Пути улучшения подготовки топливного газа на компрессорных станциях

УДК 666.3-127.7

ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ПОДГОТОВКИ ТОПЛИВНОГО ГАЗА НА КОМПРЕССОРНЫХ

СТАНЦИЯХ

Б.М. Мамажанов, А.В. Желтухин

WAYS OF IMPROVING OF FUEL GAS AT COMPRESSOR STATIONS

B.M. Mamajanov, A.V. Zheltukhin

Аннотация. Объектом рассмотрения данной статьи являются керамические фильтрующие патроны, разработанные для замены матерчатых фильтров на типовых блоках очистки газа (БОГ), находящихся в составе газокомпрессорных станций и предназначенных для очистки топливного газа от пыли, капельной влаги и конденсата тяжёлых углеводородов. Целью разработки является достижение высокой степени очистки топливного газа при заданной пропускной способности керамических фильтропатронов и обеспечение эффективной регенерации керамических элементов. В результате совместной работы сотрудников Института Энергетики и Автоматики АН РУз и Управления компрессорных станций АК «Узтрансгаз» была разработана и изготовлена партия керамических фильтропатронов и запущены их производственные испытания на одном из блоков очистки Янгиерской КС.

Ключевые слова: блок очистки газа; керамический фильтр; фильтропатрон; газокомпрессорная станция; дожимная компрессорная станция; пористость.

Abstract. The object of this review article is a ceramic filter cartridges, designed to replace the filter cloth on typical gas purification unit (GPU), which are composed of gas compressor stations and intended to clean fuel gas from dust, moisture and condensation dropping heavy hydrocarbons. The purpose of development is to achieve a high degree of purification of fuel gas for a given throughput of ceramic filter cartridges and to ensure effective regeneration of the ceramic elements. As a result of the joint work of the Institute of Energy and Automation, Academy of Sciences of Uzbekistan and the Office of compressor stations JSC «Uztransgaz» has been designed and manufactured batch of ceramic filter cartridges, and launched their production test on one of the blocks of cleaning Yangier CS.

Keywords: block gas purification; ceramic filter; filter cartridge; compressor station; booster station, porosity.

Дожимные компрессорные станции (ДКС) функционируют в электроэнергетике, нефтегазовой отрасли, нефтегазохимии и других отраслях промышленности. Объединяет их одно. ДКС - это важнейшее технологическое звено в подготовке газа.

Компрессорные станции (линейные, дожимные) - это важнейшее технологическое звено в подготовке и транспортировке газа и предназначены для увеличения пропускной способности за счёт повышения давления в магистральном газопроводе. ДКС состоят из одного или нескольких компрессорных цехов, осуществляющих технологические процессы очистки, компримирования и последующего охлаждения природного газа с использованием газоперекачивающих агрегатов, пылеуловителей или фильтр-сепараторов, аппаратов воздушного охлаждения газа [1].

Одной из основных проблем на компрессорных станциях является качество подготовки топливного газа, т. к. механические примеси, содержащиеся в транспортируемом газе приводят, к износу и поломкам газокомпрессорного оборудования ДКС, что в свою очередь ведёт к простою оборудования и финансовым потерям предприятия.

http://vestnik-nauki.ru/

2015, Т 1, №2

В течение целого ряда лет на предприятиях АК «Узтрансгаз» ведутся активные опытно-конструкторские работы, направленные на повышение качества подготовки топливного газа, непосредственно влияющее на скорость загрязнения компрессорного масла и стабильность работы газокомпрессорного оборудования в целом.

Керамические фильтры для очистки топливного газа - один из конкретных примеров подобных исследований. Работы идут с переменным успехом. Возникающие проблемы решаются в рабочем порядке.

Сегодня на компрессорных станциях в Республике Узбекистан для очистки топливного газа используются перфорированные трубы с закреплёнными на их поверхности матерчатыми и неткаными материалами. Недостатком подобных фильтров является низкая механическая прочность полотна, склонная к «разлохмачиванию» при больших скоростях подачи газа, и высокая вероятность залповых выбросов загрязнений в топливную магистраль при нарушении целостности ткани. Поэтому для обеспечения достаточной эффективности очистки газа без уноса твердых частиц и фильтрующего материала применяемый матерчатый фильтр армируется проволочными сетками. При этом скорость газового потока лимитируется и характеризуется низким максимально допустимым перепадом давления на фильтрующем элементе [2].

Фильтропатроны с нетканым полотном в качестве фильтрующего материала практически не регенерируются, так как нетканое полотно является фильтром объёмного действия и при регенерации требует серьёзной промывки. Однако при этом происходит нарушение волокнистой структуры полотна, приводящее к образованию «свищей» [3].

В результате совместной работы сотрудников Института Энергетики и Автоматики АН РУз и Управления компрессорных станций АК «Узтрансгаз» была разработана и изготовлена партия керамических фильтропатронов и запущены их производственные испытания на одном из блоков очистки Янгиерской КС.

Конструкция керамических фильтропатронов проста и отражает габаритные размеры штатных матерчатых фильтропатронов. Это позволяет осуществить простое замещение штатных патронов в блоке очистки без реконструкции посадочных мест.

Основу керамического фильтропатрона составляет 180 см перфорированная труба, заглушённая с одной стороны. На рис. 1 представлен внешний вид труб фильтропатрона с круглой и щелевой перфорацией.

Практика показала, что процесс формирования щелевой перфорации технологичнее и обеспечивает большую проходную площадь.

На перфорированную трубу последовательно набираются дисковые керамические фильтроэлементы, разделённые между собой резиновыми прокладками. На перфорированной трубе размещается до 100 дисковых элементов. После набора «пакета» производится их сжатие с помощью гайки. Внешний вид дисковых фильтроэлементов показан на рис. 2.

Внешний вид керамического фильтропатрона в сборе показан на рис. 3.

Рисунок 1 - Внешний вид каркасов фильтропатрона с округлой и щелевой перфорацией

Рисунок 2 - Внешний вид дисковых фильтроэлементов

Фильтроэлементы состоят из нескольких функциональных компонентов. Внешний слой керамического диска формируется из мелкопористого материала и является фильтрующим слоем. Внутренний слой состоит из крупнозернистого материала и является армирующим и дренажным слоем. Газ последовательно проходит через фильтрующий и дренажный слой, попадая в центральную перфорированную трубу, по которой поступает в топливную магистраль компрессорных агрегатов. Для улучшения дренажных свойств внутреннего слоя в нём дополнительно сформированы полости, значительно повышающие пропускную способность фильтроэлемента.

Рисунок 3 - Внешний вид керамического фильтропатрона в сборе

Для удобства загрузки и фиксации фильтропатронов в блоке очистки разработан лёгкий трубчатый каркас, который хорошо виден на рис. 4, и в котором размещаются все 7 фильтропатронов. Фильтропатроны предварительно загружаются в каркас, а затем закатываются в блок очистки на специальных роликах, приваренных к каркасу.

Рисунок 4 - Формирования комплекта фильтропатронов в каркасе

Применение дисковых керамических фильтроэлементов позволило достичь существенного увеличения фильтрующей поверхности патронов. Если площадь матерчатых фильтропатронов цилиндрической формы составляет 0,5 м2, то рабочая площадь дискового фильтропатрона 2,2 м2. Для комплекта из 7 фильтропатронов эти цифры составляют 3,5 м2 и 15,4 м2 соответственно. Увеличение фильтрующей поверхности приводит к сокращению скорости движения газа в локальных участках фильтра, обеспечивая тем самым меньшее дифференциальное давление, снижение вероятности уноса капельной жидкости газом и повышение грязеёмкости. Дальнейшее увеличение площади фильтрации патронов позволит при необходимости использовать керамику с более высокой тонкостью очистки без потери производительности.

Успешная загрузка керамических фильтропатронов в блоки очистки топливного газа дала старт их производственным испытаниям. Схема испытаний проста. В один из блоков очистки газа загружены керамические патроны, во второй - матерчатые. Через каждый из блоков пропускается одинаковое количество топливного газа. Эффективность очистки оценивается по количеству механических примесей на бельтинговых фильтрах, следующих за блоками очистки БПТГ. Контроль производится весовым способом.

К настоящему времени через керамические фильтры уже пропущено 5 миллионов м3 газа. Взвешивание бельтингового фильтра показало увеличение веса на 2,5 грамма. Аналогичный объём газа пропускается через матерчатые фильтры. Испытания продолжаются.

Следующий этап испытаний - исследование регенерационной способности керамических фильтров. Необходимо отметить, что возможность регенерации -отличительное качество керамических фильтров. Благодаря механической прочности структуры пористая керамика позволяет выдерживать значительные перепады давления и восстанавливать свою проницаемость при кратковременном обратном токе рабочей среды.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Фотографии строительства дожимной компрессорной станции ПГУ [Электронный ресурс]. URL: http://www.gigavat.com/pgu_foto8.php (Дата обращения 26.10.2015).

2. Газоснабжение: лабораторные работы / сост.: Н.П. Жуков, А.В. Чурилин. -Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун- та, 2009. - 48 с. [Электронный ресурс]. URL: http://www.tstu.ru/book/elib/pdf/2009/zukov-a.pdf (Дата обращения 26.10.2015).

3. Свободная энциклопедия. Газовый фильтр [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Газовый_фильтр (Дата обращения 26.10.2015).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Мамажанов Баходыр Мамаджанович Ташкентский государственный технический университет им. Абу Райхана Беруни. г. Ташкент, Республика Узбекистан. Механико-машиностроительный факультет, старший преподаватель кафедры «Технология машиностроения».

Mamazhanov Bakhodyr Mamadzhanovich Tashkent State Technical University named Abu Rayhan Biruni. Tashkent, Uzbekistan. Faculty of Mechanical Engineering, lecturer of the Department «Mechanical Engineering».

Желтухин Андрей Владимирович Ташкентский государственный технический университет им. Абу Райхана Беруни. г. Ташкент, Республика Узбекистан. Механико-машиностроительный факультет, ассистент кафедры «Технология машиностроения». E-mail: andrey_uz@list.ru

Zheltukhin Andrey Vladimirovich Tashkent State Technical University named Abu Rayhan Biruni. Tashkent, Uzbekistan. Faculty of Mechanical Engineering, Assistant of the Department «Mechanical Engineering». E-mail: andrey_uz@list.ru

Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с авторам статьи: 100095, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Университетская 2, ТашГТУ, Механико-машиностроительный факультет, Блок А, кабинет 214. (+99890) 915-17-23