающего надежностью и безопасностью в работе.
Технический результат предложенного устройства заключается в повышении надежности и безопасности работы блока фильтров, обеспечивающего качественную подготовку топливного природного газа, в обеспечении удобства его обслуживания.
Предложенное техническое решение расширяет арсенал технических средств, используемых в процессе подготовки топливного природного газа.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Блок фильтров топливного газа газотурбинного или газоперекачивающего агрегата включает два установленных на общей 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, МПК F17D 1/00; B01D 29/00; B01D 45/00; B01D 46/00, публ. 2010 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.
Задачей настоящей полезной модели является создание блока фильтров, обеспечивающего качественную подготовку топливного природного газа перед его подачей в газотурбинный привод газоперекачивающих агрегатов (ГПА) или газотурбинного агрегата (ГТА), и обладающего надежностью и безопасностью в работе.
Технический результат предложенного устройства заключается в повышении надежности и безопасности работы блока фильтров.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Блок фильтров газа газотурбинного или газоперекачивающего агрегата включает два, установленные на общей прямоугольной раме и параллельно подключенные к трубопроводам подвода и отвода природного газа взаимно резервирующих фильтра, каждый из которых содержит цилиндрический, вертикально расположенный корпус со съемной крышкой, патрубки входа и выхода газа и фильтрующий элемент, размещенный внутри корпуса фильтра. Патрубки входа газа в оба фильтра и патрубки выхода газа из обоих фильтров расположены на одной оси и
сориентированы по направлению друг к другу в каждой паре, при этом патрубки фильтров подключены к трубопроводам подвода и отвода природного газа с помощью разъемных фланцевых соединений посредством двух шаровых трехходовых кранов, управляющие штоки которых механически соединены с общим органом управления работой фильтров, расположенном на лицевой стороне блока.
Каждый из шаровых трехходовых кранов подключен через 90°-ные отводы к трубопроводу подвода или отвода природного газа, причем трубопроводы подвода и отвода природного газа размещены в горизонтальной плоскости параллельно длинной стороне рамы.
Для обеспечения сохранения постоянства сечения потока при переключении фильтров шаровые трехходовые краны выполнены с Г-образным каналом в шаре, при этом диаметр канала больше или равен диаметру трубопровода.
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 фильтрующий элемент.
Блок фильтров содержит трубопровод, соединяющий два взаимно резервирующих фильтра, на котором установлен кран, выполненный в виде игольчатого вентиля, для возможности плавного заполнения резервного фильтра перед переключением фильтров.
Блок фильтров содержит контрольно-измерительные приборы для измерения давления в корпусах фильтров, и для измерения перепада давления между трубопроводами подвода и отвода природного газа, при этом контрольно-измерительные приборы подключены через трехходовые
краны, обеспечивающие возможность проверки и демонтажа приборов и сброс газа на свечу.
На трубопроводе подвода газа установлен дистанционно управляемый электромагнитный нормально-закрытый клапан.
Для стравливания газа из трубопровода отвода газа на трубопроводе установлен дистанционно управляемый электромагнитный нормально-открытый клапан.
Органы управления всех ручных кранов расположены на лицевой стороне блока.
В верхней крышке каждого фильтра установлен штуцер для обеспечения выхода воздуха при периодических гидравлических испытаниях.
Фильтрующий элемент может быть выполнен коалесцирующего типа или сухого типа.
Фильтрующий элемент может быть выполнен из неметаллического материала, выбранного из группы: полипропилен, полиэтилен, пропитанная эпоксидной смолой целлюлоза, полиэстер, стеклянное волокно, боросиликатное волокно.
Фильтрующий элемент может быть выполнен из пористого металла, выбранного из группы: пористый никель, пористый алюминий, пористая медь, пористая бронза, пористая нержавеющая сталь.
Корпуса фильтров, входные трубопроводы и входной шаровой трехходовой кран могут быть изготовлены из низколегированной хладостойкой стали.
Корпуса фильтров, входные и выходные трубопроводы, входной и выходной шаровые трехходовые краны могут быть изготовлены из нержавеющей стали.
Блок фильтров снабжен козырьком для защиты от попадания атмосферных осадков.
Блок фильтров снабжен чехлом для защиты контрольно-измерительных приборов с нагревательными элементами.
Корпус каждого фильтра содержит патрубки отвода конденсата из ступеней грубой очистки и тонкой очистки.
Блок фильтров содержит емкости для сбора конденсата в фильтре, при этом в каждой емкости установлены сигнализаторы уровня.
Блок фильтров содержит дистанционно-управляемые краны на трубопроводах сброса конденсата из фильтров.
Блок фильтров содержит средства теплоизоляции и средства для подогрева, размещенные на трубопроводе сброса конденсата и в нижней части фильтров.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема блока фильтров газа, на фиг. 2 - показан фильтр газа, на фиг. 3 показан блок фильтров газа на раме, на фиг. 4 тоже вид сверху на раме, на фиг. 5 расположение каналов кранов (с ручкой в крайнем правом положении), на фиг. 6 расположение каналов кранов (с ручкой в крайнем левом положении), на фиг. 7 расположение каналов кранов (с ручкой в среднем положении).
Блок фильтров газа (см. фиг. 1) подключен к магистральному газопроводу посредством трубопровода 1 подвода газа и содержит трубопровод 2 отвода газа, подключенный к газовой системе газоперекачивающего агрегата (ГПА), трубопровод выхода конденсата 3, трубопровод сброса газа на свечу 4, два цилиндрических, вертикально расположенных, взаимно резервирующих фильтра 5 (основной и резервный), подключенных через шаровой трехходовой кран входа газа 6 к трубопроводу подвода газа 1 и через шаровой трехходовой кран выхода газа 7 к трубопроводу отвода газа 2, контрольно-измерительные приборы (манометры) 8, подключенные к корпусам фильтров, датчик контроля перепада давления 9, подключенный к трубопроводам 1 и 2, управляемую арматуру (шаровые краны) 10 для сброса конденсата, управляемую арматуру (шаровые краны) 11 для сброса газа на свечу, управляемую
арматуру (шаровые краны) 12, подключенную к крышкам фильтров для обеспечения выхода газа при периодических гидравлических испытаниях (периодических освидетельствованиях), клапанные блоки 13, подключенные к манометрам 8 и датчику контроля перепада давления 9, обеспечивающие безопасное отключение контрольно-измерительных приборов и сброс газа на свечу, управляемую арматуру (игольчатый вентиль) 14, установленную на трубопроводе 15, соединяющем фильтры 5 между собой, обеспечивающую плавное заполнение резервного фильтра перед переключением и предотвращение возможности разрушения фильтрующих элементов тонкой очистки.
На трубопроводе 1 подвода газа установлен дистанционно управляемый электромагнитный нормально закрытый клапан 16 для аварийного отключения подачи газа (при остановке ГПА, либо пропадании питания).
На трубопроводе 2 отвода газа установлен дистанционно управляемый электромагнитный нормально открытый клапан 17 для стравливания газа из блока фильтров газа.
Краны 10 для сброса конденсата на трубопроводах конденсата 3 имеют электрические приводы 18. Управляющие штоки 19 шаровых трехходовых кранов 6 и 7 жестко соединены между собой общим органом 20 управления работой фильтра, снабженным ручкой 21, для одновременного (синхронного) переключения кранов 6 и 7, таким образом осуществляя переключение фильтров 5 с рабочего на резервный. Ручка 21 расположена на лицевой стороне блока фильтров газа, что обеспечивает его одностороннее обслуживание.
Фильтр 5 (см. фиг. 2) содержит корпус 22 (изготовленный, например, из углеродистой стали), патрубок входа газа 23, патрубок выхода газа 24, патрубки выхода конденсата 25, патрубок выхода газа к манометру 26, патрубок сброса газа после гидравлических испытаний 27, фланцевую горловину 28. Корпус фильтра разделен горизонтальной перегородкой 29
на две полости - нижнюю 30 (ступень грубой очистки) и верхнюю 31 (ступень тонкой очистки), при этом нижняя часть каждой полости представляет собой емкость для сбора конденсата. Размер емкости сбора конденсата (расстояние от патрубка выхода конденсата 25 до сигнализатора уровня 32) в нижней и верхней полостях фильтра составляет не менее 1 диаметра корпуса фильтра 22. К горизонтальной перегородке 29 приварен адаптер 33 для возможности установки фильтрующего элемента 34. Для замены фильтрующего элемента 34 предусмотрена съемная крышка 35, для крепления которой используются шпильки 36 и гайки 37, а герметизация осуществляется по уплотнительной поверхности фланцевой горловины прокладкой 38. В крышке 35 предусмотрен штуцер 27 для обеспечения выхода газа при периодических гидравлических испытаниях (периодических освидетельствованиях). Для удобства подъема крышки предусмотрен рым-болт 39. Для контроля заполнения емкостей сбора конденсата предусмотрены сигнализаторы уровня 32.
Фильтры установлены на общей прямоугольной раме 40 (см. фиг. 3 и фиг. 4).
Органы управления всех ручных кранов расположены на лицевой стороне. Вся управляемая ручная арматура имеет указатели «открыто» и «закрыто».
Оси патрубков входа газа 23 и патрубков выхода газа 24 параллельны друг другу и длинной стороне рамы 40, перпендикулярны осям фильтров 5 и направлены друг к другу. Соединение взаимно направленных патрубков входа газа 23 с краном 6 и патрубков выхода газа 24 с краном 7 осуществлено посредством разъемных фланцевых соединений 41. Также, при помощи разъемных фланцевых соединений 41 трубопровод подвода газа 1 соединен с патрубком крана 6, а трубопровод отвода газа 2 соединен с патрубком крана 7. Благодаря использованию в конструкции расположенных горизонтально 90°-ных отводов 42,
трубопровод подвода газа 1 и трубопровод отвода газа 2 расположены в горизонтальной плоскости параллельно длинной стороне рамы 40.
Блок фильтров газа при размещении вне помещения содержит быстросъемный козырек 47 для защиты от атмосферных осадков. Блок фильтров газа также может располагаться в отдельном транспортабельном контейнере (не показан).
Блок фильтров газа может содержать теплоизоляцию и устройства для подогрева на трубопроводе сброса конденсата 43 и в нижних частях фильтров (не показаны).
Работа блока фильтров газа для 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 дистанционно управляемый клапан 16 поступает в шаровой трехходовой кран 6, внутри которого газ проходит по Г-образному каналу шаровой пробки 44 (см. фиг. 5) с диаметром отверстия, большим или равным диаметру основного трубопровода блока фильтров газа. Газ из крана 6 через патрубок входа газа 23 поступает в один из фильтров 5. В фильтре 5 (фиг. 2) газ поступает через патрубок входа газа 23 в первую ступень очистки - инерционную, где под действием гравитационных сил и вследствие снижения скорости в фильтре 5 происходит осаждение механических частиц (либо осаждение механических частиц и выпадение крупных капель жидкости) и сбор осадка в емкости сбора конденсата в нижней части корпуса 30. Далее газ направляется вверх по корпусу фильтра 22, через адаптер 33, приваренный к перегородке 29, и проходит тонкую очистку с помощью фильтрующего элемента 34. После очистки от механических частиц (либо капельной жидкости и механических частиц) газ выходит через патрубок выхода газа 24.
Далее, очищенный в фильтре 5 газ поступает в кран 7, находящийся с крайним правым расположением ручки (см. фиг. 5) и поступает в трубопровод отвода газа 2. По сигналам датчиков предельного уровня конденсата 32 (см. фиг. 1), установленных в емкостях сбора конденсата в фильтрах 5, производится продувка фильтров посредством кратковременного открытия кранов 10. По сигналу датчика перепада давления газа 9 между трубопроводами подвода 1 и отвода 2 газа при достижении предельно допустимого перепада давления (например, 0,1 МПа) производится плавное заполнение резервного фильтра 5 через трубопровод 15, соединяющий фильтры при помощи игольчатого вентиля 14, и сброс газа на свечу при помощи кранов 11. Сразу после того, как давление в двух фильтрах выровняется, производится переключение фильтров 5 с рабочего на резервный. К ручке 21, расположенной в крайнем правом положении (см. фиг. 5), прикладывается усилие для ее перевода в крайнее левое положение (см. фиг. 6). Усилие, приложенное к ручке 21 управляющего органа 20, жестко соединяющего собой управляющие штоки 19 шаровых трехходовых кранов 6 и 7, позволяет одновременно (синхронно) перераспределить потоки газа. В результате этого усилия, приложенного к ручке 21, внутри крана 6, соединенного с трубопроводом подвода газа 1, происходит перевод потока 45. Поток 45, выходящий из трубопровода подвода газа 1, переводится из входного патрубка 23 основного фильтра 5 во входной патрубок 23 резервного фильтра 5 посредством поворота шаровой пробки 44 с Г-образным каналом. В тоже время, в результате того же усилия, приложенного к ручке 21, внутри крана 7, соединенного с трубопроводом отвода газа 2, происходит перевод потока 46. Поток 46, выходящий из выходного патрубка 24 основного фильтра 5 в трубопровод отвода газа 2, посредством поворота шаровой пробки 44 с Г-образным каналом, начинает исходить из выходного патрубка 24 резервного фильтра 5.
Следует заметить, что в момент, когда ручка 21 управляющего органа 20 находится перпендикулярно длинной стороне рамы 40, наступает среднее (см. фиг. 7) положение шаровой пробки 44 шарового трехходового крана входа газа 6, характеризующееся разделенными пополам и равными половине расхода потоками, исходящими из трубопровода подвода газа 1 и идущими в основной и резервный фильтры 5. Также, в момент, когда ручка 21 управляющего органа 20 находится перпендикулярно длинной стороне рамы 40, наступает среднее положение шаровой пробки шарового трехходового крана выхода газа 7, характеризующееся разделенными пополам и равными половине расхода потоками, исходящими из выходных патрубков 24 основного и резервного фильтров 5 в трубопровод отвода газа 2.
Замена фильтрующего элемента 34 (см. фиг. 2) в отключенном фильтре 5 осуществляется через съемную крышку 35.
Защита блока фильтров газа от осадков осуществляется при использовании быстросъемного козырька 47 (см. фиг. 3).
Предложенное техническое решение позволяет повысить надежность и безопасность работы блока фильтров, обеспечивающего качественную подготовку топливного природного газа для газотурбинного привода ГПА или ГТА.