АГРЕГАТНЫЙ БЛОК ПОДГОТОВКИ ТОПЛИВНОГО ГАЗА

Полезная модель относится к средствам подготовки топливного газа и предназначена для использования на объектах газотранспортных предприятий в составе газоперекачивающих агрегатов (ГПА) с газотурбинным приводом, применяемых на компрессорных станциях магистральных газопроводов.
Известен блок подготовки топливного и пускового газа (БПТПГ), предназначенный для установки на газовых компрессорных станциях магистральных газопроводов, и содержащий средства подготовки природного газа для использования его в качестве топлива для подачи в газотурбинный привод газоперекачивающего агрегата (ГПА) и средства подготовки природного газа для использования в качестве пускового газа - для первоначальной раскрутки турбины газотурбинного привода ГПА при пуске и прокрутке турбины при обслуживании (Типовые технические требования на проектирование компрессорных станций (КС), дожимных компрессорных станций (ДКС) и дожимных компрессорных станций подземных хранилищ газа (ДКС ПХГ) ВРД 39-1.8-055-2002). Размещается данный блок в капитальном здании.
В процессе работы известного блока природный газ давлением 5,5-7,5 МПа из магистрального газопровода поступает в систему фильтров, подвергается подогреву, как правило, в огневых подогревателях с промежуточным теплоносителем, вынесенными за пределы здания блока подготовки, и затем по отдельным веткам (топливного и пускового газа) подается в блоки редукторов, в которых происходит понижение давления газа до необходимого для топливного и пускового газа (в зависимости от типа газотурбинного привода). Подготовка импульсного газа осуществляется в отдельном устройстве, где происходит фильтрация и осушка природного газа.
2
Недостатками известного устройства являются большие габаритные размеры, сложность и большой объем монтажных и строительных работ, которые необходимо вести непосредственно на месте эксплуатации (КС, ДКС). Кроме того, указанные установки увеличивают площадь застройки при строительстве новых объектов газовой промышленности, так как они занимают достаточно большую площадь (часто более 150 м) и согласно нормативным документам из соображений безопасности должны находится на достаточном удалении и от промышленных зданий и от другого газового оборудования.
Известен блок подготовки топливного, пускового и импульсного газа компрессорной станции магистрального газопровода, содержащий систему фильтрации и редуцирования природного газа, подаваемого в качестве топливного газа в газотурбинный привод газоперекачивающего агрегата (ГПА), систему подготовки пускового газа для раскрутки турбины ГПА и систему подготовки импульсного газа для пневмоприводов запорно-регулирующей арматуры компрессорной станции, отличающийся тем, что качестве импульсного газа используют сжатый воздух, а система подготовки импульсного газа включает последовательно установленные воздушный компрессор, блок осушки и очистки воздуха и ресивер (патент РФ №71403, МПК F17D 1/065, публ. 10.03.2008 г.)
При проектировании новых компрессорных станций состав входящих в них оборудования и блок подготовки топливного, пускового и импульсного газа необходимо проектировать и рассчитывать на максимальную пропускную способность, исходя из количества газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и дополнительных потребностей собственных нужд КС. При этом станционный БПТГ, рассчитанный на максимально возможную пропускную способность, большинство рабочего времени работает в нерасчетном (недогруженном) режиме, что снижает эффективность его использования. В то же время, так как от одного блока подготовки газ поступает на несколько ГПА, то требуется большое количество магистралей, прокладываемых, как правило, подземно, либо в теплоизоляции, что требует проведения значительного объема строительных (земляных) работ. Кроме того, даже при достаточно эффективной теплоизоляции трубопроводов, подающих топливный газ к ГПА, существуют потери тепла и необходимость подогревать топливный газ до более высоких температур для обеспечения эффективной работы ГПА.
Также в случае единого блока подготовки газа на несколько ГПА (один на компрессорный цех, либо один на компрессорную станцию) при реконструкции и модернизации КС и вводе в строй новых ГПА возникает необходимость устанавливать (проектировать) дополнительно новый БПТГ, что увеличивает объем проектных и строительных работ при реконструкции.
Известна газораспределительная станция, содержащая соединенные технологическими трубопроводами ряд отдельных блоков с узлами переключения станции, очистки газа, редуцирования газа, подогрева газа, коммерческого измерения расхода газа, одоризации газа, автономного электропитания, отбора газа на собственные нужды и систем контроля и автоматики, связи и телемеханики, электроосвещения, молниезащиты, защиты от статического электричества, электрохимзащиты, отопления и вентиляции, охранной сигнализации, контроля загазованности и автоматического сброса отстоя (патент РФ №29057, публикация 2003 г.).
Недостатком известной газораспределительной станции является то, что узлы для очистки, подогрева и редуцирования газа имеют большие массогабаритные размеры и такую компоновку устройств, что для их обслуживания необходимы свободные зоны обслуживания со всех сторон, что требует большого количества (до 8) блок-боксов для размещения оборудования.
Также недостатком является сложность монтажа оборудования на площадке вследствие необходимости стыковки большого количества блок-контейнеров, соединительных трубопроводов, электрических кабелей.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является возможность создания компактного блочного агрегатного блока подготовки топливного газа, входящего в состав газоперекачивающего агрегата, и обеспечивающего эффективную и надежную его работу.
Техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является уменьшение габаритных размеров агрегатного блока и уменьшение площади, которую занимают устройства для подготовки и подачи топливного газа на компрессорной станции КС магистральных газопроводов.
Предложенное техническое решение позволяет расширить арсенал технических средств, применяемых для подготовки топливного газа на объектах газовой промышленности.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем:
Агрегатный блок подготовки топливного газа (АБПТГ) газоперекачивающего агрегата (ГПА) компрессорной станции магистрального газопровода содержит систему очистки, включающую два взаимно резервирующих фильтра (основной и резервный) с подключенными к ним трубопроводами подвода и отвода природного газа, систему подогрева природного газа, подаваемого в качестве топливного газа в газотурбинный привод ГПА, и блок управления, связанный электрическими цепями с функциональными исполнительными элементами. Взаимно резервирующие фильтры подключены параллельно к трубопроводу подвода газа и содержат установленные на общей прямоугольной раме цилиндрические вертикально расположенные корпуса с патрубками входа и выхода газа, оси которых параллельны друг другу и перпендикулярны осям фильтров, при этом к патрубкам входа и выхода газа подключены через 90°-ные отводы вертикально расположенные запорные краны, каждый из которых, в свою очередь, подключен через 90°-ный отвода или тройник к трубопроводу подвода или отвода природного газа. Трубопроводы подвода или отвода природного газа размещены в горизонтальной плоскости параллельно длинной стороне рамы, угол между сторонами рамы и осями патрубков входа и выхода газа составляет 45±15°, а в каждом фильтре использованы фильтрующие элементы с отношением длины к диаметру равным 3-5.
Корпус каждого фильтра системы очистки природного газа содержит патрубки отвода конденсата и съемную крышку для смены фильтрующих элементов, при этом корпус разделен горизонтальным днищем на нижнюю емкость очистки от крупных механических частиц и капельной влаги и верхнюю емкость очищенного газа, на горизонтальном днище установлено фильтрующее устройство, содержащее, по меньшей мере, один фильтрующий элемент, изготовленный из гофрированного материала, обеспечивающего процессы тонкой очистки газа, а для крепления и выема фильтрующего устройства предусмотрен шток с упором и контргайкой, фиксирующийся в непосредственной близости к съемной крышке, по типу байонетного затвора.
В другом варианте исполнения корпус каждого фильтра системы очистки природного газа содержит патрубки отвода конденсата и съемную крышку для смены фильтрующих элементов, при этом корпус разделен горизонтальным днищем на нижнюю емкость грубой очистки и верхнюю емкость тонкой очистки, каждая из которых имеет в нижней части полость для сбора конденсата, причем к горизонтальному днищу приварены адаптеры для возможности установки фильтрующих элементов коалесцирующего типа в верхней емкости, при этом через адаптеры газ проходит из нижней емкости во внутренние полости установленных в верхней емкости фильтрующих элементов.
Система очистки газа содержит датчики уровня конденсата, размещенные в полостях сбора конденсата, датчик перепада давления, установленный между коллекторами входа и выхода газа.
Система очистки газа содержит электроприводные краны на трубопроводах конденсата.
Система очистки газа содержит теплоизоляцию и устройства для подогрева на трубопроводе сброса конденсата и в нижней части фильтров.
Система очистки газа включает кориолисовый расходомер, размещенный на единой раме с фильтрами.
Агрегатный блок может дополнительно содержать средства для подготовки природного газа, используемого в качестве пускового газа для первоначальной раскрутки турбины газотурбинного привода ГПА при пуске и прокрутке турбины при обслуживании.
Агрегатный блок может дополнительно содержать устройство подготовки природного газа используемого в качестве импульсного газа для управления пневмоприводной запорно-регулирующей арматурой, применяемой на компрессорных станциях магистральных газопроводов.
В качестве запорной арматуры в агрегатном блоке применена электроприводная арматура.
Агрегатный блок может содержать систему редуцирования газа, включающую две нитки редуцирования, каждая из которых имеет основной рабочий регулятор давления и последовательно установленный с основным дополнительный регулятор давления.
Агрегатный блок может содержать взрывозащищенный модуль редуцирования с дозатором топливного газа, стопорным клапаном, датчики для замера давления топливного газа перед и за дозатором, датчик температуры газа за дозатором.
Агрегатный блок содержит узел замера расхода газа, выполненный в виде кориолисового расходомера, или турбинного счетчика газа с корректором.
На выходе топливного газа в агрегатном блоке установлен узел предохранительных клапанов, состоящий из двух взаимно резервирующих клапанов.
Агрегатный блок может содержать средства подготовки природного газа, используемого в качестве уплотнительного газа для обеспечения работы сухих газовых уплотнений (СГУ) вала ГПА.
Агрегатный блок может содержать средства подготовки барьерного воздуха, отбираемого с последних ступеней компрессора газотурбинного привода ГПА для обеспечения работы сухих газовых уплотнений (СГУ) вала ГПА.
Агрегатный блок размещен в отдельном транспортабельном контейнере полной заводской готовности, который выполнен с теплоизоляцией и содержит размещенные внутри электрическое, взрывозащищенное обогревательное устройство и датчик температуры.
Контейнер снабжен системой контроля загазованности и охранно-пожарной сигнализацией, а также имеет вентиляционное устройство, подключенное к системе контроля загазованности, и имеет систему автоматического пожаротушения, подключенную к системе контроля загазованности и пожарной сигнализации.
Контейнер имеет взрывной предохранительный клапан для защиты от разрушения в виде сбрасываемой панели.
На фиг.1 представлена принципиальная схема предложенного агрегатного блока подготовки топливного газа; на фиг.2 - показана схема узла очистки топливного газа; на фиг.3 показан узел очистки топливного газа на раме; на фиг.4 - то же вид сверху; на фиг.5 показан фильтр топливного газа; на фиг.6 показан фильтр - коалесцер топливного газа; на фиг.7 - контейнер с агрегатным блоком.
Заявляемый агрегатный блок подготовки топливного газа ГПА подключен к магистральному газопроводу и содержит узел очистки топливного газа 1, узел подогрева топливного газа 2, узел редуцирования топливного газа 3.
Представленный на фиг.1 агрегатный блок подготовки топливного газа также содержит узел подготовки пускового газа 4 для первоначальной раскрутки турбины газотурбинного привода ГПА при пуске и прокрутке турбины при обслуживании, узел подготовки импульсного газа 5 для управления пневмоприводной запорно-регулирующей арматурой, применяемой на компрессорных станциях магистральных газопроводов, узел подготовки уплотнительного (буферного) газа 6 для сухих газодинамических уплотнений (СГУ), а также узел подготовки барьерного (разделительного) воздуха 7 для СГУ.
Узел очистки топливного газа (фиг.2) содержит два взаимно резервирующих фильтра 8 (основной и резервный), трубопровод подвода природного газа 9, трубопровод отвода природного газа 10, запорные краны 11 на входе и выходе каждого фильтра, трубопровод конденсата 12 с управляемыми запорными кранами 13 на выходе конденсата каждого фильтра, трубопровод сброса газа 14с запорными кранами 15 на выходе сброса газа каждого фильтра. На каждом фильтре установлен сигнализатор предельного уровня конденсата 16 и датчик перепада давления газа между входным и выходным трубопроводом 17.
Узел очистки топливного газа (см. фиг.3) размещен на прямоугольной раме 18, оба фильтра 8 установлены вертикально. Патрубки входа и выхода газа приварены к цилиндрическому корпусу фильтра, таким образом, что оси патрубков входа и выхода газа параллельны друг другу и перпендикулярны оси фильтра, при этом патрубки приварены на противоположных сторонах корпуса фильтра и содержат фланцы. В связи с этим габаритный размер по торцам патрубков превышает диаметр корпуса фильтра.
При компоновке блока фильтров, состоящего из двух параллельно подсоединенных к трубопроводу газа фильтров 8 (основного и резервного), возможность автономного подключения и отключения подачи газа к основному и резервному фильтрам 8 обеспечивается подключением запорного крана 11 к входному и выходному патрубку каждого фильтра. Так как длина крана 11 больше диаметра трубопровода, то для уменьшения габаритного размера фильтра 8 с запорными кранами 11 на входном и выходном патрубках краны 11 расположены вертикально, и подсоединены к патрубкам входа и выхода газа через 90°-ные отводы 19.
Трубопровод подвода природного газа 9 и трубопровод отвода природного газа 10 расположены горизонтально и в связи с этим для сокращения длины трубопровода, так как подключение параллельное, краны 11 соединены с входным и выходным трубопроводами 9 и 10 посредством двух тройников 20 и двух отводов 19.
Сокращение длинной стороны основания рамы 18, на которой размещаются фильтры 8, достигается за счет разворота патрубков фильтров 8 на некоторый угол α, величина которого может находится в диапазоне 0-90° по отношению к длинной стороне основания рамы 18. Но при угле α, равном 45±15°, обеспечивается возможность управления всеми запорными кранами 11 фильтров 8 с одной стороны обслуживания (лицевой), и раму 18 можно разместить вплотную к стене, что дает дополнительные преимущества в габаритных размерах с учетом зон обслуживания.
Узел очистки топливного газа (фиг.2) содержит узел измерения расхода топливного газа, выполненный в виде расходомера кориолисового типа 21, с байпасным трубопроводом и ручными запорными кранами 11.
Фильтр 8 системы очистки топливного газа (фиг.5) содержит цилиндрический корпус 22, патрубок входа газа 23 с фланцем, патрубок выхода газа 24 с фланцем, патрубок отвода конденсата 25, патрубок 26 с заглушкой для установки датчика предельного уровня конденсата, съемную крышку 27 для смены фильтрующих элементов. Корпус 22 разделен горизонтальным днищем 28 на нижнюю емкость очистки от крупных механических частиц и капельной влаги и верхнюю емкость очищенного газа. На горизонтальном днище установлено фильтрующее устройство 29, содержащее, по меньшей мере, один фильтрующий элемент 30, изготовленный из гофрированного материала, обеспечивающего процессы тонкой очистки газа. Для крепления и выема фильтрующего устройства 29 предусмотрен шток 31 с упором 32 и контргайкой 33, фиксирующийся в непосредственной близости к съемной крышке 27, по типу байонетного затвора.
В другом варианте исполнения фильтр 8 системы очистки топливного газа (фиг.6) содержит цилиндрический корпус 22, патрубок входа газа 23 с фланцем, патрубок выхода газа 24 с фланцем, патрубки отвода конденсата 25, патрубки 26 с заглушками для установки датчика предельного уровня конденсата, съемную крышку 27 для смены фильтрующих элементов. Корпус 22 разделен горизонтальным днищем 28 на нижнюю емкость очистки от крупных механических частиц и капельной влаги и верхнюю емкость очищенного газа, каждая из которых имеет в нижней части полость для сбора конденсата, причем к горизонтальному днищу 28 приварены адаптеры 34 для возможности установки фильтрующих элементов коалесцирующего типа 35 в верхней емкости, при этом через адаптеры 34 газ проходит из нижней емкости во внутренние полости установленных в верхней емкости фильтрующих элементов 35.
В каждом фильтре использованы фильтрующие элементы с отношением длины к диаметру равным 3-5, так как в этом случае высота фильтров для очистки топливного газа является допустимой для установки в блок-контейнер, а увеличение пропускной способности возможно за счет наращивания количества фильтрующих элементов и увеличения диаметра корпуса, при этом емкость полостей сбора конденсата увеличивается и увеличивается устойчивость к работе в аварийном режиме при попадании в газопровод «водяной пробки». Высоту фильтра можно дополнительно сократить, уменьшив высоту емкостей сбора конденсата.
Агрегатный блок подготовки топливного газа (фиг.7) размещен в транспортабельном теплоизолированном контейнере 36 полной заводской готовности, который позволяет обеспечить ускоренный монтаж на месте эксплуатации.
Вентиляция контейнера производиться естественным воздухообменом через расположенные в его стенах вентиляционные проемы 37. Для поддержания внутри контейнера в холодное время года требуемой температуры (минимально допустимая температура 5°С) контейнер содержит электрический обогреватель 38, связанный электрически с блоком автоматического управления (не показан) и который может регулироваться по показаниям температурного датчика внутри контейнера 39.
Для защиты от пожара и взрыва в контейнере предусмотрена система контроля загазованности, охранно-пожарная сигнализация и взрывной клапан в виде легко сбрасываемой панели 40 контейнера, препятствующий разрушению всей установки при возможном взрыве природного газа.
Для принудительной вентиляции в случае высокой загазованности используется вентиляционное устройство 41, связанное электрически с блоком управления (не показан), и работа которого регулируется по сигналам температурного датчика 39 внутри контейнера 36 и по сигналам системы контроля загазованности.
Работа агрегатного блока подготовки топливного газа осуществляется следующим образом.
Природный газ из магистрального газопровода поступает в узел очистки топливного газа 1, где по трубопроводу подвода газа 9, через открытый кран 11 поступает в один из фильтров 8.
В фильтре 8 (фиг.5 и 6) газ поступает через патрубок входа газа 23 в первую ступень очистки - инерционную, где под действием гравитационных сил и вследствие снижения скорости в фильтре 8 происходит выпадение крупных капель жидкости и механических частиц и сбор в емкости сбора конденсата в нижней части корпуса 22. Далее газ направляется вверх по корпусу фильтра 22 и проходит тонкую очистку с помощью фильтрующих элементов 30 (фиг.5), либо фильтрующих элементов коалесцирующего типа 35 (фиг.6) закрепленных на промежуточном днище 28. Далее очищенный от капельной жидкости и механических частиц газ выходит через патрубок выхода газа 24.
Очищенный в фильтре 8 газ выходит и через открытый кран 11 поступает в трубопровод отвода газа 10.
По сигналам датчиков предельного уровня конденсата 16, установленных емкостях сбора конденсата в фильтрах 8 производится продувка фильтров посредством кратковременного открытия кранов 13. По сигналу датчика перепада давления газа 17 между трубопроводами подвода и отвода газа при достижении предельно допустимого препада давления производится переключение фильтров 8 с рабочего на резервный при помощи кранов 11, сброс газа при помощи крана 15 и замена фильтрующих элементов 30 либо 35 в отключенном фильтре 8 через съемную крышку 27.
После очистки производится измерение расхода топливного газа в счетчике газа 21 (кориолисовом, либо турбинном с корректором).
После узла очистки 1 газ направляется в узел подогрева топливного газа 2, где производится нагрев газа для компенсации эффекта Джоуля-Томпсона вызывающего падение температуры газа при понижении его давления.
После узла подогрева 2 газ направляется в узел редуцировании топливного газа 3, где происходит снижение давления газа с рабочего до требуемого давления топливного газа.
Предложенное устройство обеспечивает эффективную и надежную его работу агрегатного блока подготовки топливного, а при необходимости пускового и импульсного газов для ГПА.
Предложенное техническое решение позволяет уменьшить габаритные размеры агрегатного блока и уменьшить площадь, которую занимают устройства для подготовки и подачи топливного газа на компрессорной станции КС магистральных газопроводов.