БЛОК НАСОСНЫЙ ДЛЯ ПРОМЫВКИ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА
PUMP UNIT FOR CENTRIFUGAL COMPRESSOR FLOW PART WASHING

Изобретение относится к устройствам для промывки проточной части центробежного компрессора, в частности для промывки проточной части центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата.
Известно, что в результате перекачки природного или попутного нефтяного газа в проточной части центробежных компрессоров накапливаются отложения, которые влияют на производительность и эффективность компрессора, вибрацию и срок его службы. Данная проблема решается промывкой проточной части центробежного компрессора. Желательно, чтобы промывка проточной части центробежного компрессора осуществлялась без его остановки, во время работы центробежного компрессора, при этом давление подаваемой промывочной жидкости должно быть выше давления газа. Например, как в описанных в патентных документах JP 2010127245 А (опубл. 10.06.2010) и CN 205858800 U (опубл. 04.01.2017) центробежных компрессорах. Для промывки промывочная жидкость, как правило, нагретая впрыскивается при помощи форсунок в проточную часть компрессора. Из патента CN 202338516 U (опубл. 18.07.2012), известно стационарное устройство для подачи промывочной жидкости в центробежный компрессор, включающее резервуар для промывочной жидкости, подающий трубопровод с установленными на нем насосом, запорной арматурой, регулятором давления, средства измерений давления (манометр) и уровня промывочной жидкости связанное трубопроводами с форсунками в центробежном компрессоре. Такие стационарные устройства, называемые также промывочными машинами, располагаются в отдельных помещениях или блоках-контейнерах, во взрывобезопасной зоне и предназначены для промывки как правило одного компрессора. Однако так как компрессорные станции имеют несколько газоперекачивающих агрегатов, целесообразно иметь мобильную и компактную промывочную машину, которая могла бы обеспечивать промывку нескольких компрессоров, в том числе могла бы использоваться во взрывоопасной зоне компрессорного цеха.
Вообще мобильные промывочные машины широко известны, например, промывочные машины для промывки компрессоров газотурбинных двигателей. К примеру, известны: по патенту RU 140704 (опубл. 20.05.2014) устройство подготовки и подачи растворов для промывки газотурбинного двигателя; по патенту RU 2542318 (опубл. 20.02.2015) моечный аппарат для турбовинтовых двигателей летательных аппаратов; по патентному документу CN 201281048 (опубл. 29.07.2009) устройство для промывки лопаток газотурбинного компрессора; по патентному документу CN 202411030 (опубл. 05.09.2012) устройство для промывки газотурбинного компрессора, известно также мобильное промывочное устройство для промывки аппарата воздушного охлаждения газа по патенту RU 2656801 (опубл. 06.06.2018). Общим недостатком таких устройств является следующее - они не обеспечивают необходимое высокое давление промывочной жидкости необходимое для промывки работающего центробежного компрессора, в частности центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата, не могут использоваться во взрывоопасных зонах.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является мобильное устройство для промывки газотурбинного двигателя летательного аппарата по патенту CN 107199201 (опубл. 26.09.2017). Устройство выполнено в едином корпусе на раме с колесами и включает: бак для жидкости, содержащий уровнемер байпасный (указатель уровня), нагреватель жидкости, датчик температуры, трубопровод заправки, заливочное отверстие; трубопровод подачи промывочной жидкости, связанный с баком, на котором последовательно установлены: насос с электроприводом, клапан перепускной, связанный байпасом с трубопроводом подачи промывочной жидкости на входе насоса; дренажные трубопроводы; пульт управления, размещенный в корпусе. Устройство дополнительно содержит дизель-генератор и воздушный компрессор, связанный с трубопроводом подачи для осушки после промывки. Устройство имеет общий с перечисленными выше аналогами недостаток. Оно не обеспечивает необходимое для промывки работающего центробежного компрессора, в частности центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата, высокое давление промывочной жидкости, громоздко и переоснащено оборудованием, так как осушка не требуется при промывке работающего центробежного компрессора. Оно не может использоваться во взрывоопасных зонах. Кроме того, в нем не контролируется давление промывочной жидкости.
Таким образом, стоит проблема разработки такой конструкции мобильного устройства для промывки проточной части центробежного компрессора, в частности центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата, которая обеспечит промывку проточной части компрессора во время работы компрессора при эксплуатации устройства для промывки во взрывоопасной зоне компрессорного цеха.
Предлагаемым изобретением решается задача расширения арсенала устройств - создание конструкции мобильного блока насосного для промывки проточной части центробежного компрессора, в частности центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата, обеспечивающего промывку проточной части компрессора во время работы компрессора при эксплуатации устройства для промывки во взрывоопасной зоне компрессорного цеха. Технический результат заключается в реализации этого назначения, в создании конструкции мобильного блока насосного для промывки проточной части центробежного компрессора, в частности центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата, во время работы компрессора при эксплуатации блока насосного во взрывоопасной зоне компрессорного цеха. Эксплуатация устройства предполагалась для промывки проточной части по меньшей мере двух центробежных компрессоров газоперекачивающий агрегатов с максимальным давлением газа внутри компрессора 5,6 МПа, в помещении компрессорного цеха, опасного по взрывоопасным газовым средам. В качестве промывочной жидкости предполагалась деминерализованная вода с возможностью добавления различных ингибиторов, рабочее давление промывочной жидкости предполагалось 6,5 МПа, расход - 36 л/мин, температура - до плюс 70°С.
Для достижения указанного технического результата блок насосный для промывки проточной части центробежного компрессора (далее -блок насосный) выполнен в едином корпусе на раме с колесами и содержит: бак промывочной жидкости (далее - бак), снабженный указателем уровня, электрическим нагревателем, средством измерений температуры (термометр), трубопроводом заправки, заливочной горловиной; трубопровод подачи промывочной жидкости (далее трубопровод подачи), связанный с баком, на котором последовательно установлены насос с электроприводом и клапан, связанный байпасом с трубопроводом подачи промывочной жидкости на входе насоса; дренажные трубопроводы; пульт управления, при этом: бак снабжен терморегулятором (термостатом); в качестве насоса применен плунжерный насос высокого давления; на трубопроводе подачи перед плунжерным насосом дополнительно установлен центробежный электронасос, на входе которого установлен запорный клапан и сетчатый фильтр, а на выходе - первый обратный клапан; перед плунжерным насосом до байпаса также установлен запорный клапан и сетчатый фильтр, а также реле давления; на трубопроводе подачи на выходе плунжерного насоса до клапана, связанного байпасом со входом в плунжерный насос, в качестве которого применен разгрузочный клапан, последовательно установлены предохранительный клапан и демпфер пульсаций, после разгрузочного клапана установлено средство измерений давления (манометр) и второй обратный клапан; трубопровод подачи после первого обратного клапана связан: трубопроводом перемешивания с установленным на нем запорным клапаном с баком; вторым байпасом с установленным на нем запорным клапаном с трубопроводом заправки перед установленным на нем запорным клапаном; трубопровод заправки, трубопровод подачи и байпас имеют дренажные трубопроводы с запорными клапанами; электрооборудование выполнено во взрывозащищенном исполнении, пульт управления выполнен во взрывонепроницаемой оболочке с взрывозащищенными кабельными вводами.
В частном случае выполнения изобретения заливочная горловина может содержать заливной патрубок, снабженный сетчатым фильтром и сапуном с воздушным фильтром. В качестве запорных клапанов могут быть применены шаровые краны. Целесообразно снабдить реле давления и манометр продувочными клапанами.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что бак снабжен терморегулятором (термостатом); в качестве основного насоса применен плунжерный насос высокого давления; на трубопроводе подачи перед плунжерным насосом дополнительно установлен центробежный электронасос, на входе которого установлен запорный клапан и сетчатый фильтр, а на выходе - первый обратный клапан; перед плунжерным насосом до байпаса также установлен запорный клапан и сетчатый фильтр, а также реле давления; на трубопроводе подачи на выходе плунжерного насоса до клапана, связанного байпасом со входом в плунжерный насос, в качестве которого применен разгрузочный клапан, последовательно установлены предохранительный клапан и демпфер пульсаций, после разгрузочного клапана установлено средство измерений давления (манометр) и второй обратный клапан; трубопровод подачи после первого обратного клапана связан: трубопроводом перемешивания с установленным на нем запорным клапаном с баком; вторым байпасом с установленным на нем запорным клапаном с трубопроводом заправки перед установленным на нем запорным клапаном; трубопровод заправки, трубопровод подачи и байпас имеют дренажные трубопроводы с запорными клапанами; электрооборудование выполнено во взрывозащищенном исполнении, пульт управления выполнен во взрывонепроницаемой оболочке с взрывозащищенными кабельными вводами. В частных случаях выполнения изобретения заливочная горловина может содержать заливной патрубок, снабженный сетчатым фильтром и сапуном с воздушным фильтром, в качестве запорных клапанов могут быть применены шаровые краны, реле давления и манометр могут быть оснащены продувочными клапанами. Предпочтительно, чтобы трубопровод заправки и трубопровод подачи были снабжены гибкими шлангами с быстроразъемными соединениями. Благодаря этому создана конструкция мобильного блока насосного для промывки проточной части центробежного компрессора, в частности центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата, который обеспечивает промывку проточной части компрессора во время его работы и который может эксплуатироваться во взрывоопасной зоне. Обеспечивается высокое давление промывочной жидкости, превышающее давление газа в промываемом компрессоре, и необходимая температура промывочной жидкости.
Благодаря тому, что применен плунжерный насос высокого давления, на трубопроводе подачи перед плунжерным насосом дополнительно установлен центробежный электронасос, на входе которого установлен запорный клапан и сетчатый фильтр, а на выходе - первый обратный клапан; перед плунжерным насосом до байпаса также установлен запорный клапан и сетчатый фильтр, а также реле давления; на трубопроводе подачи на выходе плунжерного насоса до клапана, связанного байпасом со входом в плунжерный насос, в качестве которого применен разгрузочный клапан, последовательно установлены предохранительный клапан и демпфер пульсаций, и второй обратный клапан; трубопровод подачи после первого обратного клапана связан: трубопроводом перемешивания с установленным на нем запорным клапаном с баком; вторым байпасом с установленным на нем запорным клапаном с трубопроводом заправки перед установленным на нем запорным клапаном; трубопровод заправки, трубопровод подачи и байпас имеют дренажные трубопроводы с запорными клапанами обеспечивается высокое рабочее давление промывочной жидкости, необходимые для промывки центробежного компрессора во время его работы. Дополнительный центробежный электронасос обеспечивает создание необходимого подпора для основного плунжерного насоса во время промывки (известно, что при недостаточной подаче жидкости плунжерный насос может повредиться), а также благодаря трубопроводу перемешивания и второму байпасу, позволяет производить заправку и перемешивание промывочной жидкости в баке при подготовке к работе, а также слив промывочной жидкости из бака. Запорно-регулирующая, обратная и предохранительная арматура позволяет производить переключение режимов работы, обеспечивает безопасность оборудования. Сетчатые фильтры перед насосами, воздушный и сетчатый фильтры заливочной горловины препятствует попаданию механических примесей в бак и насосы, обеспечивая безопасность оборудования. Сапун заливочной горловины препятствует созданию вакуума при опорожнении бака. Демпфер пульсаций сглаживает пульсацию давления, свойственную плунжерным насосам. Разгрузочный клапан предназначен для регулирования давления промывочной жидкости. Реле давления позволяет контролировать давление на входе плунжерного насоса и блокировать его включение, если необходимое давление не достигнуто или вода отсутствует. Первый обратный клапан служит для правильной работы центробежного насоса, второй обратный клапан предназначен для защиты от противодавления со стороны системы гидродинамической очистки центробежного компрессора при работе устройства промывки. Предохранительный клапан предназначен для сброса давления из трубопровода подачи при превышении заданного давления. С помощью средств измерений измеряются и контролируются текущие значения параметров работы устройства, выдаются сигналы блокировки и защиты оборудования, обеспечивается индикация состояния устройства на пульте управления. Дренажные трубопроводы позволяют слить остатки промывочной жидкости из системы после работы, продувочные клапаны позволяют выпустить воздух из трубопроводов и обеспечить правильную работу оборудования и средств измерений давления (манометра, реле давления). Электрический нагреватель и терморегулятор (термостат) позволяют обеспечивать необходимую для промывки температуру промывочной жидкости. Гибкие шланги с быстроразъемными соединениями позволяют подключить блок насосный к трубопроводу системы гидродинамической очистки центробежного компрессора и к водопроводной сети.
Выполнение электрооборудования во взрывозашищенном исполнении, выполнение пульта управления во взрывонепроницаемой оболочке с взрывозашищенными кабельными вводами позволяет использовать его во взрывоопасной зоне. Мобильность блока насосного обеспечивают колеса.
Работа устройства происходит следующим образом.
Бак заполняется промывочной жидкостью через заливочную горловину или через трубопровод заправки. Промывочная жидкость нагревается в баке до необходимой температуры и подается плунжерным насосом через трубопровод подачи, в частном случае - через гибкий шланг высокого давления с быстроразъемным соединением, в систему гидродинамической очистки центробежного компрессора. Блок насосный имеет несколько режимов работы: заправка, слив, нагрев, промывка.
Заправка бака промывочной жидкостью может производиться через заливную горловину при помощи внешнего насоса или вручную, через трубопровод заправки (через гибкий шланг) при помощи внешнего насоса или от водопроводной сети, из емкости через трубопровод заправки (через гибкий шланг) при помощи центробежного насоса блока насосного. В последнем случае, предварительно необходимо заполнить центробежный насос и трубопроводы промывочной жидкостью и удалить воздушные пробки, при заправке открыты запорные клапаны на трубопроводе заправки и трубопроводе перемешивания, остальные запорные клапаны закрыты. После достижения верхнего уровня жидкости центробежный насос отключается.
Слив неиспользованной промывочной жидкости из бака производиться следующим образом. Открывается запорный клапан на трубопроводе подачи перед центробежным насосом, остальные запорные клапаны закрыты. Включаются центробежный насос, открывается запорный клапан на втором байпасе, слив жидкости происходит через байпас и трубопровод заправки, после достижения нижнего уровня жидкости в баке центробежный насос отключается.
Нагрев промывочной жидкости производится следующим образом. Открывается запорный клапан на трубопроводе подачи перед центробежным насосом, остальные запорные клапаны закрыты. Включаются нагреватель. Для более быстрого нагрева периодически может производиться циркуляция жидкости в баке, для этого включается центробежный насос, открывается кран на трубопроводе перемешивания. После достижения необходимой температуры терморегулятор поддерживает необходимую температуру в баке.
Промывка, основной режим работы устройства, производиться следующим образом. Открываются запорные клапаны на трубопроводе подачи перед центробежным и плунжерным насосами, остальные запорные клапаны закрыты, выпускается воздух из системы через продувочный клапан реле давления, включается центробежный насос, и создается необходимый напор на входе плунжерного насоса, что контролируется реле давления, выпускается воздух через продувочный клапан манометра, затем включается плунжерный насос, промывочная жидкость подается в систему гидродинамической очистки центробежного компрессора. После того как уровень жидкости в баке достигает нижнего уровня, насосы автоматически отключаются.
Уровень жидкости в баке на всех режимах контролируется визуально по указателю уровня или автоматически при помощи реле верхнего и нижнего уровней, которые могут быть дополнительно установлены в баке и которые могут управлять работой центробежного насоса, плунжерного насоса и нагревателя.
Управление работой блока насосного на всех режимах осуществляется с пульта управления, на нем находятся кнопки («ВКЛ» и «ВЫКЛ» насосов, нагревателя), переключатели (режимов работы) и индикаторы состояния блока насосного (наличие питания, неисправность, температура в баке, высокий и низкий уровень жидкости, нагреватель включен, центробежный насос включен, плунжерный насос включен). Пульт управления также обеспечивает прием и распределение электроэнергии.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами.
На фигуре 1 представлен общий вид блока насосного в аксонометрической проекции, конкретный пример воплощения изобретения, на фигуре 2 - то же что на фигуре 1, обратная сторона устройства, на фигуре 3 представлен бак (средства измерений и терморегулятор условно не показаны), на фигуре 4 представлена трубопроводная обвязка блока насосного, на фигуре 5 представлена схема принципиальная гидравлическая блока насосного, где 1 - корпус, 2 - рама, 3 - колеса рамы (2), 4 - гидравлическое поворотное устройство, 5 - шторные двери, 6 - съемные панели, 7 - грузоподъемные приспособления, 8 - бак, 9 - указатель уровня, 10 - реле герконовое уровня (верхнего, нижнего), 11 - нагреватель, 12 - терморегулятор, 13 - средство измерений температуры, 14 - заливной патрубок, 15 - ревизионный люк, 16 - средство измерений давления, 17 - реле давления, 18 - трубопровод заправки, 19 - трубопровод подачи, 20 - трубопровод перемешивания, 21 - байпас, 22 - второй байпас, 23 - дренажный трубопровод, 24 - запорный клапан, 25 - обратный клапан, 26 - разгрузочный клапан, 27 - предохранительный клапан, 28 - демпфер пульсаций, 29 - продувочный клапан, 30 - центробежный насос, 31 - плунжерный насос, 32 - пульт управления, 33 - отсеки для хранения шлангов, 34 - отсек для хранения электрокабеля, 35 - фильтр.
В конкретном показанном на фигурах примере воплощения изобретения, блок насосный выполнен в корпусе (1), представляющем собой сварной каркас из гнутых профилей на раме (2), на который установлены съемные панели (6) и шторные двери (5) (на фигуре 1 шторные двери (5) условно не показаны). На раме (2) установлены бескамерные колеса (3) и гидравлическое поворотное устройство (4), внизу рамы (2) выполнены опоры под вилочный захват, сверху корпуса - рым-болты, служащие грузоподъемными приспособлениями (7). В раме (2) имеется поддон с дренажным трубопроводом (23), в корпусе имеются отсеки (33, 34) для хранения шлангов и электрокабеля. Насосное оборудование включает два насоса - центробежный насос с электродвигателем (30) и плунжерный насос высокого давления (31) с электродвигателем и ременной передачей. Бак (8) представляет собой сварную конструкцию из нержавеющего металла. Заливной патрубок в заливочной горловине, снабженный фильтрами и сапуном, препятствует попаданию механических примесей в бак при заливке через горловину и созданию вакуума при опорожнении бака. Запорные клапаны (24), в качестве которых в данном конкретном примере воплощения изобретения применены ручные краны шаровые, предназначены для переключения режимов работы и дренажа, специалисту в данной области техники понятно, что в качестве запорных клапанов (24) могут быть применены любые другие подходящие устройства. Первый обратный клапан (25) служит для правильной работы центробежного насоса, второй обратный клапан предназначен для защиты от противодавления со стороны системы гидродинамической очистки центробежного компрессора при работе устройства промывки. Предохранительный клапан (27) предназначен для сброса давления из трубопровода подачи при превышении заданного давления и настраивается на необходимое давление срабатывания. Разгрузочный клапан (26) предназначен для регулирования давления промывочной жидкости и настраивается на рабочее давление промывочной жидкости. Продувочные клапаны (29) позволяют выпустить воздух из трубопроводов и обеспечивают правильную работу оборудования и средств измерений. Сетчатые фильтры (35) защищают насосы от механических примесей. В качестве средства измерения давления (16) применен манометр, но может быть применен датчик давления, в качестве средства измерения температуры (13) применен термометр, но может быть применен датчик температуры, в качестве указателя уровня (9) применен уровнемер байпасный. Пульт управления (32) представляет собой взрывонепроницаемую оболочку со смонтированными внутри электрическими компонентами, для ввода сигнальных и силовых кабелей на одной из ее стенок предусмотрена группа взрывозащищенных кабельных вводов, на лицевой стороне размещены кнопки, переключатели и индикаторы. Электрокабели проложены в кабельных лотках. Электрокабель для подключения устройства промывки и гибкие шланги при хранении сворачиваются и размещаются в отсеках (33, 34) на специальных кронштейнах.
Основные характеристики блока насосного по конкретному показанному примеру воплощения изобретения приведены в таблице.
Характеристики устройства зависят от характеристик промываемого центробежного компрессора и могут отличаться от указанных выше.
Заявляемое техническое решение блока насосного для промывки проточной части центробежного компрессора может быть осуществлено в условиях промышленного производства с использованием стандартного оборудования, современных материалов и технологий. Устройство собирается из стандартного электротехнического, насосного оборудования и приборов, применяются стандартные средства измерений, трубопроводная арматура и трубопроводные соединения. При изготовлении устройства используются стандартные металлические конструкции, металлопрокат, средства крепежа.
Авторами разработана конструкция устройства для промывки проточной части центробежного компрессора, которая успешно реализована в Блоке насосном БНО3.0000.000 на производстве заявителя.