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 (БИЛИ), 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.
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 кв.метров) и согласно нормативным документам из соображений безопасности должны находиться 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, при этом в 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 входящего в них оборудования, а также 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, поскольку 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, поводящих 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.
Целью настоящей полезной модели является создание компактного блочного агрегатного блока подготовки топливного газа, входящего в состав газоперекачивающего агрегата, и обеспечивающего эффективную и надежную его работу.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Агрегатный блок подготовки топливного газа (АБПТГ) газоперекачивающего агрегата (ГПА), применяемого на компрессорных станциях магистральных газопроводов, содержит систему фильтрации, систему подогрева и систему редуцирования природного газа, подаваемого в качестве топливного газа в газотурбинный привод ГПА, и блок управления, связанный электрическими цепями с функциональными исполнительными элементами. Система подогрева топливного газа включает, по меньшей мере, один электрический врывозащищенный подогреватель газа, выполненный виде размещенных внутри проточной
емкости трубчатых термоэлектрических нагревательных элементов (ТЭНов), снабженный датчиками для регулирования температуры и датчиками для защиты от перегрева, а также имеющий для уменьшения тепловых потерь наружную теплоизоляцию.
Система фильтрации природного газа заявляемого агрегатного блока содержит два взаимно резервирующих фильтра-сепаратора, каждый из которых содержит вертикальный корпус и трубчатый короб с установленным в нем фильтрующим устройством, при этом фильтрующее устройство содержит, по меньшей мере, один фильтрующий элемент, изготовленный, по меньшей мере, из двух слоев волокнисто-пористого материала, обеспечивающих процессы грубой и тонкой очистки газа, а между корпусом и трубчатым коробом установлен завихритель, выполненный из расположенных с равным шагом по окружности изогнутых лопаток заданного профиля, обеспечивающих выравнивание поля скоростей и эффективную закрутку поступающего в фильтр-сепаратор газа.
Заявляемый агрегатный блок содержит узел замера расхода газа, включающий турбинный счетчик газа с корректором, либо кориолисовый расходомер.
Система редуцирования заявляемого агрегатного блока для увеличения надежности содержит в каждой нитке редуцирования в дополнение к основному рабочему регулятору давления последовательно установленный регулятор давления, настроенный на более высокое давление (монитор), который включается в работу при выходе из строя первого регулятора, либо блок редуцирования мониторинговый (БРМ), таким образом, в каждой нитке редуцирования имеется «горячий» резерв, а переключение ниток редуцирования с помощью управляемой арматуры позволяет приводить ремонт, либо замену вышедшего из строя регулятора непосредственно в процессе работы.
Агрегатный блок подготовки топливного газа размещен в транспортабельном контейнере.
Контейнер выполнен с теплоизоляцией и содержит размещенные внутри контейнера электрическое, взрывозащищенное обогревательное устройство и датчик температуры. Контейнер имеет систему контроля загазованности и охранно-пожарную сигнализацию, а также вентиляционное устройство, подключенное к системе контроля загазованности и систему автоматического пожаротушения, подключенную к системе контроля загазованности и пожарной сигнализации.
Контейнер имеет взрывной предохранительный клапан для защиты от разрушения в виде сбрасываемой панели при возможном взрыве природного газа.
На фиг.1 представлена принципиальная схема предложенного агрегатного блока подготовки топливного газа; на фиг.2 показан электрический подогреватель газа; на фиг.3 - фильтр-сепаратор; на фиг.4 - контейнер с агрегатным блоком.
2
Агрегатный блок подготовки топливного газа ГПА подключен к магистральному газопроводу и содержит два взаимно резервирующих фильтра 1, установленные параллельно и для возможности переключения подсоединенные к трубопроводу через управляемые краны 2, узел замера расхода газа, содержащий турбинный, либо кориолисовый счетчик газа 3 и байпасный трубопровод, соединенные через ручные краны 4, два взаимно резервирующих электрических подогревателя газа 5, подсоединенные к трубопроводу через управляемые краны 2, узел редуцирования газа 6, содержащий две нитки редуцирования 7 каждая из которых содержит ручной кран на входе, регулятор давления 8, настроенный на рабочее давление, последовательно установленный регулятор давления 9, настроенный на давление на 0,5-1 кгс/см выше требуемого, но в
допустимом интервале и управляемый кран 10 для возможности переключения между нитками редуцирования.
Для предохранения трубопроводов и оборудования после узлов редуцирования установлен узел предохранительных клапанов 11, обеспечивающий сброс избыточного давления в системе до рабочего. Для автоматизации процессов обслуживания предусмотрены контрольно-измерительные приборы - датчики давления 12, датчики температуры 13, управляемые краны 2, 10 для переключение рабочих и резервных веток оборудования, управляемые краны 14 сброса конденсата из фильтров-сепараторов, а также блок управления (не показан). Для возможности ручного сброса газа на свечу при обслуживании оборудования, возможности поверки манометров, возможности отключения импульсных линий регуляторов давления предусмотрены ручные краны 15.
Агрегатный блок подготовки топливного газа дополнительно может содержать узел для подготовки пускового газа 16, устройство для подготовки импульсного газа 17 и устройство для подготовки уплотнительного газа для сухих газовых уплотнений (СГУ) ГПА 18, а также установку подготовки буферного газа (воздуха) для СГУ ГПА 19, в которой происходит очистка и редуцирование газа (воздуха), который отбирают на последних ступенях нагнетателя ГТУ.
Каждый электрический подогреватель газа 5 (фиг.2) состоит из корпуса 20 с приваренными подводящим патрубком 21 и отводящим патрубком 22, внутри корпуса 20 размещены термоэлектрические нагревательные элементы (ТЭНы) 23, приваренные к крышке 24. Крышка 24 с закрепленными ТЭНами устанавливается и закрепляется в корпусе 20 при помощи фланцевого соединения. Для обеспечения потока нагреваемого газа на пучке ТЭНов установлены распределительные решетки 25. Для контроля за температурой газа и температурой оболочки нагревательных элементов в нагревателе предусмотрены соответствующие датчики 26. Подача электропитания на ТЭНы осуществляется через
2
головку 27 во взрывозащищенном исполнении. Конструкция подогревателя обеспечивает его работу при повышенных (до 120 кгс/см) давлениях.
Фильтр-сепаратор газа 1 (фиг.3), содержит вертикальный корпус 28 и трубчатый короб 29 с установленным в нем фильтрующим устройством 30, которое содержит фильтрующий элемент 31, изготовленный из двух слоев волокнисто-пористого материала, обеспечивающих процессы грубой и тонкой очистки газа. Между корпусом 28 и трубчатым коробом 29 установлен завихритель 32, выполненный из расположенных с равным шагом по окружности изогнутых лопаток заданного профиля, обеспечивающих выравнивание поля скоростей и эффективную закрутку поступающего в фильтр-сепаратор газа.
Агрегатный блок подготовки топливного газа размещен в транспортабельном теплоизолированном контейнере 33 полной заводской готовности, который позволяет обеспечить ускоренный монтаж на месте эксплуатации.
Вентиляция контейнера может производиться естественным воздухообменом через расположенные в его стенах вентиляционные проемы 34. Для поддержания внутри контейнера в холодное время года требуемой температуры (минимально допустимая температура 3°С) контейнер содержит электрический обогреватель 35, связанный электрически с блоком автоматического управления (не показан) и который может регулироваться по показаниям температурного датчика внутри контейнера 36.
Для защиты от пожара и взрыва в контейнере может быть предусмотрена система контроля загазованности, охранно-пожарная сигнализация и взрывной клапан в виде легко сбрасываемой панели 37 контейнера, препятствующий разрушению всей установки при возможном взрыве природного газа.
Для принудительной вентиляции в случае высокой загазованности может применяться вентиляционное устройство 38 связанное электрически с блоком управления (не показан), и работа которого может регулироваться по сигналам температурного датчика 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 один из фильтров 1, где происходит очистка от механических частиц и капельной жидкости.
Процесс очистки сжатого газа в фильтре-сепараторе 1 происходит следующим образом.
Газ поступает во входной патрубок фильтра-сепаратора откуда попадает в кольцевой зазор между корпусом 28 и трубчатым коробом 29, в котором расположен завихритель 32. Попадая в завихритель 32, поток газа выравнивается и закручивается в кольцевом зазоре между корпусом 28 и трубчатым коробом 29, в результате чего, под действием центробежной силы происходит сепарация крупных твердых частиц и капель, которые оседают на внутренней стенке корпуса 28 и стекают в нижнюю часть фильтра-сепаратора, откуда удаляются при периодических продувках через специально предусмотренный дренажный патрубок. Далее газ резко меняет направление и из кольцевой полости направляется в центральную часть цилиндрического короба 29, где размещены фильтрующие элементы 31, при этом дополнительно происходит сепарация крупных твердых частиц и капель. Фильтрующие элементы изготовлены, по меньшей мере, из двух слоев волокнисто-пористого материала, и при прохождении природного газа через фильтрующие слои происходит как грубая, так тонкая его очистка.
После очистки газа осуществляется измерение общего расхода газа с помощью турбинного счетчика газа 3 с корректором (либо с помощью
кориолисового расходомера), подогрев газа во взаимно резервирующих взрывозащищенных подогревателях 5 перед редуцированием, что позволяет скомпенсировать снижение температуры природного газа, сопровождающее понижение давления.
Подогрев в подогревателе газа 5 происходит следующим образом. Газ поступает во входной патрубок 20, после чего попадает в зазор между корпусом 20 и пучком ТЭНов 23. Далее газ по каналу, образованному корпусом 20 и распределительными решетками 25, обтекает ТЭНы, нагреваясь таким образом до необходимой температуры. После подогрева газ выходит из патрубка 22.
После подогрева газ направляется в узел редуцирования 6, где в одной из линий редуцирования 7, на одном из последовательно установленном регуляторе 8 или 9 снижается его давление до требуемого. После этого газ через один из управляемых кранов 10 подается на выход агрегатного блока. В случае превышения рабочего давления, газ сбрасывается в атмосферу через свечи узла предохранительных клапанов 11.
Предложенное устройство обеспечивает автономную подготовку топливного, а при необходимости пускового и импульсного газов для ГПА, с уменьшенными габаритными размерами агрегатного блока и уменьшением площади, которую занимают устройства для подготовки и трубопроводы для подачи топливного газа на компрессорной станции КС магистральных газопроводов.
Предложенное устройство обеспечивает надежную работу газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции, также упрощает и снижает объемы проектных и монтажных работ при строительстве новых КС и модернизации старых за счет введения установки подготовки топливного газа в состав ГПА и связанного с этим сокращения потерь тепла при транспортировке и подаче топливного газа в газотурбинный привод.