ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ

Настоящая полезная модель относится к области турбо-машиностроения, и может быть использована в газовой и нефтяной промышленности для компримирования природного или нефтяного газа на линейных компрессорных станциях магистральных газопроводов, на промысловых дожимных компрессорных станциях и на станциях подземного хранения газа в качестве газоперекачивающих агрегатов (ГПА).
Структура технологического оборудования компрессорной станции определяется свойствами газоперекачивающего агрегата как основного устройства, выполняющего главную функцию - компримирование природного газа.
Сейчас основная часть газоперекачивающего оборудования (около 90% мощностей) сосредоточена на линейных компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов, 9,2% - на промысловых дожимных КС и 1,6% - на КС станций подземного хранения газа. В структуре парка ГПА основным является газотурбинный привод - 87,2%, электрический привод составляет 12,3%, газопоршневой привод ограниченно используется на станциях подземного хранения газа (0,5%).
Для формировавшегося в течение почти пятидесяти лет парка ГПА характерно большое разнообразие оборудования по типоразмерам и возрасту.
Так, в эксплуатации сейчас находятся около 65 типов приводных двигателей, 102 модификации газовых компрессоров, 153 комбинации приводов компрессора, 8 типов систем автоматического управления.
Кроме того, существует большое количество изготовителей оборудования, и как следствие, большое разнообразие применяемых технических и проектных решений.
В настоящее время научно-техническая политика в области газоперекачивающей техники предполагает сокращение затрат и сроков выполнения работ при проектировании и строительстве новых компрессорных станций.
Для развития и поддержания в исправном состоянии единой системы газоснабжения требуется ежегодно от 70 до 160 новых ГПА.
Однако известные сейчас конструкции газоперекачивающих агрегатов не отвечают потребностям в новой газоперекачивающей технике, необходимой для развития газотранспортной системы.
Основными проблемами, возникающими при проектировании и строительстве, являются необходимость разработки новых проектных решений, поскольку ГПА различных производителей отличаются по исполнению, компоновке, габаритным размерам, конструкции, в связи с чем, не являются взаимозаменяемыми.
Компрессорные станции магистральных газопроводов, газоперекачивающие агрегаты которых отработали моторесурс, подлежат реконструкции. Для реконструкции компрессорной станции подбирается газоперекачивающий агрегат, который обеспечит максимальную эффективность при минимальных затратах, как на реконструкцию так и при эксплуатации.
В общем случае реконструкция газоперекачивающего агрегата проводится посредством полного демонтажа существующего газоперекачивающего агрегата и сформированной структуры его технологического оборудования и последующего монтажа нового газоперекачивающего агрегата и необходимого для его работы технологического оборудования, что ведет к существенным затратам и значительным срокам выполнения работ.
Известен газоперекачивающий агрегат, предназначенный для реконструкции работающих газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций и для создания новых, содержащий газотурбинный двигатель и механизм сжатия газа; воздухоочистительное устройство, выхлопную систему с выхлопным трактом для удаления продуктов сгорания; шумоглушители. При этом, механизм сжатия газа представляет собой многоступенчатую компрессорную машину и выполнен с возможностью обеспечения степени сжатия 1,2-1,7; газотурбинный двигатель содержит газогенератор и многоступенчатую осевую турбину, расположенные на общей подмоторной раме; газотурбинный двигатель заключен в теплозвукоизолирующий кожух; воздухоочистительное устройство снабжено расположенными в шахте воздушными фильтрами и расположенным вне шахты шумоглушителем; выхлопная система выполнена с возможностью отвода паров масла из системы суфлирования газотурбинной установки, (патент РФ №2403416, 2009 г)
Известен газоперекачивающий агрегат, позволяющий, по мнению авторов, максимально использовать существующую структуру технологического оборудования и упростить процесс реконструкции. Он содержит стационарный газотурбинный привод ГТК-10 мощностью 10 МВт, центробежный нагнетатель 370-18-1 с левым вращением колеса ротора и сменной проточной частью, устройство для очистки технологического воздуха, газоходы и дымовые трубы для удаления продуктов сгорания. Причем воздуховоды, газоходы и дымовые трубы расположены симметрично относительно продольной оси газоперекачивающего агрегата, (патент РФ №2200255, 2002 г)
Известен газоперекачивающий агрегат, содержащий турбоблок, в теплозвукоизолирующем контейнере которого расположены газотурбинный двигатель и центробежный компрессор для сжатия газа, воздухоочистительное устройство; выхлопную систему с выхлопной шахтой для удаления продуктов сгорания и шумоглушители, при этом центробежный компрессор выполнен многоступенчатым; газотурбинный двигатель вместе с всасывающим и выхлопным устройствами расположен на общей фундаментной раме и заключен в теплозвукоизолирующий кожух с элементами систем вентиляции, освещения, пожаротушения и газоанализа газоперекачивающего агрегата. (ПМ РФ №115843, 2011 г)
Таким образом, как видим, российские производители выпускают ГПА, которые даже при одинаковой мощности весьма существенно отличаются по всем остальным техническим параметрам, таким как масса, габариты, компоновка основных узлов. Как уже отмечалось, такое разнообразие конструктивных решений приводит к сложностям при проектировании и строительстве компрессорных станций (КС). В частности, к невозможности начала проектирования КС без выдачи изготовителями исходных данных на ГПА, необходимости разработки новых проектов КС при внедрении изготовителями ГПА собственных «унифицированных» решений, невозможности замены оборудования на изделие другого производителя в случае срывов срока поставок. Все это приводит к удорожанию строительства и увеличению сроков ввода КС.
Технической задачей настоящей полезной модели является сокращение затрат и сроков выполнения работ при проектировании и строительстве новых компрессорных станций.
Технический результат полезной модели состоит в уменьшении сроков монтажа, его трудоемкости, снижении эксплуатационных затрат за счет обеспечения возможности замены в случае необходимости основных элементов ГПА различных производителей (газотурбинного двигателя, проточной части центробежного компрессора, улитки выхлопа, переходных элементов) при использовании единой системы забора атмосферного воздуха, единой системы отвода выхлопных газов и неизменного вспомогательного технологического оборудования.
Поставленная задача решается созданием газоперекачивающего агрегата, предназначенного для работы со сменными газотурбинными двигателями мощностью от 8 до 25 МВт.
Предлагаемый газоперекачивающий агрегат содержит укрепленные на отдельных фундаментных рамах блок газотурбинного двигателя и блок центробежного компрессора, блоки маслоохладителей газотурбинного двигателя и центробежного компрессора, блок подготовки топливного газа, систему вентиляции, блок электротехнический и систему автоматического управления, крепежные элементы и дополнительно фиксирующие устройства для крепления фундаментных рам блоков газотурбинного двигателя и центробежного компрессора к фундаменту агрегата, систему забора атмосферного воздуха, выполненную с возможностью обеспечения работы с газотурбинным двигателем с максимальным расходом циклового воздуха среди двигателей одинаковой мощности, и подсоединенную к нему посредством уравнительной трубы, и систему отвода выхлопных газов, выполненную с возможностью обеспечения работы с газотурбинным двигателем с максимальным расходом циклового воздуха среди двигателей одинаковой мощности, включающую выхлопную трубу с шумоглушителем, переходник выхлопа и улитку, внутри корпуса которой установлен осерадиальный диффузор для отвода выхлопных газов, причем нижняя цилиндрическая часть корпуса улитки установлена с эксцентриситетом относительно осерадиального диффузора.
Выполнение блока газотурбинного двигателя и блока центробежного компрессора на отдельных фундаментных рамах позволяет получить блоки полной заводской готовности, которые монтируются на месте эксплуатации на специальном фундаменте, разрабатываемом в соответствии с проектным заданием на фундамент.
При этом, в качестве газотурбинных двигателей мощностью, например 16 МВт. могут быть использованы газотурбинные двигатели ПС-90ГП2, или ДГ-90Л2, или НК-38СТ или АЛ-31СТ.
В качестве газотурбинных двигателей мощностью, например 25 MB, могут быть использованы газотурбинные двигатели ПС-90ГП-25, или ДУ-80Л1, или НК-36СТ.
Выполнение системы забора атмосферного воздуха и системы отвода выхлопных газов с возможностью обеспечения работы с газотурбинным двигателем с максимальным расходом циклового воздуха среди двигателей различных конструкций, но с одинаковой мощностью, позволяет использовать их для всей линейки таких двигателей без изменения, что значительно сокращает затраты и сроки выполнения монтажных работ, поскольку в настоящее время системы забора воздуха и отвода выхлопных газов проектируются для двигателя каждого производителя индивидуально.
Так, среди двигателей с мощностью 16 МВт двигателем с максимальным расходом циклового воздуха является двигатель ДГ-90Л2. и под него будут спроектированы системы забора атмосферного воздуха и системы отвода выхлопных газов.
Однако, эти системы могут быть без изменения использованы и для двигателей ПС-90ГП2, НК-38СТ и АЛ-31СТ.
Среди двигателей с мощностью 25 МВт двигателем с максимальным расходом циклового воздуха является двигатель НК-36СТ, однако, спроектированные под него системы забора атмосферного воздуха и отвода выхлопных газов могут быть использованы и для других двигателей такой же мощности.
Переходными элементами, соединяющими газотурбинный двигатель с системами забора воздуха и отвода выхлопных газов, являются уравнительная труба и переходник выхлопа. Их предложенное исполнение позволяет с минимальными затратами провести замену основных узлов агрегата.
При этом, уравнительная труба может быть выполнена сменной, цилиндрической формы или конической с сужением сечения в сторону газотурбинного двигателя с конусностью не более 7°.
Предпочтительно, что переходник выхлопа может быть выполнен со скошенной передней стенкой с углом наклона не более 6°.
Улитка выхлопа предназначена для плавного торможения и поворота на 90° потока выхлопных газов от газотурбинного двигателя с последующим выбросом их через выхлопное устройство в атмосферу. Корпус улитки имеет нижнюю цилиндрическую часть и верхнюю с прямоугольным сечением, и выполнен, как и вся системы отвода выхлопных газов, с возможностью обеспечения работы с газотурбинным двигателем с максимальным расходом циклового воздуха среди двигателей различных конструкций, но с одинаковой мощностью.
Для того, чтобы обеспечить равноскоростной поток выхлопных газов при использовании различных двигателей, нижняя цилиндрическая часть корпуса улитки, в которой установлен осерадиальный диффузор для отвода выхлопных газов, размещена с эксцентриситетом относительно осерадиального диффузора.
При этом, улитка выхлопа может быть выполнена сменной при необходимости использования различных двигателей.
Для крепления фундаментных рам газотурбинного двигателя и центробежного компрессора используют обычно применяемые крепежные элементы. Кроме того, предложенный газоперекачивающий агрегат дополнительно снабжен фиксирующими устройствами для обеспечения фиксации взаимного положения блока газотурбинного двигателя и блока центробежного компрессора в горизонтальной плоскости.
При этом неподвижные фиксирующие устройства могут быть выполнены в виде пластин с цилиндрическими отверстиями, в которых размещены цилиндрические фиксаторы, жестко закрепленные на фундаменте. Они расположены по оси фундаментных рам со стороны трансмиссии, соединяющей газотурбинный двигатель и центробежный компрессор.
Подвижные фиксирующие устройства могут быть выполнены в виде пластин с прямоугольными пазами, в которых с возможностью горизонтального перемещения установлены фиксаторы, в сечении имеющие форму прямоугольника, которые жестко закреплены на фундаменте. Они расположены по оси фундаментных рам с другой их стороны.
Такое выполнение фиксирующих устройств позволяет компенсировать температурные линейные расширения фундаментных рам.
Предпочтительно, что блок центробежного компрессора выполнен с возможностью установки сменных проточных частей, что позволяет при неизменном корпусе компрессора обеспечивать его работу при различных режимах эксплуатации ГПА.
Предпочтительно, что газоперекачивающий агрегат снабжен сменными направляющими для выкатки и закатки газотурбинного двигателя, что также позволяет использовать различные газотурбинные двигатели.
Предложенное устройство представлено на чертежах, где на фиг.1 показан общий вид газоперекачивающего агрегата, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - турбоблок агрегата, включающий блок газотурбинного двигателя и блок центробежного компрессора, на фиг.4 и 5 - показаны узлы фиксации фундаментных рам блоков газотурбинного двигателя и центробежного компрессора на фундаменте, на фиг.6 - улитка выхлопа, и на фиг.7 - вид на улитку со стороны двигателя.
Предложенный газоперекачивающий агрегат содержит систему забора атмосферного воздуха 1, включающую воздухоочистительное устройство 2, проставку 3, шумоглушитель 4, заборную камеру 5. Система забора атмосферного воздуха 1 пристыкована к блоку газотурбинного двигателя 6. Блок газотурбинного двигателя 6 установлен на фундаментной раме 7 и содержит газотурбинный двигатель 8. Заборная камера 5 соединена с газотурбинным двигателем 8 посредством уравнительной трубы 9, которая может быть выполнена сменной, цилиндрической формы или конической с сужением сечения в сторону газотурбинного двигателя с конусностью не более 7°. Газотурбинный двигатель 8 установлен в кожухе 10. Охлаждение газотурбинного двигателя 8 осуществляется с помощью системы вентиляции 11. Агрегат содержит систему отвода выхлопных газов, состоящую из выхлопной трубы 12, с погодным зонтом 13, шумоглушителя 14, диффузора 15, переходника выхлопа 16 и улитки выхлопа 17. Улитка выхлопа 17 имеет корпус, нижняя цилиндрическая часть 18 которого установлена с эксцентриситетом относительно осерадиального диффузора 19. Газотурбинный двигатель 8 соединен посредством трансмиссии 20 с центробежным компрессором 21, который установлен в блоке центробежного компрессора 22, укрепленным на фундаментной раме 23. Агрегат снабжен блоком маслоохладителей 24 для газотурбинного двигателя, газомасляным теплообменником 25 для охлаждения масла газотурбинного двигателя 8 топливным газом и блоком маслоохладителей 26 центробежного компрессора. Газоперекачивающий агрегат имеет также блок подготовки топливного газа 27, блок электротехнический 28, систему автоматического управления 29, блок системы обеспечения работы газотурбинного двигателя 30, включающий маслоагрегаты для подачи масла в газотурбинный двигатель 8 и установку промывки газовоздушного тракта (на чертеже не показаны), блок систем обеспечения работы агрегата 31, включающий станцию пожаротушения и установку подготовки разделительного воздуха (на чертеже не показаны).
Блок газотурбинного двигателя 6 на фундаментной раме 7 и блок центробежного компрессора 22 на фундаментной раме 23 установлены на фундаменте 32.
Система отвода выхлопных газов агрегата снабжена опорами 33. и также установлена на фундаменте 32.
Агрегат снабжен фильтром топливного газа 34.
Для фиксации фундаментных рам 7 и 23 на фундаменте 32 агрегат снабжен неподвижными фиксирующими устройствами, выполненными в виде пластин 35, жестко закрепленных на фундаментных рамах 7 и 23, с цилиндрическими отверстиями 36. в которых размещены цилиндрические фиксаторы 37, жестко закрепленные на фундаменте 32. Они расположены по горизонтальной оси фундаментных рам 7 и 23 со стороны трансмиссии 20.
Подвижные фиксирующие устройства агрегата выполнены в виде пластин 38, жестко закрепленных на фундаментных рамах 7 и 23, с прямоугольными пазами 39, в которых с возможностью горизонтального перемещения установлены фиксаторы 40, в сечении имеющие форму прямоугольника и жестко закрепленные на фундаменте 32. Они расположены по оси фундаментных рам 7 и 23 с другой их стороны.
Газоперекачивающий агрегат работает следующим образом.
Перекачиваемый газ по трубопроводу через всасывающий патрубок (на чертеже на показаны) поступает в центробежный компрессор 21, где происходит его сжатие и подача через нагнетательный патрубок в напорный коллектор компрессорной станции (не показано).
Приводом центробежного компрессора 21 служит газотурбинный двигатель 8, использующий в качестве топлива очищенный, подогретый и приведенный к рабочему давлению в блоке подготовки топливного газа 27 перекачиваемый газ.
Атмосферный воздух через систему забора атмосферного воздуха 1, включающую воздухоочистительное устройство 2, проставку 3, шумоглушитель 4, заборную камеру 5 и уравнительную трубу 9 поступает на вход газотурбинного двигателя 8, снабженного традиционными средствами подготовки и сжигания топливовоздушной смеси.
Продукты сгорания, имеющие высокую температуру и давление, и следовательно, обладающие большой потенциальной энергией, формируют газовый поток, энергия которого, в конечном счете, преобразуется в механическую работу, используемую для приведения в действие через трансмиссию 20 центробежного компрессора 21. При движении газа через проточную часть газотурбинного двигателя 8 с уменьшением его энергии снижается температура и давление газа.
Выхлопные газы из газотурбинного двигателя 8 через улитку выхлопа 17. переходник выхлопа 16 и выхлопную трубу 12 выбрасываются в атмосферу.
Масло, циркулирующее в маслосистеме газотурбинного двигателя 8 охлаждается атмосферным воздухом в блоке маслоохладителей 24 и топливным газом в газомасляном теплообменнике 25 или только в газомасляном теплообменнике 25 в зависимости от применяемого газотурбинного двигателя.
Масло, циркулирующее в маслосистеме в центробежном компрессоре 21. охлаждается атмосферным воздухом в блоке маслоохладителей 26.
Для охлаждения газотурбинного двигателя 8 и обеспечения условий взрывозащиты под кожухом 10 двигателя предусмотрен блок вентиляции 11.
Подготовка жидкости, используемой для промывки газовоздушного тракта ГТД. выполняется в блоке систем обеспечения работы двигателя 30.
Защита пожароопасных помещений агрегата обеспечивается станцией газового пожаротушения, устанавливаемой в блоке систем обеспечения работы агрегата 31. В том же блоке находится установка подготовки разделительного воздуха, подаваемого в уплотнение вала центробежного компрессора.