Компрессорные станции с поршневым газоперекачивающим агрегатом магистральных газопроводов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГАОУ ВПО Северо-восточный университет им. М.К. Аммосова

Геологоразведочный факультет

Кафедра нефтегазового дела

Реферат

на тему: «Компрессорные станции с поршневым ГПА магистральных газопроводов»

Выполнил: Максимов А.И.

Проверил(а): Иванов А.Г.

Якутск, 2015

Содержание

Введение

1. Основные сведения и области применения поршневых ГПА

2. Компрессорные станции с поршневыми ГПА

2. Газомотокомпрессоры МК8, ДР12, ГПА-5000 и комбинированный ГПА типа 6М25-210/3-56

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Основным оборудованием на КС являются ГПА, которые могут быть поршневого или центробежного типа. Приводом поршневых компрессоров являются газовые двигатели, выполненные, как правило, в одном блоке с компрессором. Такой агрегат получил название газомотокомпрессора (ГМК). Центробежные машины для перекачки газа-нагнетатели-могут иметь привод от газотурбинных установок (ГТУ) или электродвигателей.

При малых подачах газа (до 5000 млн. м^3/год) в свое время наиболее широкое применение нашли ГМК, мощность которых достигла 5500 кВт. При больших подачах газа используют центробежные нагнетатели с приводом от электродвигателя или от ГТУ, мощность которых достигает 12500 и 25000 кВт соответственно.

При выборе типа ГПА учитывают их технико-экономические показатели в зависимости от типа нагнетателей и характеристики привода. Многочисленные исследования эффективности применения различных видов привода центробежных нагнетателей показали наибольшую экономичность газотурбинного привода. Однако в некоторых случаях, например при небольших расстояниях между КС и источником электроэнергии (30-50 км), электропривод является конкурентоспособным

1. Основные сведения и области применения поршневых ГПА

Из поршневых ГПА в системе МГ применяют ГМК и комбинированные ГПА. ГМК представляют собой агрегат, состоящих из компрессоров и газового двигателей внутреннего сгорания. Двигателей и компрессор объединены общей рамной станиной, а поршни компрессора и двигателя имеют общий коленчатый вал.

Преимущество поршневых ГПА - это возможность изменять степень повышения давления в одной ступени нагнетания от 1,15 до 3 и более при полной загрузке привода и практически постоянном к.п.д.; способность работать в широком диапазоне давлений; возможность регулирования расхода газа как за счет изменения частоты вращения вала, так и за счет изменения объема мертвого пространства цилиндров компрессоров; высокой адиабатического к.п.д. компрессора 0,86-0,88 и высокой к.п.д. поршневых газовых двигателей, в отдельных моделях до 0,4-0,42; относительно быстрый запуск и загрузка агрегата (до 10 мин); длительный срок службы; низкий удельный расход топливного газа в поршневых газовых двигателей; удобен в монтаже и эксплуатации вследствие размещения всего оборудования на одной отметке(одноэтажный машинный зал); незначительная чувствительность к изменению плотности компримируемого газа; сохранение практически неизменной номинальной мощности в весь период эксплуатации; возможность дополнительным подсоединением по одному агрегату наращивать мощность КС в соответствии с увеличением пропускной способности газопровода и повышать надежность КС без принципиального изменения технологической схемы КС, поскольку все агрегаты на станции работают параллельно; увеличение мощности поршневых газовых двигателей при низких температурах окружающего воздуха на 20-25 % по отношению к летнему периоду и возможность компрессора без изменений конструкции реализовать это повышение мощности увеличение подачи.

Существенные недостатками поршневых ГПА по сравнению с другими типами ГПА являются большая масса агрегата на единицу мощности и большая неуравновешенность движущихся масс, что вызывает увеличение капитальных вложений как в сам агрегат, так и в здание КС и фундаменты; пульсирующая подача газа, что может приводить к вибрации технологических трубопроводов, предотвращение которой требует специальных технических мероприятий; необходимость большого количества смазывающего масла.

Снижение неуравновешенности движущихся масс ПГПА достигается расположением цилиндров ГПА в горизонтальной плоскости с обеих сторон коленчатого вала компрессора с противоположным направлением движения пар шатунно-поршневых групп. Такое конструктивное решение, использованное в оппозитных компрессорах, позволило создать агрегаты с повышенной частотой вращение и меньшей массой на единицу мощности. Однако у оппозитных компрессоров появились свои недостатки. С уменьшением высоты агрегатов увеличилась необходимая площадь под агрегат и соответственно общая площадь защитного покрытия. С увеличением частоты вращения увеличился износ трущихся поверхностей деталей и уменьшился срок службы деталей, работающих на усталость. Оппозитная база обозначается буквой М (многорядная) и цифрой, определяющей значение поршневого усилия одного ряда (в МН), например М25. Для обозначения модификации добавляют цифру, определяющую число рядов базы, например 4М25.

В качестве поршневых ГПА применяются унифицированные базы компрессоров различной модификации ГМ, ГКМ, МК, ДР, обеспечивающих подачу от 1,5-150 м³/с, а давление на выходе до 25 Мпа.

Унифицированные базы представляют собой совокупность нормализованных механизмов движения, систем смазки, а для моноблочных машин-также и привода. Модификации компрессоров с одной базой, рассчитанные на различные давления и объемные расходы на входе, имеющих одинаковую мощность привода и длины хода поршней, различают размерами цилиндров и числом ступеней сжатия, унификация позволяет изменять модификацию в процессе эксплуатации при необходимости увеличения степени повышения давления и снижение расхода, как отключением цилиндров, так и их заменой нужного диаметра.

Основные преимущества ПГПА в сочетании с разработанной воздушно-водяной системой охлаждения, которая обеспечивает автономность агрегата, привело к созданию автономных мобильных (полупередвижных и передвижных) ГПА типа КС-550 и КС-1000. Области эффективного использования мобильных ПГПА - это газовые и газоконденсатные месторождения в период снижения подачи и падения давления на отдельных скважинах и пунктах сбора, а также как временные линейные КС, дожимные и головные КС на магистральных газопроводах в конечный период эксплуатации промысла.

2. Компрессорные станции с поршневыми ГПА

При проектировании КС с поршневыми компрессорами в первую очередь определяют тип и количество агрегатов, необходимых для транспорта заданного объема газа. При выборе типа машин предпочтение отдают агрегатам, количество которых составляет 6 -- 10, что обеспечивает достаточную гибкость работы КС при изменениях режима подачи газа и не влечет за собой усложнения компрессорного цеха.

Современные ПГПА имеют ряд особенностей, обеспечивающих целесообразное их использование в различных областях газовой, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. В указанных агрегатах степень повышения давления можно изменять в пределах от 1,15 до 3,0 и более при 100 %-ной загрузке привода и практически неизменном КПД. Эта особенность ПГПА делает их весьма эффективными не только при наиболее экономичных для современных магистральных газопроводов степенях повышения давления 1,35-- 1,5, но и на КС, работающих при изменении степени повышения давления в более широких пределах,-- дожимных и головных КС, узловых КС перед газопроводами-отводами с большой неравномерностью газопотребления и др. Кроме того, при использовании этих агрегатов обеспечивается возможность в широких пределах изменять шаг между КС на магистральных газопроводах. Эффективность применения ПГПА определяется технико-экономическими расчетами.

Наиболее вероятное эффективное применение ПГПА возможно в эксплуатационных условиях, которые отличаются широким диапазоном изменения степени повышения давления и подачи газа. Таким условиям соответствуют дожимные и головные КС, а также промежуточные КС в местах значительных отборов либо подвода газа к основному газопроводу. Весьма перспективна установка поршневых агрегатов на КС-регуляторах, обеспечивающих на выходе станций оптимальные параметры газа, что будет способствовать наиболее эффективной эксплуатации мощных центробежных нагнетателей на смежных КС при комбинированном обустройстве газопровода. В этом случае КС с ПГПА принимают на себя все неравномерности сезонной и суточной работы газопровода и обеспечивают стабильный режим основных КС с центробежными нагнетателями на расчетных параметрах. На большинстве объектов газовой промышленности необходимое повышение давления при использовании ПГПА может быть обеспечено сжатием газа в одной ступени. На КС газопроводов ПГПА работают параллельно, что позволяет наращивать мощность КС в соответствии с необходимым увеличением пропускной способности газопровода и повышает надежность работы.

Запуск и загрузка ПГПА требуют относительно небольшого времени (до 10 мин), что обеспечивает оперативность управления ими.

В настоящее время отечественная промышленность выпускает ПГПА агрегатной мощностью от 440 до 5500 кВт. Основной машиной на первых КС отечественных газопроводов был газомотокомпрессор 10ГК-1 номинальной мощностью 736 кВт (1000 л. с.), выпускаемый заводом "Двигатель революции". Газомотокомпрессор представляет собой агрегат, состоящий из компрессора и газового двигателя внутреннего сгорания. Двигатель и компрессор смонтированы на общей фундаментной раме. Коленчатый вал у них общий. Двигатель газомотокомпрессора 10ГК-1 двухтактный, 10-цилиндровый. Силовые цилиндры расположены в вертикальной плоскости V-образно в два ряда под углом 60 ° между осями цилиндров. Номинальное число оборотов 300 об/мин. При сгорании топливного газа в его цилиндрах выделяется тепловая энергия, которая преобразуется в механическую. Эта работа приводит в движение поршни компрессорных цилиндров, служащих для сжатия природного газа, транспортируемого по газопроводу. Весь рабочий цикл: сжатие поданного воздуха, сгорание топливного газа и расширение образующихся при сгора¬нии газов, выпуск (выхлоп) и продувка цилиндра совершается за один оборот коленчатого вала или за два хода поршня. Компрессорные цилиндры расположены горизонтально. Число цилиндров -- три. Механический КПД равен 0,95. При расчетном режиме работы (л = 300 об/мин, Pвс = 2,5 МПа, Pн = 5,5 МПа) подача газомотокомпрессора достигает 0,6 млн. м³/сут. Регулирование производительности осуществляется изменением объема вредного пространства (при закрытой регулировочной полости объем вредного пространства составляет 8,7 %, а при открытой -- 30 -- 35 %).

На базе 10ГК-1 с 1953 г. стали выпускать и применять газомо-токомпрессор 10ГКН мощностью 1100 кВт и с подачей газа до 0,8 млн. м3/сут. Повышение мощности было достигнуто за счет использования наддува, т. е. заполнения рабочих цилиндров двигателя воздухом под более высоким избыточным давлением.

3. Газомотокомпрессоры МК8, ДР12, ГПА-5000 и комбинированный ГПА типа 6М25-210/3-56

На некоторых КС применяли газомотокомпрессоры марки МК-8 и МК-10, мощность которых соответственно составляла 2210 и 2500 кВт. По сравнению с газомотокомпрессорами 10ГК и 10ГКН газомотокомпрессоры МК8 имеют повышенную агрегатную мощность, более высокие КПД как силовой, так и компрессорной части. Эти ГМК способны работать с высокими КПД в широком диапазоне степеней повышения давления, полностью автоматизированы и приспособлены для управления с диспетчерского пункта станции.

Газомотокомпрессор МК8 представляет собой стационарный агрегат, состоящий из 8-цилиндрового рядного двухтактного газового двигателя и 4-цилиндрового горизонтального поршневого компрессора двойного действия, смонтированных под прямым углом на фундаментной раме с общим коленчатым валом. Технические данные ГМК МК8 приведены в табл. 3.1.

В отличие от ГМК марки 10ГК на ГМК МК8 цилиндры двигателя объединены единым блоком. Блок цилиндров, имеющий форму параллелепипеда, отлит из чугуна и разделен поперечными перегородками на восемь отсеков, в которых располагаются втулки цилиндров. На верхней части блока со стороны компрессорных цилиндров расположен картер распределительного вала. Полости под распределительным валом образуют ресивер продувочного воздуха. С противоположной стороны блока у каждого цилиндра отлиты патрубки для отвода газов в прикрепленный к блоку выпускной коллектор.

Поршень двигателя -- составной, охлаждаемый маслом. Головка поршня, юбка и расположенная в ней вставка с пальцем стягиваются четырьмя шпильками, ввернутыми во фланец головки. Места соединений уплотнены кольцами из маслотермостойкой резины.

поршневой газоперекачивающий агрегат компрессор

Наиболее мощным из эксплуатируемых в настоящее время в отечественной промышленности газомотокомпрессоров является ГМК ДР12, являющийся стационарным автоматизированным агрегатом, состоящим из двухтактного U-образного 12-цилиндрового двигателя и горизонтального поршневого компрессора, цилиндры которого располагаются по обе стороны от общих для двигателя и компрессора фундаментной рамы и коленчатого вала.

Цилиндры двигателя ГМК ДР12 имеют диаметр 508 мм, что вместе с высокими удельными показателями рабочего процесса обеспечивает наибольшую в настоящее время цилиндровую мощность двигателя ГМК -- 460 кВт.

Высокая удельная мощность ГМК ДР12 (среднее эффективное давление 0,844 МПа) получена за счет повышения давления наддува до 0,205 МПа, степени сжатия -- до 8, максимального давления сгорания -- до 6,0 МПа (у ГМК 10ГКН максимальные значения этих параметров равны 0,165; 7 и 5,1 МПа соответственно). Для обеспечения надежной, бездетонационной и высокоэкономичной работы двигателей ГМК ДР12 при указанных высоких параметрах рабочего процесса в конструкции ГМК принят ряд новых оригинальных решений и применены высококачественные материалы.

Нашел распространение также газоперекачивающий агрегат ГПА-5000, представляющий собой компоновку двух машин: газового двигателя внутреннего сгорания и поршневого компрессора оппозитной конструкции. Основная идея создания оппозитных компрессоров заложена в стремлении уравновесить возвратно-поступательные силы, действующие в кривошипно-поршневой группе агрегата. ГПА-5000 обладает следующими преимуществами: уравновешивание масс позволило повысить обороты компрессора и снизить затраты на фундамент, облегчить ремонт и ревизию оборудования, уменьшить высоту здания для установки агрегата. Подача ГПА-5000 составляет 4,0 млн. м³/сут, мощность -- 3680 кВт.

В СССР первый агрегат ГПА такого типа был создан на базе дизеля марки 61 завода "Русский Дизель" и оппозитного компрессора 6М25-125/38-55 Сумского завода тяжелого компрессоростроения, установленных на одном фундаменте. Основные элементы масляной и водяной систем, которые не навешивают на двигатель или компрессор (маслобак, холодильники, фильтры, регуляторы, насосы), объединены в водомасляный блок, поставляемый заводом-изготовителем в собранном виде.

Двигатель 61 ГА агрегата ГПА-5000 -- двухтактный, двухрядный, 16-цилиндровый со встречно-движущимися поршнями и турбонаддувом. Особенность двигателя 61 ГА -- встроенная зубчатая передача, соединяющая верхние и нижние коленчатые валы.

Продувку и наполнение воздухом цилиндров производят с помощью турбокомпрессора, связанного с помощью шестеренчатой передачи игидромуфты с коленчатым валом двигателя. Воздух поступает из нагнетателя в цилиндр через окна, управляемые верхним поршнем, и вытесняет отработавшие газы через окна, управляемые нижним поршнем.

На двигателе 61 ГА применена система форкамерно-факельного воспламенения.

В форкамеру, объем которой составляет 2,9 % от объема камеры сжатия цилиндра, подается в начале сжатия небольшая дополнительная порция газа через автоматический (открывающийся под действием перепада давления) клапан. В результате смешения дополнительной порции газа с обедненной газовоздушной смесью, поступившей из цилиндра, в форкамере образуется обогащенная легковоспламеняемая смесь, которая поджигается в конце сжатия искрами на двух свечах зажигания, расположенных в крышке форкамеры.

Из форкамеры выбрасывается в цилиндр факел горящих газов, который, разогревая и турбулизируя основной заряд, обеспечивает надежное воспламенение и быстрое сгорание рабочей смеси в цилиндре в широком диапазоне ее состава (коэффициента избытка воздуха). Благодаря этому двигатель может устойчиво работать от холостого хода до полной нагрузки, при )том частота вращения двигателя регулируется в основном изменением подачи (давления) топливного газа.

Агрегат ГПА-5000 полностью автоматизирован. Запуск, остановка и управление режимом работы агрегата выполняются с центрального пульта управления. Имеется местный щит, позволяющий аварийно останавливать агрегат, а также управлять им при выполнении наладочных и регулировочных работ.

Отличительной особенностью агрегата ГПА-5000 является малая удельная масса (34,5 кг/кВт); при этом двигатель 61 ГА в сборе имеет массу 39 т, компрессор с цилиндрами и коллекторами -- 88 т. Малые габариты и масса двигателя позволяют блочно компоновать, транспортировать и монтировать их на КС. Отрегулированный на заводе двигатель устанавливают на фундамент и после присоединения к топливной, водяной и масляной системам запускают в работу без переналадок и регулировок.

На компрессорных станциях магистральных газопроводов применяют также комбинированные ГПА. Под комбинированными ГПА понимают агрегаты, сочетающие в себе принципиально различные двигатели (газотурбинный, электрический, поршневой) с разными типами нагнетателей (компрессоров), объединенных с целью повышения экономических показателей в каждом главном элементе ГПА и максимального использования их термодинамических, конструктивных и эксплуатационных преимуществ.

К числу комбинированных ГПА, нашедших практическое применение в газовой и нефтяной промышленности, относят, например, электроприводные поршневые ГПА (ЭПГПА), установленные на КС в Котур-Тепе. Эти агрегаты 6М25-210/3-56 с высоким уровнем автоматизации имеют синхронный электродвигатель типа СДКП мощностью 4000 кВт с частотой вращения п = 375 об/мин, во взрывобезопасном исполнении, позволяющем его установку в общем зале с оппозитным шестирядным поршневым компрессором 6М25. Попутный нефтяной газ, который прежде сжигали на факелах.

Стали компримировать агрегатами в три ступени. Диаметр цилиндров первой, второй и третьей ступеней 750, 450, 290 мм соответственно, ход поршней 400 мм со средней скоростью 5 м/с, охлаждение цилиндров масла и газа между ступенями -- двухконтурное водяное. Для удаления влаги и масла, сконденсировавшихся в процессе охлаждения, смонтированы масловлагоотделители жалюзийного типа. Производительность и нагрузка ГПА регулируются ступенчато подключением восьми дополнительных полостей на цилиндрах первой ступени. В области поршневых двигателей и компрессоров к комбинированным ГПА могут быть отнесены газовые поршневые двигатели, соединенные с центробежным нагнетателем, или поршневые компрессоры, приводимые в действие от газовых турбин.

Заключение

Эффективность применения ПГПА определяется технико-экономическими расчетами. Наиболее вероятное эффективное применение ПГПА возможно в эксплуатационных условиях, которые отличаются широким диапазоном изменения степени повышения давления и подачи газа. Таким условиям соответствуют дожимные и головные КС, а также промежуточные КС в местах значительных отборов либо подвода газа к основному газопроводу. Весьма перспективна установка поршневых агрегатов на КС-регуляторах, обеспечивающих на выходе станций оптимальные параметры газа, что будет способствовать наиболее эффективной эксплуатации мощных центробежных нагнетателей на смежных КС при комбинированном обустройстве газопровода.

Список использованной литературы

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

2. «Оборудование, эксплуатация и ремонт магистральных газопроводов»: В.А. Дятлов, В.М. Михайлов, Е.И. Яковлев. : Москва «НЕДРА» 1990.

Размещено на Allbest.ru