УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПРИМИРОВАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к области газотурбинных установок, а именно, к комбинации газотурбинных установок с другими устройствами и к приспособлению турбинных установок для специальных целей, и может использоваться для компримирования природного газа газоперекачивающими агрегатами компрессорных станций магистральных газопроводов, в частности, для компримирования природного газа газоперекачивающими агрегатами ГТК-10-4 со сформированной структурой технологического оборудования (например, стационарные газотурбинные приводы, корпуса и узлы центробежных нагнетателей, технологические трубопроводы и газоходы как отдельного газоперекачивающего агрегата, так и компрессорной станции в целом и т.д.).
Известны газотурбинные авиационные двигатели, которые используются в промышленных установках (см. Эффективность использования промышленных установок на базе авиационных двигателей при строительстве и эксплуатации объектов газовой
промышленности и других отраслей народного хозяйства. М., НИПИЭСУнефтегазстрой, 1977). К числу таких газотурбинных авиационных двигателей относится, например, турбогенератор АИ-8, температура выхлопных газов которого 750°С, а расход топлива 850 кг/ч.
В качестве прототипа выбран устройство для компримирования природного газа, а именно, газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 (см. Газоперекачивающий агрегат мощностью 10 МВт. Описание, ТИ-6017-71, 1972).
Данный газоперекачивающий агрегат компрессорной станции предназначен для компримирования природного газа при транспортировке природного газа по магистральному трубопроводу и содержит в своем составе стационарный газотурбинный привод, а именно, стационарную газотурбинную установку ГТК-10 мощностью 10 МВт и коэффициентом полезного действия 28%, центробежный нагнетатель 370-18-1 производительностью до 36 миллионов кубических метров газа в сутки при номинальной частоте вращения ротора 4800 оборотов в минуту, при этом газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 имеет в своем составе устройство для очитки технологического воздуха, воздуховоды для подачи технологического воздуха к стационарному
газотурбинному приводу ГТК-10, газоходы и дымовые трубы для удаления продуктов сгорания топлива от стационарного газотурбинного привода ГТК-10, причем каждый газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 оснащен, как минимум, одним регенератором. При этом каждый газоперекачивающий агрегат имеет значительные габаритные размеры и вес, достигающий 157 тонн, причем число газоперекачивающих агрегатов в составе компрессорной станции магистрального газопровода - не менее восьми штук, причем при комприровании природного газа указанные газоперекачивающие агрегаты работают в группах по два газоперекачивающих агрегата, при этом газоперекачивающие агрегаты в группах соединены между собой либо последовательно, либо параллельно, причем группы газоперекачивающих агрегатов соединены между собой либо последовательно, либо параллельно, при этом каждая газотурбинная установка ГТК-10 газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 имеет в свое составе как камеру сгорания, турбину низкого давления, так и турбину высокого давления.
Недостатком данного газоперекачивающего агрегата является то, что в группе газоперекачивающих агрегатов всегда существует, как минимум, один газоперекачивающий агрегат ГТК 10-4, имеющий
более низкие технические характеристики и, как следствие, лимитирующий работу как отдельной группы газоперекачивающих агрегатов, так и работу всей компрессорной станции магистрального газопровода. При этом, недостатком данного газоперекачивающего агрегата, даже при условии восстановления его номинальных технических характеристик, является зависимость его мощности от герметичности, как минимум, одного, любого регенератора. Кроме того, недостатком данного газоперекачивающего агрегата являются как продолжительный простой газоперекачивающего агрегата при ремонте либо самого газотурбинного привода ГТК-10, либо его регенератора в условиях компрессорной станции, так и значительные затраты на проведение этого ремонта. Кроме того, недостатком данного газоперекачивающего агрегата является техническая сложность замены корпусных деталей газотурбинного привода ГТК-10 и его регенератора в условиях компрессорной станции как из-за их значительных габаритных размеров, так и из - за их значительного веса.
Технический эффект предложенного изобретения заключается в повышении производительности устройства для компримирования природного газа, а именно, газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 после его модернизации, в максимальном использовании сформированной структуры технологического оборудования газоперекачивающего
агрегата компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4, в упрощении процесса модернизации газоперекачивающего агрегата магистрального газопровода ГТК 10-4, в сокращении времени на модернизацию газоперекачивающего агрегата магистрального газопровода ГТК 10-4.
Поставленная цель достигается тем, что устройство для компримирования природного газа, а именно, газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4, содержащий в своем составе стационарный газотурбинный привод, а именно, стационарную газотурбинную установку ГТК-10 мощностью 10 МВт и коэффициентом полезного действия 28%, центробежный нагнетатель 370-18-1 производительностью до 36 миллионов кубических метров газа в сутки при номинальной частоте вращения ротора 4800 оборотов в минуту, при этом газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 имеет в своем составе устройство для очитки технологического воздуха, воздуховоды для подачи технологического воздуха к стационарному газотурбинному приводу ГТК-10, газоходы и дымовые трубы для удаления продуктов сгорания топлива от стационарного газотурбинного привода ГТК-10, причем каждый газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 оснащен, как минимум, одним регенератором,
при этом каждый газоперекачивающий агрегат имеет значительные габаритные размеры и вес, достигающий 157 тонн, причем число газоперекачивающих агрегатов в составе компрессорной станции магистрального газопровода - не менее восьми штук, причем при комприровании природного газа указанные газоперекачивающие агрегаты работают в группах по два газоперекачивающих агрегата, при этом газоперекачивающие агрегаты в группах соединены между собой либо последовательно, либо параллельно, причем группы газоперекачивающих агрегатов соединены между собой либо последовательно, либо параллельно, при этом каждая газотурбинная установка ГТК-10 газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 имеет в свое составе как камеру сгорания, турбину низкого давления, так и турбину высокого давления, согласно изобретению состоит из, как минимум, одной группы газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 дополнительно оснащенной, как минимум, одним газотурбинным авиационным двигателем, причем газотурбинный авиационный двигатель размещен в отдельном укрытии либо в здании компрессорного цеха магистрального газопровода, либо в непосредственной близости от здания компрессорного цеха магистрального газопровода, при этом газотурбинный авиационный двигатель оборудован собственным
газоходом-коллектором, причем собственный газоход-коллектор газотурбинного авиационного двигателя оснащен клапаном сбросным быстродействующим, при этом газоход-коллектор газотурбинного авиационного двигателя оборудован газоходом-отводом к каждому из газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4, причем газоход-отвод к каждому из газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 подсоединен к корпусу газотурбинной установке ГТК-10 газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4, при этом подсоединение газохода-отвода к корпусу газотурбинной установки ГТК-10 осуществляется между турбиной низкого давления и турбиной высокого давления газотурбинной установки ГТК-10, при этом каждый газоход-отвод оборудован клапаном отсечным быстродействующим, причем клапан отсечной быстродействующий размещен на газоходе-отводе на минимальном расстоянии от места подсоединения к корпусу газотурбинной установки ГТК-10 газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4, причем система управления как работой клапана сбросного быстродействующего собственного газохода газотурбинного авиационного двигателя, так и работой любого клапана отсечного быстродействующего,
размещенного на газоходе-отводе, объединена не только с автоматизированной системой управления газотурбинного авиационного двигателя и с автоматизированной системой управления газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4, но и с автоматизированной системой управления работой компрессорной станции магистрального газопровода.
Как минимум один газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 в совокупности с дополнительным газотурбинным авиационным двигателем и перечисленными дополнительными технологическими элементами и образуют устройство для компримирования природного газа.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлена компоновка устройства для компримирования природного газа.
Устройства для компримирования природного газа содержит в своем составе газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 (1), состоящий из центробежного нагнетателя (2), газотурбинной установки ГТК-10 (3), регенератора (4), газохода (5), дополнительного газотурбинного авиационного двигателя (6), собственного газохода-
коллектора (7), газохода-отвода (8), причем газотурбинная установка ГТК-10 (3) содержит осевой компрессор (9), турбину высокого давления (10), турбину низкого давления (11), камеру сгорания (12), а собственный газоход-коллектор (7) оборудован клапаном сбросным быстродействующим (13), а каждый газоход-отвод (8) оборудован клапаном отсечным быстродействующим (14). Газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 (1) оборудован блоком автоматизированной системы управления (15) режимом работы газоперекачивающего агрегата (1), а газотурбинный авиационный двигатель (6) оборудован собственным блоком автоматизированной системы управления (16), соединенным с блоком автоматизированной системы управления (17) клапана сбросного быстродействующего (13) и с блоком автоматизированной системы управления (18) клапана отсечного быстродействующего (14). Блоки автоматизированных систем управления (15) газоперекачивающих агрегатов (1), блок автоматизированной системы управления (16), блок автоматизированной системы управления (17) и блоки автоматизированных систем управления (18) посредством соединительных проводов (19) объединены в единый блок автоматизированной системы управления работой всей
компрессорной станции магистрального газопровода (единый блок на рисунке не показан).
Устройство работает следующим образом. Для обеспечения требуемого режима транспорта природного газа по магистральному газопроводу газоперекачивающие агрегаты компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 (1) соединены между собой в группы по два газоперекачивающих агрегата (1) для последовательной или параллельной работы. Контроль технологических параметров работы как отдельного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода ГТК 10-4 (1), группы агрегатов, так и компрессорной станции в целом осуществляется посредством систем автоматического управления (15) режимом работы.
В осевом компрессоре (9) газотурбинной установки ГТК-10 (3) любого газоперекачивающего агрегата (1) повышается давление циклового воздуха, который подается далее в регенератор (4). В регенераторе (4) происходит подогрев циклового воздуха за счет теплообмена с выхлопными газами, поступающими в регенератор (4) после турбины низкого давления (11) газотурбинной установки ГТК-10 (3). После регенератора (4) цикловой воздух поступает в камеру сгорания (12), где участвует в процессе горения природного газа, являющегося топливом для газоперекачивающего агрегата (1).
Продукты сгорания, имеющие высокую температуру и давление, из камеры сгорания (12) направляются сначала в турбину высокого давления (10), а затем - в турбину низкого давления (11). Далее выхлопные газы поступают в регенератор (4), где частично передают тепло цикловому воздуху, и далее отводятся по газоходу (5) в дымовую трубу. При этом турбина низкого давления через (11) газотурбинной установки ГТК-10 (3) соединена с ротором центробежного нагнетателя (2). В центробежном нагнетателе (2) происходит компримирование природного газа для его дальнейшего транспорта по магистральному газопроводу.
Регенераторы (4), примененные в газоперекачивающем агрегате ГТК-10-4 (1), представляют собой теплообменники пластинчатого типа. Конструктивным недостатком пластинчатых регенераторов (4) является недостаточная способность компенсировать перепады температур, что приводит к растрескиванию пластин и потере внутренней герметичности. Не герметичность регенератора вызывает перетекание циклового воздуха после осевого компрессора в дымовую трубу агрегата и, как следствие, резко снижается эффективная мощность и КПД газоперекачивающего агрегата. Внутренняя не герметичность регенератора (4) является трудно устранимым дефектом. Трудоемкие работы по заварке трещин являются неэффективными,
так как старение металла и конструктивные недостатки изделия постоянно вызывают образование трещин. Кроме того, особенностью совместной работа группы газоперекачивающих агрегатов ГТК-10-4 (1) заключается в необходимости поддержания технического состояния газоперекачивающих агрегатов (1), составляющих группу, на одном уровне. Только в этом случае можно максимально использовать их мощность. В случае, когда хотя бы один из газоперекачивающих агрегатов (1) в группе имеет техническое состояние хуже технического состояния смежных газоперекачивающих агрегатов (1), он неизбежно ограничит возможность использования запаса мощности других агрегатов, работающих в группе.
Газоперекачивающий агрегат ГТК-10-4 (1), имеющий наихудшее техническое состояние, определяется посредством контроля за его технологическими параметрами по показаниям блока автоматизированной системы управления (15) режимом работы газоперекачивающего агрегата (1).
Параметры работы этого агрегата принимаются в качестве предельных значений для группы газоперекачивающих агрегатов и дальнейшее наращивание режима работы этой группы не допускается блоком автоматизированной системы управления работой всей компрессорной станции магистрального газопровода (на рисунке не
показан). Недостаточная эффективная мощность отдельного агрегата негативно отражается на работе смежных агрегатов в виде вынужденного недоиспользования их располагаемой мощности.
Для увеличения эффективной мощности газоперекачивающего агрегата ГТК-10-4 (1), имеющий наихудшее техническое состояние, по газоходу-отводу (8) к его турбине низкого давления (11) подводится дополнительное рабочее тело - выхлопные газы дополнительного газотурбинного авиационного двигателя (6). При этом дополнительное рабочее тело, а именно, выхлопные газы дополнительного газотурбинного авиационного двигателя (6), подаются в газоход-отвод (8) через газоход-коллектор (7), проложенный от дополнительного газотурбинного авиационного двигателя (6) по машинным залам компрессорной станции. Для подвода выхлопных газов дополнительного газотурбинного авиационного двигателя (6) открывается автоматически управляемый клапан отсечной быстродействующий (14). Для обеспечения требуемого расхода дополнительного рабочего тела а именно, выхлопного газа дополнительного газотурбинного авиационного двигателя (6), диаметр клапана отсечного быстродействующего (14), расположенного на газоходе-отводе (8), назначается не менее 300 мм. Клапан отсечной быстродействующий (14) открывается на требуемое проходное сечение. Управление работой клапана
отсечного быстродействующего (14) осуществляется посредством блока автоматизированной системы управления (18), интегрированного как с блоком автоматизированной системы управления (18) клапана отсечного быстродействующего (14), блоком автоматизированной системы управления (15) работой газоперекачивающих агрегатов (1), так и с блока автоматизированной системы управления работой всей компрессорной станции магистрального газопровода (на рисунке не показан).
После открытия клапана отсечного быстродействующего (14) от блока автоматизированной системы управления работой всей компрессорной станции магистрального газопровода (на рисунке не показан) через блок автоматизированной системы управления (15) режимом работы газоперекачивающего агрегата (1) и через блок автоматизированной системы управления (16) дополнительного газотурбинного авиационного двигателя (6) на блок автоматизированной системы управления (17) клапана сбросного быстродействующего (13), поступает команда на закрытие клапана сбросного быстродействующего (13), расположенного на газоходе-коллекторе (7) дополнительного газотурбинного авиационного двигателя (6). После выполнения указанной операции требуемое количество выхлопных газов от дополнительного газотурбинного
авиационного двигателя (6) направляются в турбину низкого давления (11) газотурбинной установки ГТК-10 (3) выбранного газоперекачивающего агрегата (1), что повышает его эффективную мощность.
Управление величиной закрытия-открытия клапана сбросного быстродействующего (13) и клапана отсечного быстродействующего (14) осуществляется в соответствии с алгоритмом управления работой газоперекачивающих агрегатов (1). При этом к газоперекачивающему агрегату (1) подается требуемое количество дополнительного рабочего тела а именно, выхлопного газа дополнительного газотурбинного авиационного двигателя (6). Избыток выхлопного газа дополнительного газотурбинного авиационного двигателя (6) удаляется через клапан сбросной быстродействующий (13).
В случае аварийного или планового останова газоперекачивающего агрегата (1), клапан сбросной быстродействующий (13) открывается, клапан отсечной быстродействующий (14) закрывается, избыток выхлопного газа дополнительного газотурбинного авиационного двигателя (6) удаляется, а сам дополнительный газотурбинный авиационный двигатель (6) либо переходит в режим более экономичной работы, либо выводится из работы с последующей остановкой.
Управление работой дополнительного газотурбинного авиационного двигателя (6) осуществляется посредством блока автоматизированной системы управления (16). Блок автоматизированной системы управления (16) посредством соединительных проводов (19) объединен с блоком автоматизированной системы управления (17) клапана сбросного быстродействующего (13), блоком автоматизированной системы управления (18) клапана отсечного быстродействующего (14), блоком автоматизированной системы управления (15) работой газоперекачивающих агрегатов (1) в единый блок автоматизированной системы управления работой всей компрессорной станции магистрального газопровода (единый блок на рисунке не показан). Этим обеспечивается номинальный режим работы всех газоперекачивающих агрегатов (1) и, в том числе, газотурбинного авиационного двигателя (6).
Место размещения газотурбинного авиационного двигателя определяется в зависимости от его габаритных размеров и может быть осуществлено в отдельном укрытии либо непосредственно в здании компрессорного цеха магистрального газопровода, либо в непосредственной близости от здания компрессорного цеха магистрального газопровода. Так, турбогенератор АИ-8, температура выхлопных газов которого 750°С и расход топлива
850 кг/ч., а габаритные размеры не значительны, может быть размещенным в отдельном укрытии непосредственно в здании компрессорного цеха магистрального газопровода.