МОДУЛЬНАЯ КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ
MODULAR COMPRESSOR STATION

Изобретение относится к машиностроению, в частности к компрессорным станциям, и может быть использовано при транспортировке газа по магистральным трубопроводам.
Развитие газовой и ряда смежных отраслей промышленности сегодня в значительной степени зависит от дальнейшего совершенствования эксплуатации и обслуживания систем трубопроводного транспорта природных газов из отдаленных и слабо освоенных регионов в промышленные и центральные районы страны. Компрессорная станция (КС) является неотъемлемой и составной частью магистрального газопровода, обеспечивающего транспорт газа с помощью энергетического оборудования. На территории России в настоящее время 99% всех компрессорных станций скомпонованы по классической схеме.
Известна классическая схема КС (см. Козаченко А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов - М.: Нефть и газ, 1999, раздел 2, 4), содержащая расположенные по потоку групповую установку очистки газа, подключенную к магистральному газопроводу, группу газоперекачивающих агрегатов (ГПА), соединенных технологическими трубопроводами обвязки с возможностью параллельного включения в работу, и групповую установку охлаждения газа (например, несколько аппаратов воздушного охлаждения АВО), подключенную к магистральному газопроводу. Газ из магистрального газопровода поступает через узел подключения КС на установку очистки газа, представляющую собой пылеуловители и фильтры-сепараторы для очистки газа от механических примесей и влаги. После очистки газ по трубопроводу поступает во входной коллектор компрессорной станции и распределяется по входным трубопроводам ГПА. После сжатия в центробежных нагнетателях ГПА газ поступает на установку охлаждения газа и далее через выходной коллектор и узел подключения в магистральный газопровод. При этом для выравнивания производительности по элементам установок и снижения возможных пульсаций давления, в основном, применяется кольцевая схема обвязки технологических установок. Такая схема КС позволяет осуществлять транспорт любых заданных объемов газа.
Недостатком классической схемы КС является необходимость строительства станции в объеме, соответствующем полной производительности магистрального газопровода с учетом наращивания производительности магистрального газопровода в процессе эксплуатации, требующей больших капитальных вложений, направленных на установку оборудования, его эксплуатацию и ремонт. При длительной динамике развития производительности магистрального газопровода, обусловленной темпами разработки месторождений и постепенным развитием инфраструктуры потребления, большие капитальные вложения на этапе первоначального строительства являются совершенно не оправданными.
Известны также технические решения, касающиеся проектирования компрессорных установок в блочно-контейнерном исполнении ГПА (см. журнал ISSN.0869-5865 "Компрессорная техника и пневматика", выпуск 3-4 (12-13) 1996 г., стр.48, 49 издательства СПбГТУ). Блок-контейнер включает в себя контейнер, в котором установлены приводной электродвигатель, мультипликатор и компрессор.
Известна также компрессорная установка блочно-контейнерного исполнения по патенту РФ №2399798, опубл. 2010 г., содержащая два контейнера с возможностью соединения их друг с другом. В одном из контейнеров установлены приводной электродвигатель, мультипликатор и компрессор, в другом установлено оборудование газовой коммуникации с отсечной, регулирующей арматурой и фильтрами.
Указанные установки решают задачу по обеспечению максимальной заводской готовности поставляемого оборудования.
Наиболее близкой к изобретению по решаемой задаче и конструктивному выполнению является КС подготовки газа для подачи его в магистральный газопровод по патенту РФ №2339871, опубл. 2008 г. КС включает несколько компрессорных линий - технологических модулей (ТМ), обвязанных всасывающими и нагнетательными трубопроводами с запорными органами. Каждая из компрессорных линий представляет собой ГПА, собранные попарно в блок-контейнерах с возможностью работы каждого из ГПА одного блок-контейнера параллельно или последовательно. В трубопроводной обвязке каждого ГПА вне блок-контейнера установлены АВО и запорные органы. Входы нагнетателей ГПА соединены с всасывающим коллектором, выходы - с нагнетательным коллектором. Каждый ГПА выполнен с газотурборасширителем. КС обеспечивает подачу больших объемов газа в магистральный газопровод и позволяет использовать различные варианты подключения компрессорных линий к магистральным газопроводам высокого и низкого давления.
Недостатком КС является то, что каждая компрессорная линия не является функционально законченным узлом, так как не содержит установку для очистки газа для его подготовки перед подачей на вход ГПА, которая является необходимой, так как газ, поступающий и с месторождения, и из магистрального газопровода, не соответствует требованиям технических условий на ГПА. Отсутствие установки для очистки газа не позволяет обеспечить достаточную надежность не только компрессорного оборудования и установок охлаждения газа, но и всей системы магистральных газопроводов в целом. Изобретение решает задачу - повышение качества процесса компримирования газа пониженной температуры с помощью блочных компрессорных станций с установленными на них ГПА с газотурборасширителями и имеет узкую область применения - используется для подачи в магистральные газопроводы, проложенные в районах вечномерзлых грунтов. Кроме того, наличие газотурборасширителя ведет к существенному увеличению капитальных вложений в разработку оборудования, разработку проектной документации КС, строительство КС, которое является оправданным только при работе в районах вечномерзлых грунтов. Использование КС с газотурборасширителями в других районах является крайне нежелательным из-за доохлаждения газа, при котором повышается вероятность гидратообразований в магистральном газопроводе, вследствие чего значительно повышается сопротивление и снижается его надежность.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности КС и сокращении капитальных вложений в проектирование и строительство путем использования одинаковых, самостоятельных, функционально законченных технологических единиц - технологических модулей.
Указанный технический результат достигается тем, что модульная компрессорная станция, согласно изобретению, характеризуется тем, что она включает технологические модули, при этом каждый технологический модуль содержит расположенные по потоку установку очистки газа, газоперекачивающий агрегат, установку охлаждения газа и трубопроводную арматуру с входными и выходными запорными органами, входы технологических модулей соединены с коллектором всасывания, а выходы - с коллектором нагнетания.
Наличие в ТМ установки очистки газа, включающей пылеуловители и/или фильтры-сепараторы и осуществляющей отсечение механических примесей, взвесей, капельной влаги (при необходимости), позволяет обеспечить надежную и бесперебойную работу остального оборудования и всей системы магистральных газопроводов в целом.
Модульная схема компоновки КС позволяет с минимальными затратами наращивать мощность КС при последовательном довводе компримирующих мощностей магистрального газопровода, обусловленном темпами увеличения производительности газопровода, а также постепенным развитием инфраструктуры потребления и пр. Такая схема компоновки позволит устанавливать только такое количество ТМ, которое необходимо для транспорта заданного объема газа. При увеличении производительности магистрального газопровода обеспечивается возможность оптимально быстрой установки необходимого количества ТМ с минимизацией капитальных затрат на строительство. Это дает экономический выигрыш в отсутствии необходимости капитальных вложений, направленных на установку оборудования в количестве, соответствующем полному развитию объекта, соответственно в этом случае и эксплуатационные, ремонтные затраты, количество обслуживающего персонала также будут сокращены. Принцип «серийности» в изготовлении одинаковых ТМ позволяет сократить сроки выполнения проектных работ и величину капитальных вложений на проведение строительно-монтажных работ.
Использование ТМ позволяет обеспечить:
- улучшение условий ремонтно-технического обслуживания эксплуатируемого оборудования, проведение более точной диагностики технического состояния оборудования за счет возможности более продолжительного планового останова ТМ;
- сокращение количества арматуры за счет отсутствия кранов на входах/выходах аппаратов, входящих в установки очистки и охлаждения газа;
- сокращение протяженности технологических трубопроводов КС до 1,5 раз и, соответственно, сокращение до минимума длин «горячих» участков трубопроводов обвязки нагнетателя, по которым и проходит компримируемый газ, за счет минимальных расстояний между элементами ТМ в связи с отсутствием между ними противопожарных разрывов, а также за счет выполнения коллекторов прямолинейной формы.
Также, согласно изобретению, технологические модули подключены к выходу коллектора нагнетания в порядке, обратном подключению этих модулей к входу коллектора всасывания, что позволяет обеспечить идентичность условий работы соответствующего оборудования каждого ТМ, и, тем самым, осуществить выравнивание производительности по ТМ.
Также, согласно изобретению, в каждом модуле между входным и выходным запорными органами установлен антипомпажный клапан, обеспечивающий возможность образования пускового контура газоперекачивающего агрегата. Наличие установки охлаждения газа в пусковом контуре, являющейся местным сопротивлением, которое при модульной схеме компоновки также снижает давление, позволяет улучшить условия пуска ГПА, поскольку в этом случае антипомпажная арматура работает в менее тяжелых условиях.
Далее изобретение поясняется чертежом, где представлена схема компоновки модульной компрессорной станции.
Модульная компрессорная станция содержит несколько идентичных технологических модулей ТМ 1 (на чертеже показано n модулей), каждый из которых содержит расположенные по потоку установку очистки газа 2, газоперекачивающий агрегат 3, установку охлаждения газа 4, состоящую из отдельных аппаратов охлаждения, и трубопроводную арматуру с входными 5 и выходными 6 запорными органами. Входы ТМ 1 соединены с коллектором всасывания 7, а выходы - с коллектором нагнетания 8. Установка очистки газа 2 осуществляет улавливание механических примесей, взвесей, капельной влаги. В зависимости от необходимой степени очистки газа в качестве установки очистки газа 2 могут быть применены пылеуловители и фильтры-сепараторы как в индивидуальных корпусах, так и в одном корпусе (на чертеже не показаны). Газоперекачивающий агрегат 3 выполнен с центробежным нагнетателем (на чертеже не показан), компримирующим природный газ до необходимого давления. Привод нагнетателя (на чертеже не показан) может быть газотурбинным, от электродвигателя, от поршневого двигателя - это не принципиально.
Установка охлаждения газа 4 осуществляет охлаждение газа после компримирования до необходимых температурных параметров, безопасных для антикоррозионного покрытия подземных коммуникаций и обеспечивающих оптимальные условия транспорта газа в соответствии с теплогидравлическими расчетами. Коллекторы 7, 8 всасывания и нагнетания выполнены прямолинейной формы, а ТМ 1 подключены к выходу коллектора нагнетания 8 в порядке, обратном подключению этих модулей к входу коллектора всасывания 7, что позволяет обеспечить идентичность условий работы соответствующего оборудования каждого ТМ и, тем самым, осуществить выравнивание производительности по ТМ.
В каждом ТМ 1 между входным и выходным запорными органами 5, 6 установлен антипомпажный клапан 9, обеспечивающий возможность образования пускового контура газоперекачивающего агрегата 3.
Модульная компрессорная станция работает следующим образом. Газ из магистрального газопровода (на чертеже не показан) поступает на узел подключения КС к магистральному газопроводу (на чертеже не показан), затем газ поступает в коллектор всасывания 7 КС и далее распределяется по входным трубопроводам ТМ 1. В каждом ТМ газ поступает на очистку в установку очистки газа 2. После очистки газ поступает на вход центробежных нагнетателей ГПА 3. После сжатия в центробежных нагнетателях (на чертеже не показаны) газ поступает в установку охлаждения газа 4. В режиме запуска ГПА открывается антипомпажный кран 9. При этом образуется пусковой контур, включающий установку очистки газа 2, ГПА 3, установку охлаждения газа 4. После выхода на рабочий режим антипомпажный кран 9 прикрывается. После установки охлаждения 4 газ через выходные трубопроводы ТМ 1 поступает в коллектор нагнетания 8 КС, после чего - на узел подключения КС (на чертеже не показан) и далее в магистральный газопровод (на чертеже не показан).
Поскольку на территории России в настоящее время 99% всех компрессорных станций скомпонованы по классической схеме имеет смысл провести сравнение с классической схемой КС. Помимо перечисленных выше преимуществ, модульная схема имеет следующие преимущества:
- сокращение площадей, занимаемых компрессорным цехом, а следовательно, и КС в целом за счет более компактного расположения основного технологического оборудования;
- улучшение условий ремонтно-технического обслуживания эксплуатируемого оборудования, проведение более точной диагностики технического состояния оборудования за счет более продолжительного планового останова ТМ, чем при классической компоновке;
- сокращение протяженности технологических трубопроводов КС до 1,5 раз за счет отсутствия кольцевых коллекторов, за счет минимальных расстояний между элементами ТМ;
- сокращение до минимума длин «горячих» участков трубопроводов обвязки нагнетателя, по которым и проходит компримируемый газ, за счет минимальных расстояний между элементами ТМ и отсутствия кольцевых коллекторов;
- более равномерное распределение потока газа по установке охлаждения и, как следствие, повышение эффективности ее работы, выполняемое за счет меньшего количества аппаратов охлаждения газа, расположенных по длине входного трубопровода в установку охлаждения газа, что позволяет уменьшить перепад давления газа по аппаратам установки охлаждения;
- повышение эффективности работы установок охлаждения газа, по сравнению с групповой установкой, за счет уменьшения негативного влияния на теплообмен с окружающей средой расположенных рядом теплообменных аппаратов.