Показатели газомотокомпрессоров

На конец 1995 г. на 245 компрессорных станциях промыслов, магистральных газопроводов и подземных хранилищ газа РАО «Газп­ром» эксплуатировалось 673 компрессорных цеха, где было установ­лено свыше 4 тыс. газоперекачивающих агрегатов общей мощностью около 40 млн. кВт (табл. 2.3).

Как свидетельствуют данные табл. 2.3, основным видом приво­да на газопроводах является газотурбинный привод. В настоящее время заводы-изготовители осваивают производство газовых тур­бин нового поколения мощностью 6-25 МВт с КПД на уровне 31-36%.

2.14. Нагнетатели природного газа. Их характеристики

Структура парка ГПА в системе ОАО «Газпром»

Показатели газотурбинных установок нового поколения характе­ризуются данными табл. 2.4.

Таблица 2.4 Показатели перспективных газотурбинных установок нового поколения

ГПА нового поколения призваны обеспечить высокий уровень основных эксплуатационных показателей, включая высокую экономичность (КПД на уровне 31-36 % в зависимости от мощности агрегата), высокую надежность: наработка на отказ не менее 3,5 тыс.ч, межремонтный ресурс на уровне 20-25 тыс.ч, улучшенные экологические показатели и т.п.

Нагнетателями природных газов принято называть лопаточные ком­прессорные машины с соотношением давления сжатия свыше 1,1 и не имеющие специальных устройств для охлаждения газа в процессе его сжатия.

Все нагнетатели условно можно разделить на два класса: непол-
нонапорные (одноступенчатые) (см. рис. 2.34) и полнонапорные
(см. рис.2.35). Первые, имеющие степень сжатия в одном нагнетате­
ле 1,25-1,27, используются при последовательной схеме компреми-
рования газа на КС, вторые - полнонапорные, имеющие степень
сжатия 1,45-1,51, используются при коллекторной схеме обвязки ком­
прессорной станции. _г.

Важной характеристикой нагнетателя является его производи­тельность. Применительно к газопроводу различают объемную Q, м³/мин, массовую G, кг/ч, и коммерческую подачу газа (2_к, млн-нм³/сут. Перевод одних величин в другие осуществляется и использованием уравнения Клапейрона с поправкой на сжимаемость газа z, Pv = zR Т. При использовании G кг газа применяется урав­нение Клапейрона—Менделеева также с использованием поправки на сжимаемость газа z, PQ = GzR Т, где Q - объемная подача газа, G - массовая подача, характеризующая количество газа, протекаю­щее в единицу времени через сечение всасывающего потрубка. Ком­мерческая подача <2_k определяется по параметрам состояния во всасывающем патрубке, приведенным к нормальным физическим ус­ловиям ( t = 20 °С; Р = 0,101 МПа). Для определения коммерческой подачи используется уравнение Клапейрона для «стандартных» ус-ловий:Р_Л = ДГ₀; fi_k = G /_Ро. Р₀=Р₀ /RT/

Характеристики ряда типов центробежных нагнетателей, исполь­зуемых на газопроводах, приведены в табл. 2.5.

Каждый тип нагнетателя характеризуется своей характеристи­кой, которая строится при его натурных испытаниях. Под характе­ристикой нагнетателей принято понимать зависимость степени сжа­тия е, политропического КПД (т| _пол) и удельной приведенной мощно­сти (N. I р_п)_п от приведенного объемного расхода газа Q_np. Строятся такие характеристики для заданного значения газовой постоянной R , коэффициента сжимаемости z , показателя адиабаты, приня-

пр. ^ •*• "Я-

той расчетной температуры газа на входе в нагнетатель Г_в в приня­том диапазоне изменения приведенной относительной частоты вра­щения (и/и₀) _п . Типовая характеристика нагнетателя типа 370-18-1 приведена на рис. 2.36. Характеристики других типов имеют такой

Рис.2.34. Неполнонапорный одноступенчатый нагнетатель 370-18 агрегата

ГТК-10-4 производства НЗЛ: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - лопаточный диффузор;

4 - рабочее колесо; 5 - гильза; 6 - зубчатая муфта; 7 - клиновые прокладки;

8 - анкерные болты

12 11 10

Рис.2.35. Полнонапорный двухступенчатый нагнетатель НЦ-16/76 агрегат ГПА У16 производства АО «СМПО им. Фрунзе»: 1 - опорный подшипник;

2 - крышка; 3 - корпус; 4 - внутренний корпус; 5 - ротор; 6 - крышка;

7 - уплотнение; 8 - опорно-упорный подшипник; 9 - блок масляных насосов

10 - думмис; 11 - улитка; 12 - обратный направляющий аппарат

250 300 350 400 450 500 [ОобК_р,м³/мин

Рис. 2.36.Приведённые характеристики нагнетателя 370-18-1 при [TJ_np=288K; r_np=0,9; «„„=490 Дж / (кг -К)

Таблица 2.5 Характеристики центробежных нагнетателей для транспорта природных газов

же вид, как для неполнонапорных, так и для полнонапорных нагне­тателей.

Пользуются характеристиками следующим образом. Зная факти­ческие значения величин R, z, t_b, n для данных условий, по соот­ношению 2.3, определяют приведенную относительную частоту вра­щения нагнетателя (и/и„)_п . По известной степени сжатия, находят приведенный объемный расход газа Q_n, соотношение 2.4, а затем по соответствующим кривым (рис.2.36) определяют политропический КПД Г| _под и приведенную внутреннюю мощность нагнетателя (N./p )

⁴ / гн'пр

(2.3)

пр

(2.4)

Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем, определяется соотношением

(2.5)

В соотношениях 2.3-2.5 индексом «О» дтмечен номинальный режим работы нагнетателя; индексом «в» — отмечены параметры на входе в нагнетатель. Плотность газа при всасывании, кг/м³, р определяется по соотношению:

(2.6)

гдеР_вх, Г-абсолютное давление (МПа) и температура (К) при вса­сывании.

Мощность на муфте привода, кВт: N = N_t + N ,

где Л^_мех - механические потери, для газотурбинного привода Я_мех= 100 кВт, для электропривода Л^_мсх= 150 кВт.

Расчетный рабочий расход газа Q_n для нагнетателей должен быть примерно на 10 -12% больше крайних левых значений расхода, соот­ветствующего условиям начала срыва потока газа по нагнетателю (зоне помпажа). На рис. 2.36 этому соответствует подача газа ~ 360 м³/мин.

Наличие надежных приведенных характеристик при эксплуата­ции газотурбинного привода позволяет обслуживающему персоналу выбирать наилучший режим работы в зависимости от конкретных условий. Для центробежных нагнетателей с электроприводом также можно пользоваться приведенными газодинамическими характерис­тиками, но только для какого-то вполне определенного значения (п/п₀) так как электропривод не имеет регулируемую частоту вра­щения.

Наличие надежных приведенных характеристик с использованием соотношений (2.3 - 2.6) позволяет относительно легко определять мощ­ность ГП А в эксплуатационных условиях.

Пример 2.1. Определить степень сжатия по нагнетателю, коэффициент полезного действия (т|_пол), производительность и мощность на муфте на­гнетателя типа 370-18-1 при следующих исходных данных: частота вра­щения п = 4500 об/мин, начальное абсолютное давление сжатия Р_И = 5,0 МПа, конечное абсолютное давление 6,1 МПа, температура газа на входе, Т= 288,2 К, газовая постоянная R= 510 Дж/кг-К. Решение. Определение рабочих параметров нагнетателя при заданных исходных данных можно осуществить в такой последовательности: 1. Определяется относительная плотность газа по воздуху

4500 0,9-490-288

zRT 4800 \0,9-510-288,2

6. С использованием приведенной характеристики нагнетателя (рис. 2.36) при найденных значениях е = 1,22 и приведенной частоте вращения вала нагнетателя («/«₀),_ф - 0,96 определяется приведен­ная объемная производительность: Q_af = 480 м³/мин.

7. Приведенная относительная внутренняя мощность, потребляемая на­гнетателем и его политропический КПД при 2_пр ⁼ 480 м³/ мин по характеристике рис. 2.36 составят:

-0,56,

где r_b и R_r - соответственно, газовая постоянная воздуха (R^ и газа (R_r), определяемые как отношения универсальной газовой постоянной (R= 8314 Дж/кг-К) к мольной массе газа.

2. В зависимости от среднего давления процесса сжатия и начальной температуры газа при найденной относительной плотности газа по воздуху по номограмме (см. рис. 1.1) определяется коэффициент сжи­маемости газа, z = 0,9.

3. По уравнению состояния реального газа (Pv = zR. Т) определяется его плотность на входе в нагнетатель

Ч =260-кВт/(кг/1^); т]_пол=0,82.

. г н i,_D

8. Фактическая производительность нагнетателя составит:

4. Определяется степень сжатия по нагнетателю

р_о = р_воз . Д = 1,206 • 0,56 = 0,675 кг/м³.

9. Внутренняя мощность, потребляемая нагнетателем

5. Определяется приведенная относительная частота вращения вала на­гнетателя

10. Мощность на муфте привода нагнетателя

N_c = N. + Л?_мсх = 8098 + 100 = 8198 кВт,

где 7V_Mcx — механические потери мощности в системе ГПА, принима­емые в расчетах для этого типа агрегатов на уровне 100 кВт.

Электроснабжение КС

Электроснабжение газотурбинных КС и ГПА

По Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) и согласно РД 51-122-87 («Категорийность электроприемников объектов газовой промышленности») электроснабжение КС должно осуществляться от 2 независимых источников электропитания, т.е. по I категории. I кате­гория электроснабжения допускает перерыв только на время действия автоматики включения резерва ( АВР) 1-3 с. Кроме этого, КС должны быть обеспечены третьим аварийным источником электроснабжения -дизельной или газовой электростанцией.

Типовая схема электроснабжения газотурбинной КС (I вариант) пред­ставлена на рис. 2.37, где 1- понижающая подстанция внешних элект­росетей 35-110/10 кВ; 2- воздушно-кабельная линия 10 кВ; 3- вводной выключатель ЗРУ-10 кВ КС; 4- секция шин ЗРУ-10 кВ; 5- секционный выключатель 10 кВ; 6- выключатель 10 кВ трансформатора; 7- транс­форматор понижающий 10/0,4 кВ; 8- вводной автомат 0,4 кВ; 9- секци­онный автомат 0,4 кВ; 10- контактор 0,4 кВ ввода от ДЭС; 11-автомат 0,4 кВ ДЭС; 12-дизель-электростанция (ДЭС).

Электроснабжение КС осуществляется от внешних электросетей по воздушно-кабельным линиям (2) от понижающей подстанции 35-110/10 кВ(1).

Для приема и распределения электроэнергии строится закрытое рас­пределительное устройство (ЗРУ-10 кВ) с масляными или воздушными выключателем 10 кВ на 2 секции с секционным выключателем. Секци­онный выключатель (5) автоматически включается при отключении лю­бой из 2 питающих линий с выдержкой времени 1-3 с.

От ЗРУ-10 кВ запитаны понижающие трансформаторы 10/0,4 кВ (7) мощностью 400 —1000 кВ-А (в зависимости от количества установлен­ных турбоагрегатов). От понижающих трансформаторов 10/0,4 кВ че­рез вводные автоматы 0,4 кВ (8) запитан главный щит 0,4 кВ, состоящий

Рис.2.37. Схема электроснабжения газотурбинной КС (I вариант)

из 2 секций. Секционный автомат 0,4 кВ (9) включается автоматически при потере напряжения на любой из секций с выдержкой времени 2-4 с.

Для восстановления напряжения на главном щите 0,4 кВ при полном исчезновении внешнего напряжения через 10-15 с включается дизель-электростанция АС-804 (КАС-500) (12) мощностью 500-630 кВт.

Типовая схема электроснабжения газотурбинной КС (II вариант) представлена на рис.2.38, где 1- понижающая подстанция 35-110/10 кВ внешних электросетей; 2- воздушно-кабельная линия 10 кВ; 3- выклю­чатель нагрузки типа ВНП-10/400; 4- высоковольтный предохранитель типа ПК-10/40(80); 5- понижающий трансформатор 10/0,4 кВ; 6- ввод-^ ной автомат 0,4 кВ; 7- секционный автомат 0,4 кВ; 8- вводной контак­тор 0,4 кВ от ДЭС; 9- автомат ДЭС.

Отличие этой схемы от предыдущей заключается в отсутствие ЗРУ-10 кВ при КС. Питающие линии 10 кВ от внешней питающей под­станции приходят через выключатель нагрузки и высоковольтный пре­дохранитель непосредственно на понижающие трансформаторы 10/0,4 кВ. Данная схема проще и дешевле, но менее надежна.

Электроснабжение ГПА

К потребителям электроэнергии ГПА относятся смазочные маслона-сосы, пусковые насосы, вентиляторы отсоса и наддува, валоповорот-ное устройство, АВО масла и газа, аварийная вентиляция, нагрузки КИП и А, освещение и др.

Потребители ГПА по степени надежности электроснабжения разделя­ются на потребителей 1-й категории, 2-й категории и потребителей 3-й категории.

К потребителям 1 -и категории, допускающим перерыв в электроснаб­жении только на время действия автоматики, относятся смазочные мас-лонасосы и насосы уплотнения, АВО масла, АВО воды, цепи КИП и А, аварийная вентиляция и аварийное освещение.

К потребителям 2-й категории, допускающим перерыв на время дей­ствия оперативного персонала, относятся АВО газа, освещение цеха.

К потребителям 3-й категории, допускающим перерыв до суток, мож­но отнести приточно-вытяжную вентиляцию, электрообогрев, освеще­ние вспомогательных помещений, станочный парк и т.п.

Потребители 1-й категории запитываются по радиальным, кольце­вым или смешанным схемам от обеих секций шин 0,4 кВ главного щита.

Рис. 2.38. Схема электроснабжения газотурбинной КС (II вариант)

Потребители 2-й категории запитываются по радиальным схемам одной или двумя линиями от АЩСУ или главного щита 0,4 кВ.

Потребители 3-й категории запитываются одиночными линиями от
АЩСУ или от главного щита 0,4 кВ. ; \

Самая простая и надежная схема электроснабжения ГПА- радиаль­
ная (рис. 239 ), где 1- главный щит 0,4 кВ; 2- автомат ввода от 2-й
секции 0,4 кВ; 3- кабельная линия 0,4 кВ; 4- автомат ввода на АЩСУ от
2-й секции; 5- секционный выключатель 0,4 кВ; 6- автомат электродви­
гателя маслонасоса уплотнения; 7- магнитный пускатель маслонасоса
уплотнения ^г

По этой схеме на каждый ГПА приходит 2 линии от обеих секций 0,4 кВ.

Менее ответственные потребители - освещение, вентиляция - запи-таны от одной из секций 0,4 кВ.

Широко применяется и кольцевая схема электроснабжения ГПА. По этой схеме кабели 0,4 кВ прокладываются к крайним ГПА, а между ними выполняются перемычки. Недостатки данной схемы - меньшая надежность, чем радиальной схемы.

Электроснабжение электроприводной КС

Типовая схема электроснабжения КС с синхронными электродвига­телями СТД-12500-2 представлена на (рис. 2.40), где 1- понижающая подстанция внешних электросетей 220 кВ; 2 - выключатель 220 кВ; 3 - выключатель 220 кВ трансформатора 220/10/10 кВ; 4 - трансформа­тор 220/10/10 кВ; 5 - вводы 10 кВ от трансформатора 220/10/10 кВ; 6 - шиносоединительный выключатель; 7- ввод 10 кВ на подсекцию 10 кВ собственных нужд; 8 - секционные выключатели 10 кВ; 9 - реактор токоограничивающий на подсекции собственных нужд; 10 - выключа­тель 10 кВ электродвигателя ГПА; 11- реактор токоограничивающий эл. двигателя ГПА; 12 - синхронный электродвигатель СТД-12500-2; 13- подсекция собственных нужд 10 кВ; 14- выключатель 10 кВ транс-форматорара 10/0,4 кВ КТП цеха; 15- тр-р понижающий 10/0,4 кВ КТП цеха; 16 - вводной автомат КТП цеха; 17 - секционный автомат КТП цеха; 18 -выключатель ЮкВтрансформаторара 10/0,4кВ КТП АВОгаза;

Электроснабжение электроприводной КС с электродвигателями СТД-12500-2 осуществляется от ПС 220-500 кВ (1) внешних электросе­тей.

При КС строится подстанция 220/10/10 кВ и от нее запитывается ЗРУ-10 кВ КС. Для уменьшения токов короткого замыкания трансфор­маторы 220/10/10 кВ выполняются с расщепленной обмоткой. ЗРУ-10 кВ состоит из 4 секций и 2 подсекций. От основных 4 секций запитываются синхронные электродвигатели СТД-12500-2 для привода ГПА. От под­секций запитываются трансформаторы 10/0,4 кВ цеха и АВО газа, дру­гие потребители. Для уменьшения снижения напряжения 10 кВ при пус­ке ГПА предусматриваются шиносоединительные выключатели. Они включаются только на время пуска и затем отключаются. Для этой же цели - уменьшения снижения напряжения при пуске - служат реакторы в цепи синхронного электродвигателя и на подсекции.

Резервные аварийные электростанции

В качестве аварийных резервных источников для газотурбинных КС применяются дизельные электростанции типа АС-804 (КАС-500) мощно­стью 500-630 кВт или газотурбинные электростанции типа «Растон» производства Англии мощностью 2700 кВт. Электростанции автомати­зированы по III степени, что позволяет им автоматически включаться при полном исчезновении напряжения и отключаться при его появлении

Рис. 2.40. Схема электроснабжения электроприводной КС

Система питания постоянным током автоматики и аварийных

насосов смазки ГПА, автоматики ЗРУ-10 кВ,

аварийного освещения

Для питания постоянным током автоматики и аварийных насосов смаз­ки ГПА, автоматики ЗРУ-10 кВ и аварийного освещения на КС устанав­ливают аккумуляторные батареи кислотного типа С, СК, СН и щелочно­го типа НК, «Варта». Как правило, устанавливают кислотные аккуму­ляторы как более долговечные и требующие меньше места для размеще­ния. Для питания автоматики ГПА используется напряжение = 24 В. Для питания системы управления кранов «Вега», аварийных насосов смаз­ки и аварийного освещения используется постоянное напряжение рав­ное 220 В. Аккумуляторные батареи устанавливаются в специально от­веденных помещениях, оборудованных приточно-вытяжной вентиляци­ей. Для подзаряда аккумуляторов устанавливают 2 полупроводнико­вых выпрямителя: рабочий и резервный. Аккумуляторная батарея на­пряжением 220 В оснащается выпрямителями типа ВАЗП -260/380-80/40, аккумуляторная батарея напряжением 24 В оснащается выпрямителями типа ВУТ-31/60-260. В цехах импортной поставки газопровода Урен­гой —Ужгород установлены щелочные аккумуляторные батареи типа «Варта» (Германия) напряжением 110 В.

Типовая однолинейная схема системы постоянного тока напряжени­ем 220 В представлена на рис. 2.41, где 1- автомат ввода от аккумуля­торной батареи; 2- рубильник ввода на секцию; 3- секционный рубиль­ник.

Постоянное напряжение от аккумуляторной батареи через автомат и рубильник подводится к щиту постоянного тока (ЩПТ). Щит постоян­ного тока разделен рубильниками на 2 секции.

Напряжение на нагрузку подается от обеих секций. Схемы питания постоянным током, как правило, радиально-кольцевые или кольцевые. Подключение нагрузок осуществляется через ключи (автоматы) и пре­дохранители. Щит постоянного тока оборудован приборами контроля напряжения на батарее, тока нагрузки, тока подзаряда, реле понижен-ния и повышения напряжения, реле контроля земли и т.д.

При снижении изоляции любого из полюсов батареи ниже 20 кОм срабатывает реле контроля «ЗЕМЛЯ» и подает сигнал на ГЩУ. На ГЩУ также должны быть выведены сигналы отключения подзарядных агрегатов.

Снижение изоляции батареи ниже 20 кОм может привести к ложным срабатываниям соленоидов кранов и аварийным остановкам агрегатов и КС в целом.

Контроль изоляции батареи проводится по показаниям вольтметра, подключаемого к полюсам батареи с помощью переключателя.

Емкость аккумуляторной батареи выбирается из условий обеспече­ния выбега и охлаждения ротора ГТУ при полном исчезновении напря­жения за 2-3 ч.

От щита постоянного тока запитан блок аварийного освещения. В нормальном режиме светильники аварийного освещения запитаны от переменного напряжения ~ 220 В.

При исчезновении переменного напряжения ~ 220 В отключается контактор переменного тока и включается контактор постоянного тока от аккумуляторной батареи.

При восстановлении переменного напряжения ~ 220 В отпадает кон­тактор постоянного тока и подтягивается снова контактор переменного тока.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: