Компрессорные станции

  Введение :

  Компрессорные станции на магистральных газопроводах сооружают с целью достижения проектной или плановой производительности повышением давления транспортируемого  газа, при этом осуществляют следующие  основные технологические процессы: очистку газа от жидких и твердых  примесей, компримирование газа; охлаждение газа.   На КС газопроводов транспортируемый газ компримируют до давления, обеспечивающего его подачу от источников газа до газораспределительных станций потребителей. Основными параметрами, контролируемыми на КС, являются количество транспортируемого газа, его давление и температура на входе и выходе.       

  1.  Классификация компрессорных станций  и их назначение   По технологическому принципу КС делят на головные (ГКС), размещаемые обычно в непосредственной близости от месторождений газа, и на промежуточные располагаемые по трассе газопровода, в соответствии с его гидравлическим расчетом, на площадках, выбранных в процессе изысканий.            На ГКС газ не только компримируют, но и подготавливают для транспорта. Для обеспечения требований, предъявляемых к транспортируемому газу, на головных станциях газопровода производят сепарацию, осушку, очистку, удаление сероводорода и углекислоты, охлаждение и замер количества газа. На промежуточных КС обязательно производится очистка газа от механических примесей и, при необходимости, охлаждение газа.           По типу применяемых на них газоперекачивающих агрегатов (ГПА) КС разделяют на: станции, оборудованные поршневыми компрессорами с газомоторным приводом (газомотокомпрессорами); станции, оборудованные центробежными нагнетателями с газотурбинным приводом; станции, оборудованные центробежными нагнетателями с приводом от электродвигателей.         Комплекс компрессорных станций включает, как правило: один или несколько компрессорных цехов; узлы пуска и очистных устройств; систему сбора, удаления и обезвреживания твердых и жидких примесей, извлеченных из транспортируемого газа; систему электроснабжения; систему производственно-хозяйственного и пожарного водоснабжения; систему теплоснабжения и утилизации теплоты; систему канализации и очистные сооружения; систему молниезащиты; систему ЭХЗ объектов КС; систему связи; Диспетчерский пункт (ДП) КС; административно-хозяйственные помещения.         Эффективность, надежность и безопасность оборудования КС обеспечивают с помощью технической диагностики состояния оборудования; поддержания оборудования и коммуникаций в исправном состоянии; модернизации или реновации морально или физически устаревшего оборудования.         Оборудование компрессорной станции должно иметь технологическую станционную нумерацию, нанесенную несмываемой краской или другим способом.            К основным объектам КС относят: площадки приема и пуска очистных устройств; установки очистки газа от механических примесей; компрессорный цех (КЦ); коллекторы газа высокого давления; узел охлаждения газа.           Объектами вспомогательного назначения являются: узел редуцирования давления пускового, топливного газа и газа для собственных нужд; электростанция для собственных нужд или трансформаторная подстанция при внешнем источнике энергоснабжения; котельная или установка утилизации тепла уходящих газов; склад горюче-смазочных материалов; ремонтно-эксплуатационный блок; служебно-эксплуатационный блок; служба связи; объекты водоснабжения, канализации и очистные сооружения. 

    2. Основное и вспомогательное оборудование  КС   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. Центробежные машины для перекачки газа — нагнетатели — могут иметь привод от газотурбинных установок (ГТУ) или от электродвигателей.  При малых подачах газа (до 5000 млн. м³/год) в свое время наиболее широкое применение нашли газомотокомпрессоры, 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. ГПА включает в себя газотурбинную установку, центробежный нагнетатель природного газа и следующее вспомогательное оборудование: комплексное воздухоочистительное устройство; выхлопное устройство; системы топливную и пусковые, масляную, автоматического управления, регулирования и защиты, охлаждения масла, гидравлического уплотнения нагнетателя. 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.  

  3.Технологические схемы компрессорных станций  3.1.Технологическая схема газотурбинного компрессорного цеха с полнонапорными центробежными нагнетателями.  

        В качестве примера  рассмотрим технологическую схему  КС-19а газопровода "Уренгой-Новопсков" (рис.1).        Компрессорный цех оснащен двухступенчатыми центробежными нагнетателями типа 235-21-1 с приводом от газотурбинного двигателя судового типа мощностью 10 тыс. кВт. Количество ГПУ-10 на КС-19а: шесть - рабочих, два - резервных.        Основное технологическое оборудование КС-19а - компрессорные агрегаты, пылеуловители - приняты отечественного производства, воздушные холодильники газа - фирмы "Крезо-Луар" (Франция).  На площадке установки охлаждения газа размещено десять холодильников газа комплектно с арматурой фирмы "Крезо-Луар", а также трубопроводы и необходимая арматура пусковых контуров.     Сооружения и оборудование вспомогательного технологического назначения - установка подготовки топливного, пускового и импульсного газов, емкость сбора конденсата размещены на отдельных площадках с учетом их технологического назначения, сокращения протяженности технологических коммуникаций и требований правил взрыво- пожаробезопасности.          В технологической схеме КС-19а предусмотрены следующие основные процессы обработки газа:        1)очистка газа от пыли и жидкости;    2)компримирование газа;       3)охлаждение газа.         На компрессорной станции, кроме основных установок, для обработки газа предусмотрены:          1)система топливного, пускового и импульсного газа;   2)система промывки проточной части турбокомпрессоров;  3)система подпитки антифризом замкнутой системы охлаждения масел; 4)система подготовки, потребления сжатого воздуха;   5)система обеспечения маслом.

  К узлу сборки конденсата

Рис.1 Технологическая  схема КС с полнонапорными нагнетателями. ВОК - восточный охранный кран, ЗОК - западный охранный кран, АВО - аппарат воздушного охлаждения, № 17, 17а, 18 и 18а - свечные краны , №1,2 - отсекающие краны, № 7 и 7а - входные краны, № 6 - кран выхода на станционное кольцо (на контур), № 4 - кран для заполнения контура, № 6 - противопомпажный кран, БТПГ - блок подготовки пускового и топливного газа, ГПА - газоперекачивающих агрегатов. 

        Газ из магистрального газопровода D_y 1400 мм, проходя через восточный охранный кран (ВОК), поступает на узел подключения КС к магистральному газопроводу. Охранный кран ВОК предназначен для автоматического отключения магистрального газопровода от станции в случае возникновения каких-либо аварийных ситуаций на узле подключения, в технологической обвязке компрессорной станции, цеха или обвязке ГПА. С целью повышения надежности работы КС и снижения потерь давления газа на трение на всасывании и нагнетании КС принята двухшлейфовая система подключения.           Из узла подключения газ двумя входными шлейфами D_у 1000 мм при открытых кранах № 7 и 7а направляется на установку пылеуловителей. Подключение пылеуловителей — коллекторное. Очищенный газ из пылеуловителей двумя трубопроводами D_y 1000 мм поступает на всасывание компрессорных агрегатов. Компримированный газ из компрессорного цеха направляется двумя трубопроводами D_у 1000 мм на охлаждение в аппараты воздушного охлаждения (подключение АВО — коллекторное) и далее по двум шлейфам D_у 1000 мм через открытые краны № 8 и 8а в магистральный газопровод.            На магистральном газопроводе, после КС установлен западный охранный кран (ЗОК), назначение которого такое же, как и охранного крана БОК перед компрессорной станцией.        Между всасывающим (входным) и нагнетательным (выходным) шлейфами имеются перемычки D_y 700 мм от каждого выходного шлейфа после АВО газа на вход КС с установкой кранов № 36 и 36а, байпасов D_у 150 мм с кранами № 36р и Зб, необходимых для предотвращения работы ГПА в помпажной зоне нагнетателя, и общего для обеих перемычек дроссельного крана № 37 D_y 700 мм. Они образуют пусковой контур компрессорной станции и предназначены для работы агрегатов на кольцо перед нагрузкой и разгрузкой.           Входные краны № 7 и 7а имеют байпасные краны, предназначенные для заполнения газом всей системы технологической обвязки компрессорной станции. Только после выравнивания давления в магистральном газопроводе и технологических коммуникациях станций с помощью крана № 76 производится открытие крана № 7. Это делается во избежание газодинамического удара, который может возникнуть при открытии крана № 7 без предварительного заполнения газом технологических коммуникаций компрессорной станции.        Обратные клапаны перед кранами № 8, 8а предупреждают обратный поток газа со  стороны нагнетания в сторону всасывания при переводе агрегатов на пусковой контур.         Этот поток газа, если он возникнет при открытии крана № 8, может привести к обратной раскрутке центробежного нагнетателя и ротора силовой турбины, что в конечном итоге приведет к серьезной аварии на КС.  Свечные краны № 17, 17а, 18 и 18а предназначены для стравливания газа в атмосферу из технологических коммуникаций станции при производстве на них профилактических работ и при возникновении аварийных ситуаций на КС.           Краны № 7, 8, 17, 18, 18а имеют дистанционное управление и автоматическое управление от ключа аварийной остановки станции.   Охладители газа подключаются к выходным шлейфам и вводятся в работу закрытием разделительных кранов на шлейфах.    Обвязка полнонапорного центробежного нагнетателя включает в себя краны: №1,2 - отсекающие, № 6 - для выхода на станционное кольцо (на контур), № 4 - для заполнения контура, через него проводится продувка газом контура нагнетателя перезаполнением через свечу краном № 5. Перед выходным краном № 2 противопомпажным краном № 6 устанавливают обратные клапаны.          Все краны нагнетателя имеют автоматическое управление, дистанционное и ручное. Газ на собственные нужды отбирается в четырех точках: до крана № 20 (через кран № 1т), после крана № 20 (через кран № 4т), а также от выходного коллектора пылеуловителей (через кран № 2т) и входного коллектора АВО газа (через кран № Зт). После прохождения через блок подготовки пускового и топливного газа (БТПГ) газ направляется к газоперекачивающим агрегатам.        В узле подключения КС к магистральному газопроводу предусмотрен транзитный пропуск очистного устройства при открытом кране № 20. Продукты очистки газопровода направляют на узел сбора жидкости, который разработан в проекте линейной части газопровода. В технологической схеме КС-19а предусмотрено сооружение следующих трубопроводов между узлами подключения КС и самой КС-19а:        1)два всасывающих шлейфа из труб D_у 1000 мм, протяженность 1-го шлейфа - 420 м, 2-го - 420 м;         2)два нагнетательных шлейфа из труб D_у 1000 мм, протяженность 3-го шлейфа - 415 м, 4-го - 420 м;        3)трубопровод к установке подготовки газа из труб D_у 80 мм, протяженностью 380 м. Конденсатопровод из труб D_у 300 мм, протяженностью 250 м.        Защиту подземных трубопроводов от почвенной коррозии осуществляют путем покрытия наружной поверхности труб изоляционной пленкой "Поликен 955-25" в два слоя.        Согласно СНиП 2.05.06-85* все трубопроводы отнесены к первой категории участков.          В связи с тем что трассы шлейфов частично проходят по обводненным землям, предусматривают закрепление их винтовыми анкерными устройствами с лопастью диаметром 300 мм типа АЛ-4п-30.   Для предотвращения температурных подвижек мест подключения к магистральному газопроводу и к КС предусматривают дополнительно горизонтальные углы поворотов из крутоизогнутых отводов (45 °), выполняющих роль компенсаторов.     Трубопроводы к установке подготовки газа и импульсного газа укладывают в одной траншее со всасывающим шлейфом диаметром 1020 мм. 

  3.2. Технологическая схема газотурбинного компрессорного цеха с неполнонапорными центробежными нагнетателями.           Принципиальная технологическая схема КС-17а приведена на рис.2. КС состоит из одного цеха, подключенного к магистральному газопроводу "Уренгой-Петровск", D_y= 1400 мм, р_пр = 75 кгс/см². Газ высокого давления из магистральных газопроводов через входные шаровые краны № 7,7А (D_y 1000 мм) узла подключения по всасывающим газопроводам-шлейфам поступает через входные коллекторы на батареи циклонных пылеуловителей (шесть пылеуловителей производительностью 20 млн. м³/сут каждый), где очищается от механических и жидких примесей. После очистки газ попадает во всасывающий коллектор (D_у 1000 мм) газоперекачивающих агрегатов, из которого направляется в два последовательно работающих нагнетателя восьми агрегатов ГПА-10 (из них два в резерве), где сжимается до проектного избыточного давления (75 кгс/см²). Компримированный газ под давлением 75 кгс/см² поступает в нагнетательный коллектор (D_у 1000 мм) и далее по трубопроводам (D_у 1000 мм) направляется к батарее из 12 аппаратов воздушного охлаждения газа. Охлажденный до 28 °С газ по выходным шлейфам (D_у 1000 мм) направляется к узлу подключения, попадая через краны № 8, 8а в магистральный газопровод.        Перемычки между всасывающим и нагнетательным шлейфами с кранами № 6, 6а, 66, 6в образуют пусковой контур цеха, который предназначен для работы агрегатов на кольцо перед нагрузкой и разгрузкой, а также для регулирования производительности перепуском газа со стороны нагнетания на прием цеха.         Сжатие газа осуществляется с помощью газоперекачивающих агрегатов ГПА-10 с нагнетателями типа 370-18-1.

            Рис.2 Технологическая схема газотурбинного компрессорного цеха с неполнонапорными центробежными нагнетателями. ЗОК - западный охранный кран, АВО - аппарат воздушного охлаждения, ГПА - газоперекачивающих агрегатов, № 17, 17а, 18 и 18а - свечные краны , №1,2 - отсекающие краны, № 7 и 7а - входные краны, № 6 - кран выхода на станционное кольцо (на контур), № 4 - кран для заполнения контура, № 6 - противопомпажный кран, БТПГ - блок подготовки пускового и топливного газа, № 105, 106 и 107, 108 -краны с выходного шлейфа. 
 
 
 
 

    Газ на собственные нужды отбирается в четырех точках: до крана № 20, после крана № 20, а также от входного и выходного шлейфа через краны № 105, 106 и 107, 108. После прохождения через блок подготовки пускового и топливного газа (БТПГ) газ направляется к газоперекачивающим агрегатам. Импульсный газ после осушки в адсорберах подводят к крановым узлам. Отличительная особенность использования полнонапорных центробежных нагнетателей с параллельной схемой их обвязки по сравнению с неполнонапорными нагнетателями с параллельно-последовательной схемой их соединения: схема с полнонапорными ЦБН значительно проще в управлении из-за меньшего количества запорной арматуры; она позволяет использовать в работе любые из имеющихся в резерве агрегаты; отпадает необходимость в кранах № 3 и 3-бис, а также в режимных кранах № 51-66. Следует также отметить, что остановка одного агрегата в схеме с неполно-напорными нагнетателями вызывает необходимость выводить на режим "кольцо" и второй агрегат. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованных источников

1.Технологический  регламент КС "Юрхаровское месторождение  - пуровский ЗПК."

2.  Быков Л.И., Лаврентьев А.Е. ,  Мустафин Ф.М., Нечваль А.М. Рафиков С.К., «Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов».

3. Новоселов В.Ф.,Тугунов П.И., «Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов».

4. Александров В.Н., Гольянов А.И., Коробков Г.Е., Мастобаев Б.Н., Шаммазов А.М.,  «Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций».