ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИЙ АГРЕГАТ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА Российский патент 2003 года по МПК F04D25/02 

Изобретение относится к области газотурбинных установок, а именно к комбинации газотурбинных установок с другими устройствами и к приспособлению турбинных установок для специальных целей, и может использоваться при реконструкции газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов, в частности, при реконструкции газоперекачивающих агрегатов ГТК - 10-4 со сформированной структурой технологического оборудования (например, фундаменты под газоперекачивающие агрегаты, корпуса и узлы центробежных нагнетателей, технологические трубопроводы как отдельного газоперекачивающего агрегата, так и компрессорной станции в целом и т.д.).

Структура технологического оборудования компрессорной станции, ее разветвленность и масштабы определяются свойствами газоперекачивающего агрегата как основного устройства компрессорной станции, выполняющего главную функцию - компримирование природного газа. Компрессорные станции магистральных газопроводов, газоперекачивающие агрегаты которых отработали свой моторесурс, подлежат реконструкции. Для реконструкции компрессорной станции магистрального трубопровода подбирается такой газоперекачивающий агрегат, который обеспечит максимальный режим работы магистрального газопровода при минимальных затратах как на реконструкцию компрессорной станции, так и на обслуживание и ремонт реконструированного газоперекачивающего агрегата. В общем случае реконструкция газоперекачивающего агрегата проводится посредством демонтажа существующего газоперекачивающего агрегата и сформированной структуры его технологического оборудования и последующего монтажа нового газоперекачивающего агрегата и необходимого для его работы технологического оборудования.

Известен газоперекачивающий агрегат ГПА 16МГ90.01, используемый для реконструкции компрессорных станций (см. патент РФ 2170369 С1, М. кл 7 F 04 D 25/02).

Газоперекачивающий агрегат ГПА 16 МГ90.01, размещенный в индивидуальном укрытии, содержит газотурбинный двигатель ДГ90 с номинальной мощностью 16,0 МВт, объединенный в единый газоперекачивающий агрегат с центробежным нагнетателем RF-2BB. При этом центробежный нагнетатель RF-2BB имеет "правое" направление вращения колеса ротора что, в свою очередь, определяет конструкцию входных и выходных газопроводов технологической обвязки центробежных нагнетателей газоперекачивающих агрегатов, входящих в состав компрессорной станции.

Недостатком данного газоперекачивающего агрегата применительно к реконструкции компрессорной станции с газоперекачивающими агрегатами ГТК - 10-4 является то, что он исключает возможность использования существующих технологических трубопроводов компрессорной станции, оснащенной центробежными нагнетателями, имеющими противоположное, то есть "левое", направление вращения колеса ротора.

Известен газоперекачивающий агрегат ГПУ - 16А (см. Газоперекачивающая установка ГПА-16А. НПО "Машпроект", Зовнiшторгвидав Украiни, 1992 г.).

Этот агрегат представляет собой блочное устройство, в состав которого входит ряд технологических блоков, а именно:
- блок привода с конвертированным судовым турбинным двигателем ДГ90 с номинальной мощностью 16,0 МВт;
- блок центробежного нагнетателя газа НЦ 16 - 76/1,5;
- блоки воздухозаборного и газоотводящего устройств;
- блоки систем обеспечения работы агрегата;
- укрытия, состоящие из блоков крыши и стеновых блок пакетов.

Недостатком данного агрегата применительно к реконструкции газоперекачивающего агрегата ГТК - 10-4 является то, что он исключает возможность использования сформированной структуры технологического оборудования реконструируемой компрессорной станции, так как эксплуатация агрегата ГПУ-16А возможна только в перечисленном составе блоков, что требует сооружения индивидуальных фундаментов под перечисленные блоки, последующий монтаж на эти фундаменты перечисленных блоков, а также демонтаж существующего технологического оборудования компрессорной станции и последующий монтаж нового технологического оборудования, необходимого для работы данного агрегата.

В качестве прототипа выбран газоперекачивающий агрегат ГТК - 10-4 компрессорной станции магистрального газопровода (см. Газоперекачивающий агрегат мощностью 10 МВт. Описание, ТИ-6017-71, 1972).

Данный газоперекачивающий агрегат содержит в своем составе стационарный газотурбинный привод, а именно стационарную газотурбинную установку ГТК - 10 мощностью 10 МВт и коэффициентом полезного действия 28%, центробежный нагнетатель 370-18-1 производительностью до 36 миллионов кубических метров газа в сутки при номинальной частоте вращения ротора 4800 оборотов в минуту, при этом степень сжатия центробежного нагнетателя составляет 1,23, а колесо ротора имеет "левое" направление вращения, при этом газоперекачивающий агрегат ГТК - 10-4 компрессорной станции магистрального газопровода имеет в своем составе устройство для очитки технологического воздуха, воздуховоды для подачи технологического воздуха к стационарному газотурбинному приводу ГТК-10, газоходы и дымовые трубы для удаления продуктов сгорания топлива от стационарного газотурбинного привода ГТК-10, причем воздуховоды, газоходы и дымовые трубы расположены симметрично относительно продольной оси газоперекачивающего агрегата. При этом данный газоперекачивающий агрегат имеет значительные габаритные размеры и вес, достигающий 157 тонн.

Недостатком данного газоперекачивающего агрегата, даже при условии восстановления его номинальных технических характеристик, является его низкий коэффициент полезного действия, ограниченная мощность стационарной газотурбинной установки ГТК-10, ограниченная пропускная способность центробежного нагнетателя 370-18-1, имеющего фиксированные геометрические размеры колеса ротора и корпусных деталей. Кроме того, недостатком данного газоперекачивающего агрегата являются как длительный простой газоперекачивающего агрегата при ремонте газотурбинного привода ГТК-10 в условиях компрессорной станции, так и значительные затраты на проведение этого ремонта. Кроме того, недостатком данного газоперекачивающего агрегата является техническая сложность замены корпусных деталей газотурбинного привода ГТК-10 в условиях компрессорной станции как из-за их значительных габаритных размеров, так и из-за их значительного веса.

Технический эффект предложенного изобретения заключается в повышении производительности газоперекачивающего агрегата компрессорной станции после его реконструкции, в максимальном использовании сформированной структуры технологического оборудования газоперекачивающего агрегата компрессорной станции, в упрощении процесса реконструкции газоперекачивающего агрегата, в сокращении времени на реконструкции газоперекачивающего агрегата, в упрощении процесса проведения обслуживания и ремонта газоперекачивающего агрегата в условиях действующей компрессорной станции.

Поставленная цель достигается тем, что газоперекачивающий агрегат компрессорной станции магистрального газопровода, содержащий в своем составе стационарный газотурбинный привод, а именно стационарную газотурбинную установку ГТК-10 мощностью 10 МВт и коэффициентом полезного действия 28%, центробежный нагнетатель 370-18-1 производительностью до 36 миллионов кубических метров газа в сутки при номинальной частоте вращения ротора 4800 оборотов в минуту, причем степень сжатия центробежного нагнетателя составляет 1,23, а колесо ротора имеет "левое" направление вращения, устройство для очитки технологического воздуха, воздуховоды для подачи технологического воздуха к стационарному газотурбинному приводу ГТК-10, газоходы и дымовые трубы для удаления продуктов сгорания топлива от стационарного газотурбинного привода ГТК-10, причем воздуховоды, газоходы и дымовые трубы расположены симметрично относительно продольной оси газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода, согласно изобретению состоит из газотурбинного привода, выполненного в виде модульного блока полной заводской готовности с унифицированными узлами подключения к агрегатам реконструированного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода и с унифицированными узлами подсоединения к технологическим трубопроводам реконструированного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода, причем унифицированные узлы подключения и унифицированные узлы подсоединения позволяют производить как установку указанного газотурбинного привода на унифицированный фундамент любого реконструированного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода, так и подключение указанного газотурбинного привода ко всем агрегатам, входящим в состав любого реконструированного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода, а именно к модернизированному центробежному нагнетателю, к модернизированному воздухоочистительному устройству, к модернизированным воздуховодам для подачи к газотурбинному приводу технологического воздуха, к модернизированным газоходам и дымовым трубам, предназначенным для удаления продуктов сгорания топлива, к аппаратам воздушного охлаждения масла реконструированного газоперекачивающего агрегата, ко всем типам модернизированных технологических трубопроводов, к модернизированной системе автоматизированного управления реконструированного газоперекачивающего агрегата, причем в качестве газотурбинного привода применяется судовой турбинный двигатель, конвертированный для работы на природном газе, при этом мощность судового турбинного двигателя, являющегося газотурбинным приводом газоперекачивающего агрегата, составляет не менее 16 МВт, а коэффициент полезного действия этого газотурбинного привода составляет не менее 34%, причем в качестве этого газотурбинного привода используется судовой турбинный двигатель ДГ-90 с "левым" направлением вращения ротора силовой турбины, при этом компримирование природного газа производится посредством модернизированного центробежного нагнетателя, который имеет в своем составе корпус центробежного нагнетателя 370-18-1, используемый без конструктивных изменений, модернизированную заднюю крышку центробежного нагнетателя 370-18-1 и усовершенствованную сменную проточную часть, а снабжение технологическим воздухом газотурбинного привода производится посредством модернизированного воздухоочистительного устройства, обеспечивающего очистку технологического воздуха от загрязняющих частиц, имеющих минимальные геометрические размеры до 10 микрон, при этом производительность воздухоочистительного устройства составляет не менее 150 м³ очищенного технологического воздуха в секунду, при этом подача воздуха для охлаждения газотурбинного привода, а именно судового турбинного двигателя ДГ-90, находящегося в модульном блоке, и для поддержания повышенного давления в модульном блоке газотурбинного привода производится по воздуховодам, расположенным с правой стороны продольной оси реконструированного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода, а удаление продуктов сгорания топлива производится посредством разветвленного газохода и дымовых труб, расположенных с левой стороны продольной оси реконструированного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода, причем модернизированный центробежный нагнетатель оснащен либо усовершенствованной сменной проточной частью 370-1,25/76-16-5200, обеспечивающей производительность модернизированного центробежного нагнетателя не менее 36 млн. м³ газа в сутки при номинальной частоте вращения ротора 5200 оборотов в минуту и потребляемой им мощности не менее 16,0 МВт, при этом степень сжатия модернизированного центробежного нагнетателя составляет 1,25, либо усовершенствованной сменной проточной частью 370-1,50/76-16-5200, обеспечивающей производительность модернизированного центробежного нагнетателя не более 36 млн. м газа в сутки при номинальной частоте вращения ротора 5200 оборотов в минуту и потребляемой им мощности не менее 16,0 МВт, при этом степень сжатия модернизированного центробежного нагнетателя составляет 1,50.

Газотурбинный двигатель ДГ90 с "левым" направлением вращения ротора силовой турбины, модернизированный центробежный нагнетатель со сменной проточной частью СПЧ 370-1,25/76-16-5200 в совокупности с перечисленными модернизированными технологическими системами образуют газоперекачивающий агрегат ГПА 16 МГ 90.02, а газотурбинный двигатель ДГ90 с "левым" направлением вращения ротора силовой турбины, модернизированный центробежный нагнетатель со сменной проточной частью СПЧ 370-1,50/76-16-5200 в совокупности с перечисленными модернизированными технологическими системами образуют газоперекачивающий агрегат ГПА 16 МГ 90.04.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен реконструированный газоперекачивающий агрегат, содержащий газотурбинный привод, а именно судовой турбинный двигатель ДГ90 (1), расположенный в модульном блоке (2), центробежный нагнетатель (3), воздухоочистительное устройство (4), устройство подачи технологического воздуха (5), воздуховоды (6), разветвленный газоход (7) и дымовые трубы (8), (9). Центробежный нагнетатель (3) имеет в своем составе корпус (10), сменную проточную часть (11), заднюю крышку (12) и крышку сборную уплотнительную (13). Кроме того, реконструированный газоперекачивающий агрегат оборудован унифицированными фундаментами, снабжен технологическими трубопроводами, аппаратами воздушного охлаждения масла и системой автоматизированного управления газоперекачивающим агрегатом, которые на чертеже не показаны.

Ниже приводится конкретный порядок осуществления заявляемого способа.

Заявляемое устройство, а именно реконструированный газоперекачивающий агрегат, предназначен для компримирования природного газа, транспортируемого по магистральному газопроводу. Для создания заявляемого устройства производится демонтаж газотурбинного привода ГТК-10, его систем маслообеспечения и подачи топливного газа, воздухоочистительного устройства.

Для обеспечения установки как газотурбинного двигателя ДГ90 (1), расположенного в модульном блоке (2), так и технологического оборудования реконструированного газоперекачивающего агрегата на существующий фундамент демонтированного газотурбинного привода ГТК-10 осуществляется доработка существующего фундамента.

Для этого производится срезка верхней части оголовков колонн существующего фундамента газотурбинного привода ГТК-10, подготовка поверхностей этих пяти колонн методом зачистки и шабрения для монтажа переходных фундаментных балок, необходимых для установки рамы блока судового турбинного двигателя ДГ90 (1), маслобака модернизированного центробежного нагнетателя (3) и т.д.

При этом учитывается, что устанавливаемый маслобак по объему хранимого в нем масла и технологическому оборудованию, размещаемому на нем, применим как для модернизированного центробежного нагнетателя (3) со сменной проточной частью СПЧ 370-1,25/76-16-5200, так и для модернизированного центробежного нагнетателя (3) со сменной проточной частью СПЧ 370-1,50/76-16-5200.

Далее на модернизированный фундамент по определенной схеме монтируются переходные фундаментные балки, производится их выверка как по осям газоперекачивающего агрегата, так и по требуемым высотным отметкам. На переходные фундаментные балки монтируется маслобак модернизированного центробежного нагнетателя (3), а затем - рама блока судового турбинного ДГ90 (1). Монтаж указанных элементов газоперекачивающего агрегата производится с их выверкой как по осям газоперекачивающего агрегата, так и по требуемым высотным отметкам. Далее производится монтаж индивидуального маслоблока судового турбинного ДГ90 (1) и технологических трубопроводов системы маслообеспечения судового турбинного ДГ90 (1). После выполнения монтажа на фундамент перечисленных узлов газоперекачивающего агрегата производится монтаж блока вентиляторов, которые при эксплуатации реконструированного газоперекачивающего агрегата будут использованы для охлаждения газотурбинного привода, а именно, судового турбинного двигателя ДГ-90 (1), находящегося в модульном блоке (2), и для поддержания повышенного давления в модульном блоке (2) газотурбинного привода.

Для соединения судового турбинного двигателя ДГ90 (1) с воздухоочистительным устройством (4) производится монтаж устройства подачи технологического воздуха (5), причем его монтаж осуществляется до монтажа модульного блока (2), в котором расположен судовой турбинный двигатель ДГ90 (1).

Далее производятся работы по монтажу технологического оборудования и технологических трубопроводов, необходимых для совместной работы судового турбинного двигателя ДГ90 (1) с модернизированным центробежным нагнетателем (3), например основной насос системы маслообеспечения модернизированного центробежного нагнетателя (3), блок винтовых насосов уплотнения модернизированного центробежного нагнетателя (3), монтаж аппаратов воздушного охлаждения масла газоперекачивающего агрегата и т.д. Далее на уже смонтированную раму блока судового турбинного двигателя ДГ90 (1) осуществляется монтаж модульного блока (2), в котором расположен судовой турбинный двигатель ДГ90 (1).

Для повышения производительности центробежного нагнетателя 370-18-1, максимального использования мощности судового турбинного двигателя ДГ90 (1) и обеспечения их стыковки для совместной работы осуществляется доработка центробежного нагнетателя 370-18-1. Она заключается в замене существующей проточной части центробежного нагнетателя 370-18-1 на усовершенствованную сменную проточную часть (11). При этом установка усовершенствованной сменной проточной части (11) производится в корпус (10) центробежного нагнетателя 370-18-1, используемый без конструктивных изменений. В качестве усовершенствованной сменной проточной части (11) может быть использована либо сменная проточная часть СПЧ 370-1,25/76-16-5200, либо сменная проточная часть СПЧ 370-1,50/76-16-5200. В связи с тем, что перечисленные сменные проточные части (10) модернизированного центробежного нагнетателя (3) имеют более широкие колеса ротора и увеличенный диффузор, производится доработка задней крышки (12) центробежного нагнетателя 370-18-1.

Для обеспечения соединения двигателя ДГ90 (1) с любым модернизированным центробежным нагнетателем (3), например с модернизированным центробежным нагнетателем 370-1,25/76-16-5200 или с модернизированным центробежным нагнетателем 370-1,50/76-16-5200, и обеспечения герметичности системы смазки модернизированного центробежного нагнетателя (3) производится доработка его корпуса (10) со стороны судового турбинного двигателя ДГ90 (1). Для этого производится демонтаж существовавшей системы уплотнений опорного подшипника центробежного нагнетателя 370-18-1, а система смазки модернизированного центробежного нагнетателя (3) отделяется от системы смазки судового турбинного двигателя ДГ90 (1). Взамен демонтированных узлов на корпус (10) центробежного нагнетателя 370-18-1 устанавливается крышка сборная уплотнительная (13) с системой лабиринтных уплотнений и монтируется трубопровод подвода воздуха из-за компрессора низкого давления судового турбинного двигателя ДГ90 (1) под крышку сборную уплотнительную (13). Для установки крышки сборной уплотнительной (13) в корпусе (10) центробежного нагнетателя 370-18-1 высверливаются по кондуктору определенное количество отверстий и нарезается резьба необходимого шага. При этом все доработки центробежного нагнетателя (3) производятся с сохранением конструкции корпуса (10), фундамента центробежного нагнетателя 370-18-1, входных и выходных газопроводов технологической обвязки центробежного нагнетателя 370-18-1.

Для обеспечения судового турбинного двигателя ДГ90 (1) необходимым количеством технологического воздуха производится монтаж модернизированного воздухоочистительного устройства (4), причем монтаж модернизированного воздухоочистительного устройства (4) производится из отдельных узлов и элементов полной заводской готовности.

В связи с принципиальными отличиями системы смазки судового турбинного двигателя ДГ90 (1) от системы смазки газотурбинного привода ГТК-10, система смазки газотурбинного привода ГТК-10 демонтируются, а взамен ее производится монтаж системы смазки судового турбинного двигателя ДГ90 (1), включающей в себя индивидуальные аппараты воздушного охлаждения, маслобак, статический маслоотделитель и технологические трубопроводы. Маслобак с подогревом и объемом не менее 1000 литров устанавливается так, чтобы обеспечилось необходимое расстояние по вертикали между нормальным уровнем масла в маслобаке и продольной осью судового турбинного двигателя ДГ90 (1).

Далее производится доработка система электроснабжения газоперекачивающего агрегата. При этом реконструированный газоперекачивающий агрегат обеспечивается отдельным блоком электротехнического оборудования и силовыми электротехническими цепями. Размещение электротехнического оборудования в отдельном блоке упрощает как контроль за работой оборудования, так и улучшает условия его обслуживания.

Монтаж системы контрольно-измерительных приборов и автоматики реконструированного газоперекачивающего агрегата осуществляется после демонтажа системы контрольно-измерительных приборов газоперекачивающего агрегата ГТК - 10-4. Система контрольно-измерительных приборов модернизированного нагнетателя (3) и смонтированные контрольно-измерительные приборы судового турбинного двигателя ДГ90 (1) посредством электрических цепей связываются с блоком электротехнического оборудования и главным щитом управления компрессорной станции, производится перепрограммирование системы автоматизированного управления в соответствии с алгоритмом работы реконструированного газоперекачивающего агрегата.

Далее производится монтаж воздуховодов (6), разветвленного газохода (7) и дымовых труб (8) и (9), причем воздуховоды (6) подачи воздуха для охлаждения газотурбинного привода и поддержания повышенного давления в модульном блоке (2) монтируются с правой стороны продольной оси реконструированного газоперекачивающего агрегата, а разветвленный газоход (7) и дымовые трубы (8), (9) - с левой стороны продольной оси реконструированного газоперекачивающего агрегата.

Судовые турбинные двигатели ДГ90 (1), являющиеся газотурбинным приводом реконструированных газоперекачивающих агрегатов, взаимозаменяемы, их ремонт производится только в условиях специализированных ремонтных предприятий, а время простоя реконструированных газоперекачивающих агрегатов в ремонте определяется только временем замены одного газотурбинного привода на другой, резервным. Кроме того, при создании указанных реконструированных газоперекачивающих агрегатов максимально используется технологическая структура ГТК - 10-4, а именно технологическая обвязка компрессорной станции, фундаменты под ГТК - 10-4, аппараты воздушного охлаждения газа и т.д.

Изобретение относится к области газотурбинных установок, а именно к комбинации газотурбинных установок с другими устройствами, и может использоваться при реконструкции газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов, в частности, при реконструкции газоперекачивающих агрегатов ГТК - 10-4 со сформированной структурой технологического оборудования. Технический эффект предложенного изобретения заключается в повышении производительности газоперекачивающего агрегата компрессорной станции после его реконструкции, в максимальном использовании сформированной структуры технологического оборудования газоперекачивающего агрегата компрессорной станции, в упрощении процесса реконструкции газоперекачивающего агрегата, в сокращении времени на реконструкции газоперекачивающего агрегата, в упрощении процесса проведения обслуживания и ремонта газоперекачивающего агрегата в условиях действующей компрессорной станции. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Газоперекачивающий агрегат компрессорной станции, содержащий стационарный газотурбинный привод, центральный нагнетатель, устройство для очистки технологического воздуха, воздуховоды для подачи очищенного технологического воздуха к стационарному газотурбинному приводу, газоходы и дымовые трубы для удаления продуктов сгорания топлива, отличающийся тем, что газотурбинный привод выполнен в виде модульного блока с унифицированными узлами подсоединения к агрегатам и технологическим трубопроводам газоперекачивающего агрегата, центробежный нагнетатель оборудован сменной проточной частью, а воздухоочистительное устройство выполнено обеспечивающим очистку технологического воздуха от загрязняющих частиц, имеющих минимальный геометрический размер до 10 мкм, при этом производительность воздухоочистительного устройства не менее 150 м³ очищенного воздуха в секунду, а подача воздуха для охлаждения газотурбинного привода и для поддержания повышенного давления в модульном блоке газотурбинного привода производится по воздуховодам, расположенным с правой стороны продольной оси газоперекачивающего агрегата, а удаление продуктов сгорания топлива производится посредством разветвленного газохода и дымовых труб, расположенных с левой стороны продольной оси газоперекачивающего агрегата, причем в качестве газотурбинного привода применяется судовой турбинный двигатель, конвертированный для работы на природном газе, имеющий мощность не менее 16 МВт, коэффициент полезного действия не менее 34% и "левое" направление вращения ротора силовой турбины. 2. Газоперекачивающий агрегат по п. 1, отличающийся тем, что центробежный нагнетатель оборудован сменной проточной частью 370-1,25/76-16-5200, обеспечивающей производительность нагнетателя не менее 36 млн. м³ газа в сутки, при этом степень сжатия центробежного нагнетателя составляет 1,25. 3. Газоперекачивающий агрегат по п. 1, отличающийся тем, что центробежный нагнетатель оборудован сменной проточной частью 370-1,25/76-16-5200, обеспечивающей производительность нагнетателя не менее 36 млн. м³ газа в сутки, при этом степень сжатия центробежного нагнетателя составляет 1,5.