ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА

Полезная модель относится к устройствам для очистки газа от механических примесей, в частности для предотвращения попадания строительного шлама с потоком газа в центробежный компрессор газоперекачивающего агрегата и служит для его защиты, особенно в период пусконаладочных работ и обкатки.
Известно, что при строительстве компрессорных станций невозможно обеспечить хорошую очистку трубопроводов. В целях предотвращения попадания с потоком газа на колесо центробежного компрессора (нагнетателя) газоперекачивающего агрегата строительного шлама, на входе в центробежный компрессор устанавливается защитная решетка или фильтр конусный (Козаченко А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов, М.: Нефть и газ, 1999. - 463 с. ISBN 5-7246-0055-2). По мере загрязнения такие устройства демонтируются и очищаются.
Применение устройств с фильтрами конусными для указанных целей широко известно. Такие устройства описаны, к примеру, в патентах RU №154005 (опубл. 10.08.2015) и RU №172537 (опубл. 11.07.2017). Они содержат цилиндрический корпус с фланцами с болтовым соединением на обоих торцах, ответные фланцы с болтовым соединением под приварку к трубопроводу, фильтрующий элемент, выполненный в виде фильтра конусного, закрепленного на кольце, герметично зафиксированного между одним из фланцев корпуса и ответным фланцем. Фильтрующий элемент может быть выполнен из проволоки или из перфорированного металлического листа. Такие фильтры хорошо улавливают загрязнения, однако недостатком таких фильтров является недостаточная механическая прочность. При попадании на них больших кусков строительного шлама в период пусконаладочных работ и обкатки, они сминаются и повреждаются, в результате чего загрязнения, в том числе крупные куски могут попасть в центробежный компрессор и повредить его.
Также широко известно применение различных защитных решеток, размещаемых в трубопроводах. Для примера можно привести фильтрующий экран по патентному документу CN №207237412 (опубл. 17.04.2018) или быстросменный фильтр прямоточной трубы большого диаметра по патентному документу CN №206980259 (опубл. 09.02.2018). Последний также имеет цилиндрический корпус с фланцами с болтовым соединением, ответные фланцы для соединения с трубопроводом и решетку с отверстиями, герметично установленную между фланцами корпуса. Устройство также имеет средства определения перепада давления - два манометра, один из которых установлен до, а второй после решетки по ходу газа. Такие устройства защищают от крупных загрязнений, но пропускают мелкие механические загрязнения. Кроме того они имеют высокое гидравлическое сопротивление.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является кондиционер потока для газотранспортной трубы по патенту US 6145544 (опубл. 14.11.2000). Устройство предназначено для устранения струйных эффектов в газопроводе перед счетчиком газа, а также служат для защиты от обломков, или кусков льда, или гидратов устройств, размещенных выше по потоку (конкретно - счетчиков газа). Устройство включает: цилиндрический корпус; фланцы с болтовым соединением под приварку к трубопроводу; последовательно расположенные в корпусе по ходу газа фильтрующий элемент, выполненный в виде пористой пластины из хромоникелевого пенистого материала с открытой пористостью, и перфорированную пластину (решетку); распорное кольцо, удерживающее пористую пластину и перфорированную пластину в корпусе, корпус герметично установлен между фланцами и имеет датчик перепада давления, установленный в отверстия, одно из которых расположено до пористой пластины, а второе после перфорированной пластины по ходу газа. При этом отверстия в перфорированной пластине выполнены таким образом, чтобы выравнивать поток газа выше по течению - отверстия с разным диаметром расположены вокруг центрального отверстия кольцами. Недостатками такого технического решения является следующее. Конструкция устройства довольно сложная из-за наличия распорного кольца и удерживающих выступов на корпусе. Применение в качестве фильтрующего элемента пористой пластины из хромоникелевого пенистого материала с открытой пористостью удорожает конструкцию. Кроме того, этот пенометалл имеет пористость от 90 до 96% и из-за этого низкую механическую прочность. Он будет смят строительным шламом и не сможет выполнять свою фильтрующую функцию. Кроме того, остатками пенометалла могут быть забиты отверстия перфорированной пластины, а мелкие куски пенометалла могут через большие отверстия в ней попасть в трубопровод и повредить устройства выше по течению. Устройство предназначено для трубопроводов с небольшим диаметром (в примере - 150 мм). Таким образом, применение этого устройства ограничено, оно не может быть применено на входе центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата. Кроме того пенометалл плохо очищается от загрязнений и должен быть заменен, если его поры забьются загрязнениями, в отличие, например, от конусных фильтров, которые могут быть промыты и установлены повторно.
Таким образом, стоит проблема разработки простой конструкции защитного устройства для центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата, которая обеспечит эффективную защиту компрессора, особенно в период пусконаладочных работ и в период обкатки газоперекачивающего агрегата, лишенного указанных выше недостатков, сочетающего в себе положительные свойства как фильтрующих элементов, так и защитных решеток и имеющего низкое гидродинамическое сопротивление.
3
Предлагаемой полезной моделью решается задача расширения арсенала технических устройств - создание конструкции защитного устройства для центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата, обеспечивающего его эффективную защиту, особенно в период пусконаладочных работ и в период обкатки газоперекачивающего агрегата и имеющего низкое гидродинамическое сопротивление. Технический результат заключается в реализации этого назначения, в создании простой конструкции защитного устройства для центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата, обеспечивающей эффективную защиту центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата от крупных кусков и мелких загрязнений, с низким гидродинамическим сопротивлением. Эксплуатация устройства предполагалась в следующих условиях: рабочее давление газа 5,6 МПа, расчетное давление 6,3 МПа, тонкость фильтрации до 3 мм, перепад давления на чистом устройстве (без учета фильтрующего элемента) 0,015 МПа, производительность 0,5 млн. нм/ч.
Для достижения указанного технического результата защитное устройство для центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата (далее - защитное устройство) содержит: цилиндрический корпус (далее - корпус); фланцы с болтовым соединением; последовательно расположенные в корпусе по ходу газа фильтрующий элемент и перфорированную пластину (решетку); датчик перепада давления, установленный в отверстия, одно из которых расположено до фильтрующего элемента, а второе после перфорированной пластины по ходу газа при этом фильтрующий элемент выполнен в виде фильтра конусного, закрепленного на кольце, фильтрующий элемент и перфорированная пластина герметично установлены между фланцем корпуса и ответным фланцем под приварку к трубопроводу и уплотнены прокладками, отверстия в перфорированной пластине выполнены таким образом, чтобы снизить на ней гидродинамическое сопротивление газа, выполнены одного диаметра и расположены по пластине равномерно.
Целесообразно выполнить фильтр конусный из перфорированной тонколистовой конструкционной стали.
Целесообразно снабдить корпус устройства грузоподъемными приспособлениями.
Целесообразно применить металлические прокладки.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что фильтрующий элемент выполнен в виде фильтра конусного, закрепленного на кольце, фильтрующий элемент и перфорированная пластина герметично установлены между фланцем корпуса и ответным фланцем под приварку к трубопроводу и уплотнены прокладками, в частном случае металлическими, отверстия в перфорированной пластине выполнены таким образом, чтобы снизить на ней гидродинамическое сопротивление газа, выполнены одного диаметра и расположены по пластине равномерно. В частном случае выполнения полезной модели фильтр конусный выполнен из перфорированной тонколистовой конструкционной стали, в другом случае корпус устройства снабжен грузоподъемными приспособлениями. Благодаря этому создана простая конструкция защитного устройства, обеспечивающая эффективную защиту центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата, в том числе в период пусконаладочных работ и в период обкатки газоперекачивающего агрегата от крупных кусков и мелких загрязнений.
Выполнение фильтрующего элемента в виде фильтра конусного, закрепленного на кольце, размещение фильтра конусного и перфорированной пластины между фланцем корпуса и ответным фланцем под приварку к трубопроводу упрощает конструкцию защитного устройства по сравнению с прототипом, так как при этом используются стандартные фланцы, а цилиндрический корпус представляет отрезок стандартной трубы, используется стандартный фильтр конусный. Выполнение на перфорированной пластине равномерно расположенных одинаковых отверстий также проще по сравнению с прототипом. Конструкционные стали, из которых в частном случае изготовлен фильтр конусный, обладают хорошей механической обрабатываемостью.
Применение в защитном устройстве фильтра конусного и перфорированной пластины повышает эффективность устройства, фильтр конусный имеет большую механическую прочность по сравнению с пористой пластиной из пенометалла в прототипе и благодаря этому дольше сохраняет свои фильтрующие свойства. При этом фильтр конусный, в частном случае выполненный из перфорированной тонколистовой конструкционной стали, улавливает механические примеси, а перфорированная решетка защищает центробежный компрессор газоперекачивающего агрегата от крупных кусков строительного шлама и других загрязнений, которые могут пробить фильтр конусный, особенно в период пусконаладочных работ и обкатки газоперекачивающего агрегата. Фильтр конусный может быть промыт и использован повторно, в отличие от фильтрующего элемента, выполненного из пенометалла по прототипу. Отверстия в перфорированной пластине выполнены таким образом, чтобы снизить на ней гидродинамическое сопротивление газа до минимума. Например, в работе Дербунович Г.И., Земская А.С., Репик Е.У., Соседко Ю.П. Гидравлическое сопротивление перфорированных решеток. - Ученые записки ЦАГИ, 1984, т. XV, №2 предлагаются эмпирические формулы для расчета зависимости коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса и геометрических параметров решеток (диаметр отверстий, коэффициент заполнения решетки), которые могут быть использованы для расчета и выполнения необходимого диаметра и количества отверстий для перфорированной пластины. Известно также, что кромки отверстий могут быть закруглены для снижения гидродинамического сопротивления или выполнены иначе (Справочник по гидравлическим расчетам. Под редакцией П.Г. Киселева. Изд. 4-е, переработ. И доп. М., «Энергия», 1972, стр. 47).
Грузоподъемные приспособления облегчают монтаж и демонтаж защитного устройства и его обслуживание. Датчик перепада давления служит для контроля загрязненности защитного устройства.
Предлагаемая конструкция иллюстрируется чертежами.
На фигуре 1 представлен общий вид защитного устройства в аксонометрической проекции, на фигуре 2 - внутреннее устройство, на фигуре 3 - общий вид защитного устройства в ортогональной проекции, где 1 - корпус, 2 - фланец корпуса, 3 - ответный фланец под приварку к трубопроводу (4), 4 - трубопровод, 5 - фильтр конусный, 6 - перфорированная пластина, 7 - датчик перепада давления, 8 - прокладка, 9 - болтовое соединение фланцев (2, 3), 10 - грузоподъемное приспособление.
В конкретном показанном на фигурах примере воплощения полезной модели применены стандартные фланцы (2, 3) под приварку. Фильтр конусный (5) изготовлен из перфорированного листа конструкционной стали толщиной 2 мм, закрепленного на кольце, размер отверстий - до 3 мм - обеспечивает необходимую тонкость фильтрации. Фильтр конусный (5) выполнен с поперечными и продольными ребрами жесткости, обеспечивающими ему необходимую механическую прочность. Перфорированная пластина (6) представляет собой круглую пластину из стали, в показанном примере толщиной 40 мм, в которой равномерно выполнены отверстия, диаметр отверстий в показанном примере - до 30 мм - обеспечивает защиту центробежного компрессора от крупных кусков в случае нарушения целостности фильтра конусного (5). Форма, размер и количество отверстий перфорированной пластины (6) позволяют до минимума снизить ее гидродинамическое сопротивление. Фланцы (2, 3) и перфорированная пластина (6) имеют углубления под металлические прокладки (8) для герметичного уплотнения. Тип уплотнительной поверхности и тип прокладок может быть иным. Кольцо конусного фильтра (5) и перфорированная пластина (6) сжаты между одним из фланцев корпуса (2) и ответным фланцем (3) при помощи болтового соединения (9). Кольцо конусного фильтра (5) и перфорированная пластина (6) имеют также выступающие за фланцы (2, 3) проушину или кронштейн для удобства монтажа (не указаны), а корпус имеет грузоподъемное приспособление (10) в виде проушин. Для удобства монтажа в болтовом соединении фланцев в показанном примере применены отжимные болты, а крепежные отверстия фланцев выполнены с резьбой под отжимные болты. Датчик перепада давления (7) выполнен с клапанным блоком, предназначенным для монтажа датчика перепада давления (7) и коммутации импульсных линий в системе автоматизации технологического процесса. Защитное устройство устанавливается на трубопровод (4) нагнетания центробежного компрессора, при этом ответные фланцы (3) привариваются к трубопроводу (4). Специалисту в данной области техники понятно, что размеры отверстий в перфорированной пластине (6) и фильтре конусном (5) могут отличаться от приведенных в примере, и зависят от необходимой тонкости фильтрации. Другие размеры фильтра конусного и перфорированной пластины так же могут отличаться от приведенных в конкретном примере.
Заявляемое техническое решение защитного устройства для центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата может быть осуществлено в условиях промышленного производства с использованием стандартного оборудования, современных материалов и технологий. При изготовлении устройства используются стандартные изделия, металлопрокат, средства крепежа и средства измерений. Предлагаемое защитное устройство может быть использовано для очистки газов и жидкостей в других устройствах и отраслях промышленности.
Авторами разработана конструкция защитного устройства для центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата, которая успешно реализована в решетке защитной 0801.0133.000 на производстве заявителя для газоперекачивающего агрегата ГПА 0801 с центробежным компрессором в качестве нагнетателя.