Вспомогательное оборудование, системы контроля и защиты газоперекачивающих агрегатов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Вспомогательные системы ГПА

2. Системы КИП и автоматики

3. Системы охлаждения ГПА

4. Системы защиты ГПА

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Основные месторождения газа в России расположены на значительном расстоянии от крупных потребителей. Подача газа к ним осуществляется по газопроводам различного диаметра. При прохождении газа возникает трение потока о стенку трубы, что вызывает потерю давления. Поэтому транспортировать природный газ в достаточном количестве и на большие расстояния только за счет естественного пластового давления нельзя. Для этой цели необходимо строить компрессорные станции (KС), которые устанавливаются на трассе газопровода через каждые 100 -150 км.

На газопроводах в качестве энергопривода КС используются газотурбинные установки, электродвигатели и газомотокомпрессоры - комбинированный агрегат, в котором привод поршневого компрессора осуществляется от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Вид привода компрессорных станций и ее мощность в основном определяются пропускной способностью газопровода.

Остановимся подробнее на вспомогательном оборудовании газоперекачивающих агрегатов, а также системах охлаждения, КИП, автоматики и системах защиты ГПА.

1. Вспомогательные системы ГПА

Электроснабжение ГПА.

Самая простая и надежная схема электроснабжения ГПА - радиальная уплотнения. По этой схеме на каждый ГПА приходит 2 линии от обеих секций 0,4 кВ.

Менее ответственные потребители - освещение, вентиляция - запитаны 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.

Водоснабжение и канализация КС.

Водоснабжение КС осуществляется от артезианских скважин, пробуренных на расстоянии 300-400 метров от забора промплощадки КС. Глубина скважин обычно 70-150 метров. Скважины оборудуются насосами типа ЭЦВ или их аналогами производительностью 6-40 м/сут. в зависимости от дебита скважины. Как правило, пробуривается не менее 2 скважин: одна рабочая, другая - резервная. Часть КС получает воду от городских сетей. Вода, получаемая из артезианских скважин, в целом соответствует ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" за исключением повышенного содержания железа и некоторых других компонентов. Для нейтрализации железа, нитратов, органики и т.д. на КС монтируются установки подготовки воды типа "Деферрит" или "Струя". Из артезианских скважин вода по напорному трубопроводу подается в хозяйственные противопожарные емкости. Объем емкостей определяется проектом и составляет от 250 до 500 м. Рядом с емкостями строят насосную 2-го подъема, блочную типа АНПУ-25 или стационарную из кирпича (железобетона). В насосной монтируют хозяйственно-питьевые насосы и пожарные насосы. Хозяйственно-питьевые насосы работают круглосуточно, обеспечивая рабочее давление в трубопроводах в пределах 0,15-0,3 МПа, пожарные насосы включаются при пожаре для повышения давления в сети до 0,6-0,8 МПа и тушения пожара от гидрантов.

Промплощадка КС оборудуется подземным кольцевым хозяйственным противопожарным стальным водопроводом Ду = 100 200 мм. Кольцевой водопровод делится задвижками на несколько участков для возможности ремонта без отключения всего водопровода.

Типовая схема водоснабжения приведена на рис. 1, где 1 - артезианские скважины; 2 - напорный трубопровод; 3 - хозяйственно-противопожарные емкости; 4 - хозяйственные питьевые насосы; 5 - пожарные насосы; 6 - установка подготовки воды с обеззараживающей установкой; 7 - задвижки; 8 - кольцевой водопровод.

Рис. 1. Типовая схема водоснабжения КС

Канализация хозяйственных фекальных вод промплощадки КС выполняется из чугунных труб Ду = 100200 мм на глубине 1,2 м от поверхности земли. Канализация самотечная. Хозяйственные фекальные воды самотеком поступают в приемный резервуар канализационной насосной и оттуда насосами перекачиваются на очистные сооружения типа БИО или иные типы. Очистка сточных вод осуществляется с помощью воздуха, подаваемого высоконапорным компрессором в массу воды. Кислород воздуха окисляет и переводит органические загрязнения в минеральные с образованием СО и НО, одновременно обеспечивая синтез запасных органических веществ и образование новых клеток активного ила. В результате синтеза увеличивается биомасса ила и число микроорганизмов. Доза ила по массе служит ориентировочным показателем того, сколько в иловой смеси потребителей (микроорганизмов) загрязнений. А уже то, что не смогли переработать организмы активного ила, а также песок и соли металлов выпадают в осадок. Степень очистки сточных вод определяется органами Госкомприроды и должна соответствовать разрешенному нормативу предельно допустимого сброса (ПДС). ПДС - это расчетная величина для каждого региона и каждого водоема, куда осуществляется сброс очищенных стоков.

Типовая схема очистных сооружений типа БИО-50 приведена на рис. 2, где 1- решетка, для улавливания крупных отбросов; 2- песколовка, для улавливания песка и мелких неорганических примесей; 3 - первичный отстойник; 4 - аэротенк; 5 - вторичный отстойник; 6 - компрессорная с воздуходувками типа 2АФ49-53; 7 - песчаный фильтр; 8 - установка хлорирования капельного типа "ЛОНИИ"; 9 - контактный колодец, где происходит непосредственное хлорирование.

Рис. 2. Типовая схема канализационных очистных сооружений типа БИО-50

Сточные воды, освобожденные от крупных плавающих загрязнений на решетках, поступают на песколовки, которые освобождают сточные воды от песка и частиц размером 0,25-1 мм.

Далее стоки поступают в первичный отстойник, наиболее простой и часто применяемый на практике способ удаления из сточных вод грубодисперсных примесей, которые оседают на дно отстойника или всплывают на поверхность. Основной процесс биологической очистки происходит в аэротенке. Процесс очистки представляет собой непосредственный контакт органических загрязнений с оптимальным количеством организмов активного ила в присутствии соответствующего количества растворенного кислорода в течение необходимого периода времени. Вторичный отстойник применяется для отделения активного ила от биологически очищенной сточной воды.

Установка хлорирования производит обеззараживание очищенной сточной воды.

В настоящее время в П "Мострансгаз" началась замена морально и физически устаревших очистных сооружений типа БИО на очистные сооружения типа ККВ, которые обеспечивают большую степень очистки по БПК-5, фосфору, нитратам.

Теплоснабжение КС.

Для обеспечения длительной и безаварийной работы котлов и утилизаторов на промплощадке КС устанавливают блоки химводоподготовки (ХВО) или умягчения воды. Это, как правило, система натрий-катионитовых фильтров (1-3 шт.) диаметром Ду = 7001000 мм, загруженных сульфоуглем или ионообменными смолами. Регенерация фильтров осуществляется с помощью поваренной соли. Мощность ХВО определяется емкостью теплосети и составляет 10-100 м /сутки. Теплотрасса промплощадки КС бывает подземной или надземной. Выполняется из стальной водогазопроводной трубы Ду = 50200 мм. В последнее время для увеличения срока службы теплотрассы чаще выполняют надземными.

Типовая схема теплоснабжения КС представлена на рис. 3, где 1 - утилизационный теплообменник; 2 - теплообменный модуль; 3 - блок-шибер; 4 - циркуляционный насос; 5 - подпиточный насос; 6 - обратный клапан; 7 - бак-аккумулятор (деаэратор); 8 - насос перекачивающий; 9 - подогреватель обратной воды; 10 - водоподогреватель; 11 - химводоочистка (Na - катионитовая); 12 - обратный клапан; 13 - циркуляционный насос системы ГВС; 14 - обезжелезивающий фильтр; 15 - водяной насос.

Рис. 3. Принципиальная тепловая схема теплоснабжения газотурбинных КС

Условные обозначения:

- выхлопные газы;

- сетевая вода;

- сырая вода;

- умягченная и деаэрированная вода;

- контур горячего водоснабжения.

2. Системы КИП и автоматики

газоперекачивающий агрегат защита контроль

Комплекс средств контроля и автоматики компрессорного цеха -основная часть общестанционарной автоматики, предназначенная для оперативного управления, защиты и контроля за работой оборудования компрессорного цеха и его объектов. В составе комплекса средств контроля и автоматики компрессорного цеха предусматривают щит централизованного контроля и управления технологическим оборудованием цеха.

Комплекс средств контроля и автоматики компрессорного цеха содержит следующие основные системы:

· централизованного контроля и управления ГПА (СЦКУ); в компрессорных цехах, не оснащенных СЦКУ, в помещении цеховых щитов управления должны быть установлены агрегатные панели:

· управления цеховыми кранами;

· управления цеховыми объектами и вспомогательным оборудованием цеха;

· защиты цеха от загазованности;

· защиты цеха от пожара.

Система централизованного контроля и управления предназначена для управления, предупредительной сигнализации и защиты ГПА, а также для измерения параметров работы ГПА. Она должна осуществлять следующие функции:

· автоматический пуск агрегата, а также дистанционное управление режимом работы агрегата;

· нормальную и аварийную остановки ГПА по команде оператора и при срабатывании защит;

· световую и звуковую сигнализацию отклонения параметров от нормы (предупредительная сигнализация);

· сигнализацию срабатывания защит (аварийная сигнализация);

· сигнализацию состояния оборудования (технологическая сигнализация);

· непрерывные измерения - давления газа на входе и выходе нагнетателя, температуры продуктов сгорания перед ТВД (или в тракте ГТУ в зависимости от типа агрегата), частоту вращения валов ГТУ, перепада давления "масло-газ";

· измерительный контроль по вызову и периодическую цифровую регистрацию технологических параметров - температуры масла до и после маслоохладителей, температуры подшипников, вибрации подшипников, перепада давления "масло-газ", давления масла смазки, температуры продуктов сгорания в тракте ГТУ, температуры воздуха перед осевым компрессором, давления воздуха после осевого компрессора, давления масла в системе регулирования, давления топливного и пускового газа.

Температура продуктов сгорания в тракте ГТУ и перепад давления "масло-газ" в системе уплотнения нагнетателя должны иметь непрерывную регистрацию.

Система управления цеховыми кранами должна обеспечивать дистанционное управление кранами узла врезки цеха и охранными кранами и их автоматическую перестановку при аварийной остановке цеха от ключа "Стоп станции". Система управления цеховыми объектами и вспомогательным оборудованием цеха должна обеспечивать управление и контроль за состоянием объектов с помощью локальных систем автоматизации.

Автоматика градирни и циркуляционной насосной должна обеспечивать постоянство уровня воды в бассейне градирни путем автоматической его подпитки; автоматическое включение установок для обработки воды (подкислительной, магнитной и др.); автоматическое включение резервного насоса при аварийном отключении работающего; автоматический пуск работающих насосов и вентиляторов после кратковременного перерыва в электроснабжении.

Таблица 1. Характеристики измерительных приборов для оценки состояния ГПА

4. Системы защиты ГПА

Проверка защиты и сигнализации ГПА.

Защита газотурбинного агрегата и нагнетателя от недопустимых режимов работы является одной из основных функций системы автоматического регулирования ГПА. Система зашиты, обеспечивая защиту ГПА во время пуска и остановки, также автоматически выполняет операции, необходимые для восстановления нормального режима в процессе работы. При аварийном режиме она останавливает агрегат и подает аварийный сигнал обслуживающему персоналу. Защитные устройства предотвращают повреждение агрегата и обеспечивают безопасность обслуживающего персонала при возникновении аварийных состояний. Все системы защиты действуют независимо от системы управления с тем, чтобы при возникновении неисправности в системах управления, системы защиты не вышли бы из строя. Во всех случаях быстрое отключение турбины и остановка агрегата при возникновении опасного состояния осуществляется прекращением подачи топливного газа к камере сгорания стопорным клапаном и открытием клапанов для выпуска воздуха из компрессора. Противопомпажная защита воздушного компрессора осуществляется сбросными клапанами, частично сбрасывающими воздух из компрессора.

Система защиты ГТУ предохраняет агрегат в случае отклонения показателей за допустимые пределы: давления масла смазки, осевого сдвига роторов, температуры подшипников, перепада "масло-газ", температуры продуктов сгорания, давления топливного газа, частоты вращения роторов, вибрации подшипников, а также в случаях погасания факела в камере сгорания, нарушения заданной последовательности пусковых операций, задержке агрегата в зоне запрещенной частоты вращения, помпаже нагнетателей.

Кроме агрегатных систем автоматического управления и защиты ГТУ, существует комплекс средств контроля и автоматики компрессорного цеха, осуществляющий оперативное управление, защиту и контроль за работой оборудования цеха и объектов КС. В этот комплекс входят такие общестанционные системы защиты:

- защита цеха или укрытия ГПА от загазованности (высокой концентрации газа);

- защита цеха или укрытия ГПА от пожара;

- защита компрессорной станции при аварийных ситуациях (аварийная остановка компрессорной станции ключом КАО);

- защита по давлению на выходе компрессорной станции;

- защита по высокой температуре газа на выходе компрессорной станции;

- защита по высокому уровню жидкости в пылеуловителях, сепараторах и др.

При срабатывании защитного устройства, которое может быть электрическим, гидравлическим или пневматическим, и появлении защитного сигнала, осуществляется экстренная остановка агрегата. Так, применительно к агрегатам типа ГТК-10, экстренную остановку осуществляют органы предельной защиты, которые включают стопорный клапан, два электромагнитных клапана, подключенные к электрической системе защиты, два бойковых автомата безопасности, срабатывающих при достижении предельно допустимых частот вращения валов турбодетандера и турбин низкого давления или от ручного воздействия на кнопку управления. При аварийной ситуации одним из перечисленных устройств из линии предельной защиты выпускается воздух, давление снижается и стопорный клапан перекрывает подачу топливного газа к камере сгорания. Одновременно закрывается и регулирующий клапан. Открываются полностью выпускные воздушные клапаны (ВВК) осевого компрессора и в результате турбина быстро останавливается.

Наладка защит ГТУ и нагнетателя проводится в три этапа: перед пуском на остановленной турбине, при пуске, работе без нагрузки и с нагрузкой.

Приведем краткое описание основных систем защиты применительно к агрегату ГТК-10-4.

Защита по давлению масла смазки.

Эта защита останавливает агрегат при падении давления масла в смазочных системах турбины и нагнетателя ниже установленных величин (< 0,2 кг/см ). Низкое давление масла смазки может нарушить условия смазки и вызвать разрушение подшипников ГПА. Поэтому необходимо проверить включение защиты по маслу. Измерение давления производится электроконтактными манометрами (ЭКМ). При падении давления смазки подшипников стрелка манометра замыкает контакты, выдавая через реле на главный щит управления (ГЩУ) сигнал "Аварийное давление масла". Одновременно с аварийным сигналом должен включаться резервный масляный насос (РМН), обеспечивая давление в смазочной системе не менее 0,4 кг/см.

Защита по осевому сдвигу роторов.

Эта защита срабатывает, останавливая агрегат, при увеличении давления масла в системе защиты по осевому сдвигу выше установленных величин. При осевом сдвиге возможно задевание вращающихся деталей агрегата за неподвижные и разрушение отдельных узлов агрегата.

Масло (воздух) к реле осевого сдвига (РОС) турбокомпрессора, силовой турбины и нагнетателя поступает через шайбы диаметром 3 мм, а сливается через зазоры между соплами реле и упорными дисками на валах агрегата. Давление масла на ЭКМ должно составлять 1,2-1,8 кг/см (давление воздуха при гидропневматической системе регулирования должно составлять 0,3-0,6 кг/см). Изменение давления масла, которое происходит при осевом сдвиге ротора, фиксируется электроконтактными манометрами системы защиты. Контакты на манометрах (ЭКМ) должны срабатывать при повышении давления масла до 3-3,5 кг/см (или превышении давления по воздуху свыше 1 кг/см), при этом на ГЩУ подается аварийный сигнал "Авария по осевому сдвигу".

Защита по перепаду между маслом уплотнения и газом в полости нагнетателя (защита "масло-газ").

Для предотвращения протечек газа по валу из нагнетателя в машинный зал применяется система уплотнения нагнетателя. С этой целью к торцевому уплотнению, совмещенному с опорным вкладышем подшипника нагнетателя, подается масло с давлением на 1,0-1,5 кг/см больше давления газа в нагнетателе. Для поддержания постоянной разности давления между маслом и газом применен регулятор перепада давления (РПД). Защита по перепаду давления "масло-газ" осуществляется с помощью дифференциального реле давления типа РДД-1М, осуществляющего электрическую блокировку и автоматическое переключение с рабочего винтового масляного насоса уплотнения (ВМНУ) на резервный при снижении перепада давления, а также остановку агрегата с отключением нагнетателя от газопровода при полном исчезновении перепада.

Таким образом, при проверке защиты по перепаду "масло-газ" проверяют резервирование насосов (т.е. включение резервного насоса при отключении работающего ВМНУ). При отключении электродвигателей обоих ВМНУ, после установленной выдержки времени, должна срабатывать защита по уменьшению перепада давления в уплотнении. При этом должен закрыться кран № 4 и включиться сигнал на ГЩУ "Аварийный перепад "масло-газ". При проверке работы РПД следят, чтобы давление масла все время было выше давления газа на 1,0-1,5 кг/см . Необходимо проверить также, что при выключенном ВМНУ кран № 4 нельзя открыть ключом управления. Сигнал об открытии крана № 4 включает защиту по перепаду.

При проверке защиты и сигнализации ГПА необходимо произвести опрессовку масляной системы уплотнения нагнетателя. Предохранительный клапан в клапанной коробке ВМНУ ограничивает максимально допустимое давление на уровне 8,0 МПа при максимальном рабочем давлении насоса 6,4 МПа. При максимальном рабочем давлении ВМНУ 7,5 МПа, предохранительный клапан настраивают на максимальное давление 8,8 МПа.

Кроме этого, необходимо проверить защиту по низкому давлению уровня масла в аккумуляторе, системы уплотнения "масло-газ", а также работу кранов обвязки нагнетателя. Убедиться, что при перепаде давления на кране № 1 больше 0,2-0,3 МПа краны № 1 и 2 нельзя открыть ключом управления.

Защита от превышения температуры газа.

Эта защита является одной из основных систем защит газовой турбины.

При нормальных условиях эксплуатации температура газа обычно поддерживается регулированием расхода топлива. Однако при неисправностях в системе регулирования, помпажах осевого компрессора или нагнетателя количество подаваемого топлива, а значит, и температура газа могут превысить установленные нормы. Это может привести к выгоранию лопаток проточной части, разрушению лопаточного аппарата и другим тяжелым последствиям. В начале система защиты от превышения температуры газа включает предупредительный звуковой и световой сигнал, что указывает на необходимость разгрузки турбины, предотвращая тем самым ее отключение. Если же температура газа будет продолжать повышаться, то система защиты останавливает агрегат. Система защиты спроектирована таким образом, что является независимой от системы регулирования температуры газа. Температуру газов измеряют термопарами, устанавливаемыми за ТНД или перед ТВД.

В качестве вторичных приборов в цепи защиты по температуре газа используют потенциометр КСП и автомат температурной защиты АТЗ.

Защита по превышению частоты вращения роторов ТВД, ТНД и турбодетандера.

Система защиты от превышения частоты вращения предназначена для защиты газовой турбины от возможных повреждений, вызываемых превышением максимальной частоты вращения валов ТНД, ТВД и турбодетандера. При повышении частоты вращения может произойти отрыв лопаток, разрушение замков и дисков, могут появиться осевые сдвиги и разрушения подшипников, корпусных деталей ГТУ и т.д.

Чтобы предотвратить превышение частоты вращения роторов ГТУ свыше допустимых значений, применяют разного рода автоматы безопасности. Легко разгоняемый ротор ТНД имеет два автомата безопасности: центробежный (механический, бойкового типа) и гидродинамический. Бойковый автомат имеет и ротор турбодетандера. Защита от превышения частоты вращения ротора ТВД осуществляется по давлению масла за главным масляным насосом.

Защита по температуре подшипников.

Система защиты по температуре подшипников выдает предупреждающий и аварийный сигналы при возрастании температуры выше допустимой, что может привести к разрушению подшипников, выплавлению баббита вкладышей, осевым сдвигам, повышенной вибрации и т.п.

Защита по температуре подшипников осуществляется с помощью малогабаритных платиновых термометров сопротивления (ТСП), установленных во вкладышах опорных подшипников и колодках упорных подшипников. Термометры сопротивления подключены к электронному мосту, который осуществляет измерение и регистрацию температуры подшипников, а также выдает предупреждающий (при 75 °С) и аварийный (при 80 °С) сигналы на ГЩУ.

Заключение

Газоперекачивающий агрегат - сложная энергетическая установка, предназначенная для компремирования природного газа, поступающего на КС по магистральному газопроводу. Каждый ГПА снабжен системой регулирования основных параметров агрегата, системами агрегатной автоматики, автоматического пожаротушения, обнаружения загазованности помещения и др. От надежной работы ГПА зависит производительность компрессорной станции, что является основным критерием для перекачки газа потребителю, поэтому так важно следить за вспомогательным оборудованием газоперекачивающих агрегатов, а также за системами охлаждения, КИП, автоматики и системами защиты ГПА.

Список используемой литературы

1. Щуровский В.А., Зайцев Ю.А. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. - М.: Недра, 1994.

2. Козаченко А.Н. Основы эксплуатации газотурбинных установок на магистральных газопроводах: Учебное пособие: ГАНГ им. И.М. Губкина. - М.: 1996.

3. Шаммазов А.М., Александров В.Н., Гольянов А.И. и др. Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций: Учебник для вузов. -- М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. - 404 с.

4. М.Б. Хадиев. Газоперекачивающие агрегаты магистральных газопроводов: учебное пособие. Казан. гос. технол. ун-т. Казань, 2004.- с.

Размещено на Allbest.ru