ПОДВОДНАЯ АТОМНАЯ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩАЯ СТАНЦИЯ
UNDERWATER NUCLEAR GAS PUMPING STATION

Изобретение относится к области подводного обустройства морских нефтегазовых месторождений и предназначено для транспортировки природного газа по подводным трубопроводам.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является атомная подводная газоперекачивающая станция, содержащая корпус, разделенный прочными переборками на герметичные отсеки, в среднем из которых установлен водо-водяной атомный реактор, соединенный паропроводами с газовыми турбонагнетателями, расположенными на агрегатных рамах в смежных с реакторным отсеках. Приемные и напорные ветви газопроводов турбонагнетателей проходят по междубортному пространству и соединены с выгородками стыковочных узлов станции с магистральным газопроводом, расположенных в килевой части станции (см. патент RU 2154231, F17D 1/065, В63Н 21/18, 10.08.2000).
Недостатком указанного выше технического решения является отсутствие обеспечения бесперебойной эксплуатации газоперекачивающей станции, т.к. при остановке или выходе из строя какого-либо вида оборудования атомной подводной газоперекачивающей станции необходимо останавливать эксплуатацию месторождения, что недопустимо по условиям добычи на газовом месторождении.
Техническим результатом заявленной подводной атомной газоперекачивающей станции (ПАГС) является повышение ее эксплуатационной надежности и экономической эффективности.
Технический результат достигается тем, что подводная атомная газоперекачивающая станция содержит первый и второй контуры производства и использования пара, систему перепуска пара из одного контура в другой контур, первый и второй конденсаторы пара, при этом каждый из контуров содержит атомную парогенераторную установку (АПГУ), парораспределитель (ПАР), паротурбинную компрессорную установку (ПТКУ) и паротурбинную электроустановку (ПТЭУ), в каждом из двух контуров трубопровод отвода пара из АПГУ соединен с входом ПАР, первый трубопровод отвода пара из ПАР соединен с входом ПТКУ, а второй трубопровод отвода пара с - входом ПТЭУ, трубопроводы подачи и отвода пара в ПТКУ и ПТЭУ, трубопроводы отвода пара и подачи питательной воды в АПГУ соединены разъемными соединениями с соответствующими входными и выходными патрубками ПТКУ, ПТЭУ и АПГУ, кроме того, ПТКУ, АПГУ, ПАР первого и второго контуров, а также первый и второй конденсаторы заключены в герметичные теплоизолированные корпуса, трубопроводы системы перепуска пара и трубопроводы, соединяющие элементы контуров между собой и с конденсаторами пара, снабжены теплоизоляционным покрытием и, кроме того, трубопроводы отвода пара из ПТКУ первого контура и ПТКУ второго контура соединены с первым конденсатором пара, а трубопроводы отвода пара из ПТЭУ первого бока и ПТЭУ второго контура соединены со вторым конденсатором пара.
Система перепуска пара из одного контура в другой контур включает в себя первый трубопровод перепуска пара между первым трубопроводом отвода пара из ПАР первого контура и вторым трубопроводом отвода пара из ПАР второго контура, второй трубопровод перепуска пара между вторым трубопроводом отвода пара из ПАР первого контура и первым трубопроводом отвода пара из ПАР второго контура, а также третий трубопровод перепуска пара между трубопроводом отвода пара из первой АПГУ и трубопроводом отвода пара из второй АПГУ.
Трубопроводы перепуска пара снабжены запорными вентилями.
Трубопроводы подачи и отвода пара в ПТКУ и ПТЭУ первого и второго контуров, а также трубопроводы отвода пара и подачи питательной воды в АПГУ первого и второго контуров снабжены запорными вентилями.
Газоперекачивающая станция может быть расположена на донной платформе, снабженной балластной и якорной системами.
Заявленное изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность и экономическую эффективность за счет обеспечения возможности бесперебойной работы ПАГС при выходе из строя одного или нескольких видов оборудования в разных контурах. Наличие в ПАГС двух контуров с системой перепуска пара из одного контура в другой контур, а также соединение всех трубопроводов отвода пара и подачи питательной воды с использованием разъемных соединений с соответствующими входами и выходами ПТКУ, ПТЭУ и АПГУ позволяет отсоединять любое оборудование для его ремонта или замены без останова работы ПАГС.
Повышение эксплуатационной надежности и экономической эффективности предусматривается за счет двух контуров производства и использования пара (далее контуров). Допускается количество контуров более двух. Это позволит находиться ПАГС в эксплуатационном состоянии даже при аварийном выводе из эксплуатации нескольких видов оборудования в разных контурах. Эффективность ПАГС увеличивается за счет разделения пара, вырабатываемого в каждой АПГУ, на два потребителя пара: на привод ПТКУ и на привод ПТЭУ, обеспечивающей электропотребителей ПАГС. Также ПАГС может обеспечивать возможность электроснабжения потребителей электроэнергии на месторождениях, находящихся вне ПАГС (скважинное оборудование, насосное оборудование и др.).
ПАГС обеспечивает высокоэффективное и надежное энергоснабжение подводных объектов обустройства морских газопромысловых объектов с максимальной автономностью их эксплуатации. Это в настоящее время является проблемным вопросом для отдаленных от берега месторождений, особенно расположенных в суровых арктических условиях, таких, как Штокмановское месторождение, расположенное в 650 км от берега.
Герметичные теплоизолированные корпуса и теплоизоляционное покрытие трубопроводов обеспечивает минимизацию потерь тепла в ПАГС и, следовательно, повышает эксплуатационную надежность и экономическую эффективность.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом.
На чертеже показана схема ПАГС.
На чертеже штрихпунктиром показаны трубопроводы пара, а штрихпунктиром с двумя точками электрокабели.
ПАГС содержит два дублирующих друг друга контура производства и использования пара, систему перепуска пара из одного контура в другой контур, систему трубопроводов с запорными вентилями, первый конденсатор и второй конденсатор.
Первый контур содержит паротурбинную компрессорную установку (ПТКУ) 1, паротурбинную электроустановку (ПТЭУ) 2, атомную парогенераторную установку (АПГУ) 3, парораспределитель (ПАР) 4.
Второй контур содержит ПТКУ 5, ПТЭУ 6, АПГУ 7 и ПАР 8.
Каждая из ПТКУ 1 и ПТКУ 5 имеет герметичный теплоизолированный корпус, внутри которого находится газовый компрессор и паротурбинный агрегат.
Каждая из ПТЭУ 2 и ПТЭУ 6 имеет герметичный теплоизолированный корпус, внутри которого находится паровая турбина и электрогенератор.
Каждая из АПГУ 3 и АПГУ 7 имеет герметичный теплоизолированный корпус, в котором находится ядерный реактор и парогенератор.
Каждый из ПАР 4 и ПАР 8 имеет герметичный теплоизолированный корпус.
ПАР 4 имеет вход пара, соединенный с трубопроводом отвода пара из АПГУ 3, и два выхода пара, при этом первый выход пара соединен с трубопроводом подачи пара в паротурбинный агрегат ПТКУ 1, а второй выход пара - с трубопроводом подачи пара в паровую турбину ПТЭУ 2.
ПАР 8 имеет вход пара, соединенный с трубопроводом отвода пара из АПГУ 7, и два выхода пара, при этом первый выход пара соединен с трубопроводом подачи пара в паротурбинный агрегат ПТКУ 5, а второй выход пара с трубопроводом подачи пара в паровую турбину ПТЭУ 6.
Трубопроводы отвода пара из ПТКУ 1 первого контура и ПТКУ 5 второго контура соединены с первым конденсатором пара 9.
Трубопроводы отвода пара из ПТЭУ 2 первого контура и ПТЭУ 6 второго контура соединены со вторым конденсатором пара 10.
Система перепуска пара из одного контура в другой контур включает в себя три трубопровода перепуска пара, а именно:
- первый трубопровод 11 перепуска пара между первым трубопроводом отвода пара из ПАР 4 первого контура и вторым трубопроводом отвода пара из ПАР 8 второго контура;
- второй трубопровод 12 перепуска пара между вторым трубопроводом отвода пара из ПАР 4 первого контура и первым трубопроводом отвода пара из ПАР 8 второго контура;
- третий трубопровод 13 перепуска пара между трубопроводом отвода пара из АПГУ 3 первого контура и трубопроводом отвода пара из АПГУ 7 второго контура.
Первый трубопровод 11 перепуска пара снабжен запорным вентилем 14, второй трубопровод 12 перепуска пара снабжен запорным вентилем 15, а третий трубопровод 13 перепуска пара снабжен запорным вентилем 16.
Трубопроводы подачи и отвода пара в ПТКУ 1 и ПТКУ 5 снабжены запорными вентилями и соединены с входными и выходными патрубками пара ПТКУ 1 и ПТКУ 5 посредством разъемных соединений.
Трубопроводы подачи и отвода пара в ПТЭУ 2 и ПТЭУ 6 снабжены запорными вентилями и соединены с входными и выходными патрубками пара ПТЭУ 2 и ПТЭУ 6 посредством разъемных соединений.
Трубопроводы отвода пара и подачи питательной воды в АПГУ 3 и АПГУ 7 снабжены запорными вентилями и соединены с выходными патрубками пара и выходными патрубками питательной воды АПГУ 3 и АПГУ 7 посредством разъемных соединений.
Трубопроводы системы перепуска пара и трубопроводы, соединяющие элементы модулей между собой и с конденсаторами пара, снабжены теплоизоляционным покрытием, например, на основе керамических микросфер.
Укрытие оборудования под водой может быть как автономным - для каждого вида оборудования, так и общим для ПАГС. Общее укрытие для ПАГС возможно как с барокамерой, так и без нее, т.е. «мокрое укрытие».
ПАГС может быть расположена на донной платформе 17, снабженной балластной системой 18 и якорной системой 19, что обеспечивает возможность ее эксплуатации в подводном, надводном положении и на дне. Якорная система 19 предназначена для стабилизации ПАГС в подводном и надводном положениях на морском месторождении. При этом заявленное изобретение может использоваться не только под водой, но также может и не иметь балластную и якорную систему, а располагаться на верхнем строении морской платформы или на других надводных газопромысловых сооружениях, что обеспечивает увеличение автономности и надежности энергоснабжения надводных и подводных объектов морского нефтегазового месторождения.
Электрогенераторы ПТЭУ 2 и ПТЭУ 6 соединены электрическими кабелями с электрораспределительным устройством (ЭРУ) 20, через которое происходит снабжение электроэнергией ПАГС и подводных потребителей электроэнергии (ППЭ) 21 и 22, находящихся вне ПАГС.
В штатном режиме автономная газоперекачивающая станция работает следующим образом.
В каждом из АПГУ 3 и АПГУ 7 происходит генерация пара посредством тепловой энергии, выработанной в ядерном реакторе.
Пар из парогенератора АПГУ 3 первого контура поступает в ПАР 4 первого контура, а пар из парогенератора АПГУ 7 второго контура поступает в ПАР 8 второго контура.
Из ПАР 4 первого контура пар распределяется по теплоизолированным трубопроводам в паровую турбину ПТЭУ 2 и в паротурбинный агрегат ПТКУ 1, а именно: пар из первого выхода ПАР 4 поступает на вход паротурбинного агрегата ПТКУ 1 первого контура, а из второго выхода ПАР 4 поступает на вход паровой турбины ПТЭУ 2 первого контура.
Из ПАР 8 второго контура пар распределяется по теплоизолированным трубопроводам в паровую турбину ПТЭУ 6 и в паротурбинный агрегат ПТКУ 5, а именно: пар из первого выхода ПАР 8 поступает на вход паровой турбины ПТЭУ 6 второго контура, а из второго выхода ПАР 8 поступает на вход паротурбинного агрегата ПТКУ 5 второго контура.
В ПТЭУ 2 и ПТЭУ 6 паровая турбина приводит в движение электрогенератор, преобразующий кинетическую энергию вращения ротора генератора в электрический ток. Вырабатывается электроэнергия, которая по электрическим кабелям поступает на вход ЭРУ 20, через которое осуществляют снабжение электроэнергией ПАГС, а также ППЭ 21 и ППЭ 22. Наличие ПТЭУ в ПАГС обеспечивает автономную работу газоперекачивающей станции, не зависящую от внешних источников электроэнергии.
Паротурбинные агрегаты ПТКУ 1 и ПТКУ 5 приводят в движение газовый компрессор, преобразующий кинетическую энергию вращения ротора компрессора в кинетическую энергию перекачиваемого газа. Компримированный газ из ПТКУ 1 и ПТКУ 5 подается потребителю.
Отработанный пар из паротурбинного агрегата ПТКУ 1 и отработанный пар из паротурбинного агрегата ПТКУ 5 поступает на вход первого конденсатора пара 9.
В конденсаторе 9 отработанный пар охлаждается и конденсируется посредством охладителя, в качестве которого может использоваться забортная вода.
Сконденсированный отработанный пар из паротурбинного агрегата ПТКУ 1 поступает из конденсатора пара 9 в качестве питательной воды в парогенератор АПГУ 3.
Сконденсированный отработанный пар из паротурбинного агрегата ПТКУ 5 поступает из конденсатора пара 9 в качестве питательной воды в парогенератор АПГУ 7.
Отработанный пар из паровой турбины ПТЭУ 2 и отработанный пар из паровой турбины ПТЭУ 6 поступает во второй конденсатор пара 10.
В конденсаторе 10, отработанный пар охлаждается и конденсируется посредством охладителя, в качестве которого может использоваться забортная вода.
Сконденсированный отработанный пар паровой турбины ПТЭУ 2 поступает из конденсатора пара 10 в качестве питательной воды в парогенератор АПГУ 3.
Сконденсированный отработанный пар паровой турбины ПТЭУ 6 поступает из конденсатора пара 10 в качестве питательной воды во входной патрубок парогенератора АПГУ 7.
Расположение подводной автономной газоперекачивающей станции на платформе 17, снабженной балластной системой 18 и якорной системой 19, обеспечивает возможность всплытия или погружения станции для ротации, проведения технического обслуживания и ремонта оборудования.
ПАГС может работать в подводном и в надводном положении. Изменение положения станции осуществляется с использованием якорной системы, а также с помощью балластных систем. При благоприятных условиях на морском месторождении, в отсутствии шторма, льдов, приближения айсберга, возможно использование станции в надводном положении. При неблагоприятных погодных условиях предусматривается эксплуатация станции в подводном положении.
При штатной эксплуатации запорный вентиль 14, запорный вентиль 15 и запорный вентиль 16, которыми снабжены трубопроводы системы перепуска пара, закрыты.
При необходимости ремонта ПТКУ 1 первого контура осуществляется перевод ПАГС в надводное положение. После чего закрывают запорный вентиль, установленный на трубопроводе подачи пара в ПТКУ 1, и запорный вентиль, установленный на трубопроводе отвода пара из ПТКУ 1. Открывают запорный вентиль 14 на первом трубопроводе перепуска. Таким образом, пар, вырабатываемый парогенератором АПГУ 3 первого контура, поступает по первому трубопроводу перепуска пара на вход паротурбинного агрегата ПТКУ 5 второго контура.
Затем трубопроводы подачи и отвода пара отсоединяют от входного и выходного патрубков пара ПТКУ 1, отсоединяя таким образом ПТКУ 1 от ПАГС. ПТКУ 1 ремонтируют в надводном положении или с использованием плавсредств доставляют для ремонта на береговое предприятие.
При необходимости ремонта ПТКУ 5 второго контура осуществляется перевод ПАГС в надводное положение, после чего закрывают запорный вентиль, установленный на трубопроводе подачи пара в ПТКУ 5, и запорный вентиль, установленный на трубопроводе отвода пара из ПТКУ 5. Открывают запорный вентиль 14 на первом трубопроводе перепуска. Таким образом, пар, вырабатываемый парогенератором АПГУ 7 второго контура, поступает по первому трубопроводу перепуска пара на вход паротурбинного агрегата ПТКУ 1 первого контура.
Затем трубопроводы подачи и отвода пара отсоединяют от входного и выходного патрубков пара ПТКУ 5, отсоединяя таким образом ПТКУ 5 от ПАГС. ПТКУ 5 ремонтируют в надводном положении или с использованием плавсредств доставляют для ремонта на береговое предприятие.
При необходимости ремонта ПТЭУ 2 первого контура осуществляется перевод ПАГС в надводное положение. После чего закрывают запорный вентиль, установленный на трубопроводе подачи пара в ПТЭУ 2 первого контура, и запорный вентиль, установленный на трубопроводе отвода пара из ПТЭУ 2 первого контура. Открывают запорный вентиль 15 на втором трубопроводе 12 перепуска пара. Таким образом, пар, вырабатываемый парогенератором АПГУ 3 первого контура, поступает по первому трубопроводу перепуска пара на вход паровой турбины ПТЭУ 6 второго контура.
Затем трубопроводы подачи и отвода пара отсоединяют от входного и выходного патрубков пара ПТЭУ 2, отсоединяя таким образом ПТЭУ 2 от ПАГС. После чего ПТЭУ 2 ремонтируют в надводном положении или с использованием плавсредств доставляют для ремонта на береговое предприятие.
При необходимости ремонта ПТЭУ 6 второго контура осуществляется перевод ПАГС в надводное положение. После чего закрывают запорный вентиль, установленный на трубопроводе подачи пара в ПТЭУ 6 второго контура, и запорный вентиль, установленный на трубопроводе отвода пара из ПТЭУ 6 второго контура. Открывают запорный вентиль 15 на втором трубопроводе 12 перепуска пара. Таким образом, пар, вырабатываемый парогенератором АПГУ 7 второго контура, поступает по второму трубопроводу 12 перепуска пара на вход паровой турбины ПТЭУ 2 первого контура.
Затем трубопроводы подачи и отвода пара отсоединяют от входного и выходного патрубков пара ПТЭУ 6, отсоединяя таким образом ПТЭУ 6 от ПАГС. После чего ПТЭУ 6 ремонтируют в надводном положении или с использованием плавсредств доставляют для ремонта на береговое предприятие.
При необходимости ремонта АПГУ 3 первого контура осуществляется перевод ПАГС в надводное положение. После чего закрывают запорные вентили, установленные на трубопроводах подачи питательной воды в АПГУ 3 первого контура, и запорный вентиль, установленный на трубопроводе отвода пара из АПГУ 3 первого контура. Открывают запорный вентиль 16 на третьем трубопроводе 13 перепуска пара. Таким образом, пар, вырабатываемый парогенератором АПГУ 7 второго контура поступает по третьему трубопроводу 13 перепуска пара на вход ПАР 4 первого контура.
Затем трубопроводы подачи питательной воды и трубопровод отвода пара отсоединяют от входного и выходного патрубков пара АПГУ 3, отсоединяя таким образом АПГУ 3 от ПАГС. После чего АПГУ 3 ремонтируют в надводном положении или с использованием плавсредств доставляют для ремонта на береговое предприятие.
При необходимости ремонта АПГУ 7 второго контура осуществляется перевод ПАГС в надводное положение. После чего закрывают запорные вентили, установленные на трубопроводах подачи питательной воды в АПГУ 7 второго контура, и запорный вентиль, установленный на трубопроводе отвода пара из АПГУ 7 второго контура. Открывают запорный вентиль 16 на третьем трубопроводе 13 перепуска пара. Таким образом, пар, вырабатываемый парогенератором АПГУ 3 первого контура, поступает по третьему трубопроводу 13 перепуска пара на вход ПАР 8 второго контура.
Затем трубопроводы подачи питательной воды и трубопровод отвода пара отсоединяют от входного и выходного патрубков пара АПГУ 7, отсоединяя таким образом АПГУ 7 от ПАГС. После чего АПГУ 7 ремонтируют в надводном положении или с использованием плавсредств доставляют для ремонта на береговое предприятие.
Таким образом, в случае необходимости отсоединения одного из основных элементов ПАГС осуществляется перепуск пара из одного контура в другой и ПАГС продолжает работать без останова на ремонт, что обеспечивает надежность транспортировки природного газа по подводным трубопроводам на морских нефтегазовых месторождениях.
Заявленное изобретение позволит повысить эксплуатационную надежность и экономическую эффективность ПАГС за счет предусмотренной двухконтурной системы производства и использования пара, исключения сложных подводных работ при обслуживании ПАГС и повышения ее ремонтопригодности.