СПОСОБ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ ВСТРОЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ КОМПРЕССОРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ВЗРЫВООПАСНЫХ ГАЗОВ Российский патент 2007 года по МПК F16C32/04 

Изобретение относится к газовой, нефтеперерабатывающей и химической промышленности, в частности, к способам взрывозащиты встроенного электрооборудования компрессорной установки для транспортировки взрывоопасных газов.

Известен способ взрывозащиты встроенного электрооборудования компрессорной установки для транспортировки взрывоопасных газов, содержащей компрессор с электромагнитными подшипниками и двухступенчатыми газодинамическими уплотнениями, приводной двигатель и заключенную в кожух приводную муфту, с видом взрывозащиты "заполнение или продувка оболочки электрооборудования защитным газом под избыточным давлением", при котором защитный газ подают от одного источника защитного газа (Шайхутдинов А.З., Соколовский М.И., Саков Ю.Л., Варин В.В., Яновский В.А., Логунов С.Б., Сарычев А.П., Спирин А.В., Носков А.В. Создание нагнетателя НЦ-16М "Урал" с электромагнитным подвесом и сухими уплотнениями // Компрессорная техника и пневматика. М., 2003, №6, с.3-6; Гузельбаев Я.З., Андрианов А.В., Сидоров В.П., Страхов Г.П. Конструкция электромагнитных подшипников системы магнитного подвеса ротора нагнетателей для газоперекачивающих агрегатов ГПА-16 "Волга", ГПА-12 "Урал"//Сборник научных трудов. "Проектирование и исследование компрессорных машин" Вып.4. Казань, 1999, с.251-256 (прототип)).

Данный способ не обеспечивает должной надежности взрывозащиты встроенного электрооборудования, а значит и компрессорной установки в целом, поскольку в указанном способе отсутствует контроль разности давлений между защитными оболочками электрооборудования и вторыми ступенями газодинамических уплотнений, при этом не исключается опасность проникновения взрывоопасной среды в защитные оболочки электрооборудования из отсека двигателя через кожух приводной муфты и образования подшипниковых токов. Кроме того, при возникновении сбоев в процессе подачи защитного газа в защитные оболочки электрооборудования аварийный останов осуществляется с выбегом ротора при отсутствии продувки защитных оболочек, обеспечивающей их взрывозащиту.

Исходя из изложенного выше, основная техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в повышении надежности взрывозащиты встроенного электрооборудования компрессорной установки для транспортировки взрывоопасных газов, а значит, и в повышении надежности компрессорной установки в целом. Кроме того, экономится электроэнергия, затрачиваемая на приводной электродвигатель вихревого компрессора, обеспечивающего забор и подачу защитного газа от источника, расположенного вне взрывоопасной зоны.

Указанная техническая задача решается благодаря созданию способа взрывозащиты встроенного электрооборудования компрессорной установки для транспортировки взрывоопасных газов, который, как и известные, включает подачу защитного газа под избыточным давлением от источника защитного газа, расположенного вне взрывоопасной зоны установки, в защитные оболочки электрооборудования и продувку защитных оболочек на режимах предпусковой продувки и всех видов остановов компрессорной установки, предохранение защитных оболочек электрооборудования от проникновения взрывоопасных газов, выполнение последовательности действий, обеспечивающих взрывозащиту электрооборудования, согласно алгоритмам, реализуемым системой автоматизированного управления компрессорной установки, но в котором, в соответствии с заявляемым изобретением:

- на рабочих режимах подают защитный газ (воздух) от компрессора приводного двигателя, причем подаваемый от компрессора приводного двигателя защитный газ предварительно охлаждают;

- переключение источников защитного газа осуществляют автоматически при достижении заданного значения давления в системе подачи защитного газа;

- измеряют разность давлений между защитными оболочками электрооборудования и вторыми ступенями газодинамических уплотнений и, в случае снижения разности давлений до величины ниже заданной, останавливают компрессорную установку и отключают напряжение питания электромагнитов;

- измеряют расход или давление защитного газа на выходах из защитных оболочек электрооборудования и, в случае снижения давления или расхода до величины ниже заданной, останавливают компрессорную установку и отключают напряжение питания электромагнитов;

- исключают замкнутый проводящий контур при наличии напряжения питания на электромагнитах для предупреждения образования подшипниковых токов;

- для предотвращения проникновения взрывоопасного газа в защитные оболочки встроенного электрооборудования из взрывоопасного помещения приводной двигатель изолируют, например, заключают в кожух, при этом кожух двигателя и кожух муфты вентилируют, а воздух из пространства под кожухами приводного двигателя и приводной муфты отводят за пределы взрывоопасной зоны;

- последовательность действий, обеспечивающую взрывозащиту электрооборудования согласно алгоритмам, реализуемым системой автоматизированного управления компрессорной установки, осуществляют на всех режимах работы.

Таким образом, техническая задача повышения надежности взрывозащиты встроенного электрооборудования компрессорной установки для перекачивания взрывоопасного газа, а, следовательно, и надежности ее работы решается за счет использования в способе по заявляемому изобретению следующих отличительных от прототипа существенных признаков.

На рабочих режимах в защитные оболочки встроенного электрооборудования защитный газ подают от компрессора приводного двигателя, причем подаваемый от компрессора приводного двигателя защитный газ предварительно охлаждают. Наличие данного признака существенно отличает заявляемый способ от прототипа и других способов, известных из уровня техники. Преимущество состоит в том, что упомянутый выше признак позволяет осуществить комбинированную подачу защитного газа в защитные оболочки встроенного электрооборудования, а именно, на режимах предпусковой продувки и всех видов остановов компрессорной установки обеспечить подачу защитного газа по известной схеме, например, от вихревого компрессора или вентилятора, приводимого во вращение специальным электродвигателем во взрывобезопасном исполнении, с забором защитного газа вне взрывоопасной зоны, а на рабочих режимах компрессорной установки выполнить подачу предварительного охлажденного защитного газа от компрессора приводного двигателя. Таким образом, в процессе длительной работы компрессора, когда возможно образование взрывоопасной смеси, осуществляется надежная взрывозащита встроенного электрооборудования на протяжении всего рабочего цикла, при этом вентилятор или вихревой компрессор включаются на короткий промежуток времени, что намного увеличивает ресурс и надежность их работы, а следовательно, и надежность взрывозащиты. Кроме того, экономится электроэнергия.

Переключение источников защитного газа осуществляют автоматически при достижении заданного значения давления в системе подачи защитного газа, что обеспечивает стабильное превышение давления в системе подачи защитного газа по сравнению с заданным, создавая предпосылки надежной взрывозащиты встроенного электрооборудования на протяжении всего рабочего цикла компрессорной установки.

Измеряют разность давлений между защитными оболочками электрооборудования и вторыми ступенями газодинамических уплотнений и, в случае снижения разности давлений до величины ниже заданной, останавливают компрессорную установку и отключают напряжение питания электромагнитов, в результате чего, исключая возможность проникновения взрывоопасного газа в защитные оболочки электрооборудования, обеспечивают надежную его взрывозащиту.

Измеряют расход или давление защитного газа на выходах из защитных оболочек электрооборудования и, в случае снижения давления или расхода до величины ниже заданной, останавливают компрессорную установку и отключают напряжение питания электромагнитов, благодаря чему предупреждают возникновение аварийной ситуации при сбоях в системе обеспечения заданного расхода и давления защитного газа в защитных оболочках.

Исключают замкнутый проводящий контур при наличии напряжения питания на электромагнитах, с целью предупреждения образования подшипниковых токов. Поскольку наличие подшипниковых токов может вызвать искрение и при наличии взрывоопасной смеси привести к ее воспламенению или взрыву, исключение замкнутого проводящего контура предупреждает возникновение аварийной ситуации и обеспечивает надежность взрывозащиты.

Для предотвращения проникновения взрывоопасного газа в защитные оболочки встроенного электрооборудования из взрывоопасной зоны приводной двигатель изолируют, например, заключают в кожух, а кожух двигателя и кожух муфты вентилируют, причем воздух из пространства под кожухами приводного двигателя и приводной муфты отводят за пределы взрывоопасной зоны. Реализация данных признаков заявляемого изобретения обеспечивает наличие избыточного давления под кожухом приводного двигателя и под кожухом муфты, что препятствует попаданию взрывоопасного газа извне (из взрывоопасной зоны). В случае попадания взрывоопасных газов под кожухи приводного двигателя и приводной муфты вентиляция резко снижает нижний концентрационный предел воспламенения (НКПВ), так как при вентилировании взрывоопасный газ вместе с воздухом выбрасывается в атмосферу, что является одной из составляющих обеспечения надежной взрывозащиты.

При этом последовательность действий, обеспечивающую взрывозащиту электрооборудования согласно алгоритмам, реализуемым системой автоматизированного управления компрессорной установки, осуществляют на всех режимах работы компрессорной установки. При таких условиях, в случае любого нарушения алгоритма или в случае отклонений от заданных значений, пуск компрессорной установки окажется невозможным, а на рабочих режимах последует останов со снятием напряжения питания с электромагнитов, что полностью обеспечивает надежную взрывозащиту встроенного электрооборудования на протяжении всего цикла функционирования установки.

Приведенные существенные отличительные признаки являются новыми, поскольку в существующем уровне техники отсутствует техническое решение, в котором поставленная техническая задача решалась бы за счет подобного сочетания аналогичных признаков, и соответствующими критерию изобретательского уровня, так как заявленное сочетание существенных отличительных признаков отсутствует в технических решениях существующего уровня техники, неочевидно для специалиста в данной области техники и является необходимым и достаточным для достижения качественно нового, по сравнению с существующим уровнем техники, положительного технического эффекта.

Далее приведено описание реализации заявляемого способа со ссылками на иллюстративный материал.

На фиг.1/1; 1/2 представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ взрывозащиты.

На фиг.2 схематически представлен алгоритм управления при пуске компрессорной установки.

На фиг.3 схематически представлен алгоритм управления нормальным, аварийным и экстренным остановом компрессорной установки.

Схематически представлено устройство, фиг.1/1; 1/2, реализующее предлагаемый способ взрывозащиты встроенного электрооборудования компрессорной установки для транспортировки взрывоопасного газа, включающей компрессор (1), заключенные в кожухи приводной газотурбинный двигатель (2) и приводную муфту (3), передающую крутящий момент ротору компрессора от газотурбинного двигателя (2), двухступенчатые газодинамические уплотнения (4), причем ротор компрессора (1) оснащен магнитным подвесом с электромагнитными подшипниками (5).

Устройство включает защитные оболочки (6) электрооборудования, роль которых выполняют подшипниковые камеры системы магнитного подвеса ротора компрессора (1); систему подачи защитного газа (воздуха) в защитные оболочки электрооборудования, в состав которой входит фильтр Ф3, вихревой воздушный компрессор (7) для отбора защитного воздуха от источника, расположенного вне взрывоопасной зоны установки, и для продувки защитных оболочек (6) на режимах предпусковой продувки и всех видов остановов компрессорной установки, а также оборудование для отбора защитного воздуха от компрессора (8) приводного двигателя (2) и охлаждения его перед продувкой защитных оболочек (6) электрооборудования на рабочих режимах установки, включая фильтры Ф1, Ф2 и воздушный охладитель (9), регуляторы давления РДВ1 и РДВ2, датчики расхода или давления Р2, Р12, давления Р3, температуры ТЕ1, ТЕ2, ТЕ3, ТЕ6, ТЕ7, ТЕ8, трубопроводы подачи воздуха (10, 11); систему контрольно-измерительных приборов, подключенную к системе автоматизированного управления установки, включающую датчики контроля разности давлений Р5, Р10 между защитными оболочками (6) электрооборудования и вторыми ступенями газодинамических уплотнений и датчики контроля расхода или давления Р2, Р12, установленные на выходах из защитных оболочек (6) электрооборудования; систему предотвращения проникновения взрывоопасного газа в защитные оболочки (6) электрооборудования через кожух (12) приводного двигателя и кожух (13) приводной муфты, включающую вентиляторы (14) для продувки кожуха (12) приводного двигателя, при этом приводная муфта (3) снабжена дисковым элементом (15), обеспечивающим избыточное давление под кожухом (13) муфты, встроенным лабиринтным уплотнением (16) и открытым всасывающим патрубком (17).

Предлагаемый способ защиты встроенного электрооборудования компрессорной установки для транспортировки взрывоопасных газов реализован следующим образом.

При выполнении предпусковых условий, предусмотренных алгоритмом, фиг.2, запуска компрессорной установки, системой автоматизированного управления установки включают приводной электродвигатель воздушного вихревого компрессора (7) производительностью не менее 5 м³/мин с повышением давления до 1200 Па.

В течение 180 с осуществляют предпусковую продувку защитных оболочек (6) и воздухопроводов, с целью обеспечения не менее чем пятикратного обмена среды в защитных оболочках и воздухопроводах. При достижении соответствия значений защитных параметров заданным величинам, а именно:

- разности давлений между защитной оболочкой опорного подшипника и второй ступенью газодинамического уплотнения со стороны привода более 250 Па;

- разности давлений между защитной оболочкой опорно-упорного подшипника и второй ступенью газодинамического уплотнения со стороны свободного конца более 250 Па;

- расхода на выходе защитной оболочки опорного подшипника не менее 2 м³/мин или давления более 150 Па;

- расхода на выходе защитной оболочки опорно-упорного подшипника не менее 4 м³/мин или давления более 150 Па,

подается напряжение питания на электромагниты упорного и опорных подшипников, в результате чего ротор центробежного компрессора "взвешивается" и в дальнейшем его положение в зазорах страховочных подшипников постоянно регулируется системой управления магнитными подшипниками, обеспечивая зазор между ротором и страховочными подшипниками. При получении информации "магнитный подвес включен" и значении вертикального зазора более 400 мкм, свидетельствующего о том, что ротор "взвешен", система автоматизированного управления выдает команду на пуск приводного двигателя. По мере набора оборотов приводным двигателем давление воздуха, отбираемого от компрессора приводного двигателя (2), в воздухопроводе (10) увеличивается. При этом воздух охлаждается в воздушном охладителе (9), редуцируется регулятором давления РДВ1, фильтруется фильтрами Ф1, Ф2, причем давление перед регулятором РДВ2 контролируется датчиком давления Р3, а температура - датчиком температуры ТЕ3. При наборе приводным двигателем 2500-3000 об/мин, когда давление защитного воздуха, контролируемое датчиком давления РЗ, достигает заданного значения, при котором после регулятора давления РДВ2 обеспечивается необходимое давление в защитных оболочках, заданный расход и требуемая температура защитного воздуха, система автоматизированного управления компрессорной установки отключает электродвигатель вихревого компрессора (7). При этом обратные клапаны КO1 и КO2 препятствуют поступлению воздуха в воздухопровод (11) вихревого компрессора (7). Таким образом, на рабочих режимах (при оборотах приводного двигателя более 3000 об/мин) взрывозащита и охлаждение встроенного электрооборудования осуществляется воздухом, отбираемым от компрессора приводного двигателя до тех пор, пока осуществляется транспортировка взрывоопасного газа. Величина расхода и давления воздуха в системе подачи защитного газа (воздуха) может регулироваться с помощью регулятора давления РДВ2. При снижении установленных значений параметров взрывозащиты система автоматизированного управления компрессорной установки выдает оператору сигналы "предупреждение", а при достижении аварийных значений (у ставок) выдается команда на "нормальный", "аварийный" или "экстренный" останов компрессорной установки, фиг.3. Обороты приводного двигателя при этом снижаются, давление в системе подачи защитного газа (воздуха) уменьшается, а при достижении давления, контролируемого датчиком Р3, меньше установленного, система автоматизированного управления компрессорной установки выдает команду на включение вихревого компрессора (7), который обеспечивает подачу защитного воздуха в оболочки до прекращения вращения ротора компрессора (1) и отключения напряжения питания электромагнитов, после чего вихревой компрессор (7) отключается системой автоматизированного управления установки.

В соответствии с изобретением в процессе работы исключают замкнутый проводящий контур при наличии напряжения питания на электромагнитах, с целью предупреждения образования подшипниковых токов. Замкнутый электрический контур имеет место только при остановленной машине или при выбеге ротора на страховочных подшипниках. При этом электромагниты обесточены, а в момент взвешивания ротор не вращается. Кроме того, для предотвращения проникновения взрывоопасного газа в защитные оболочки встроенного электрооборудования из взрывоопасного помещения кожух приводного двигателя и кожух приводной муфты постоянно вентилируют, а воздух из пространства под кожухами приводного двигателя и приводной муфты отводят за пределы взрывоопасной зоны.

Таким образом, использование настоящего изобретения обеспечивает повышение надежности взрывозащиты встроенного электрооборудования компрессорной установки для транспортировки взрывоопасных газов, а следовательно, надежности работы компрессорной установки в целом. Кроме того, экономится электроэнергия, затрачиваемая на приводной электродвигатель вихревого компрессора, обеспечивающего забор и подачу защитного газа от источника, расположенного вне взрывоопасной зоны.

Изобретение относится к газовой, нефтеперерабатывающей и химической промышленности, в частности, к способам взрывозащиты встроенного электрооборудования компрессорной установки для транспортировки взрывоопасных газов. Способ включает подачу защитного газа от источника защитного газа, расположенного вне взрывоопасной зоны установки, под избыточным давлением в защитные оболочки электрооборудования и продувку защитных оболочек на режимах предпусковой продувки и всех видов остановов компрессорной установки, а также подачу предварительно охлажденного защитного газа от компрессора приводного двигателя на рабочих режимах, при этом переключение источников защитного газа осуществляют автоматически при достижении заданного значения давления в системе подачи защитного газа. Предохранение защитных оболочек электрооборудования от проникновения взрывоопасных газов и защиту электрооборудования от образования подшипниковых токов осуществляют автоматически, при этом измеряют разность давлений между защитными оболочками электрооборудования и вторыми ступенями газодинамических уплотнений, а также расход или давление защитного газа на выходах из защитных оболочек электрооборудования и, в случае снижения значений разности давлений и расхода или давления до величин ниже заданных, останавливают компрессорную установку и отключают напряжение питания электромагнитов, исключают замкнутый проводящий контур при наличии напряжения питания на электромагнитах для предупреждения образования подшипниковых токов. Для предотвращения проникновения взрывоопасного газа в защитные оболочки встроенного электрооборудования из взрывоопасного помещения приводной двигатель изолируют, например, заключают в кожух, кожух двигателя и кожух муфты вентилируют, причем воздух из пространства под кожухами приводного двигателя и приводной муфты отводят за пределы взрывоопасной зоны. Последовательность действий, обеспечивающую взрывозащиту электрооборудования согласно алгоритмам, осуществляют на всех режимах работы компрессорной установки. Использование изобретения обеспечивает повышение эффективности взрывозащиты встроенного электрооборудования компрессорной установки и, следовательно, надежность ее работы. 3 ил.

Способ взрывозащиты встроенного электрооборудования компрессорной установки для транспортировки взрывоопасных газов, содержащей компрессор с электромагнитными подшипниками и, по меньшей мере, двухступенчатыми газодинамическими уплотнениями, приводной двигатель и заключенную в кожух приводную муфту, включающий подачу защитного газа от источника защитного газа, расположенного вне взрывоопасной зоны установки, под избыточным давлением в защитные оболочки электрооборудования и продувку защитных оболочек на режимах предпусковой продувки и всех видов остановов компрессорной установки, предохранение защитных оболочек электрооборудования от проникновения взрывоопасных газов, выполнение последовательности действий, обеспечивающих взрывозащиту электрооборудования, согласно алгоритмам, реализуемым системой автоматизированного управления компрессорной установки, отличающийся тем, что на рабочих режимах подают защитный газ от компрессора приводного двигателя, подаваемый от компрессора приводного двигателя защитный газ предварительно охлаждают, переключение источников защитного газа осуществляют автоматически при достижении заданного значения давления в системе подачи защитного газа, измеряют разность давлений между защитными оболочками электрооборудования и вторыми ступенями газодинамических уплотнений и, в случае снижения разности давлений до величины ниже заданной, останавливают компрессорную установку и отключают напряжение питания электромагнитов, измеряют расход или давление защитного газа на выходах из защитных оболочек электрооборудования и, в случае снижения расхода или давления до величины ниже заданной, останавливают компрессорную установку и отключают напряжение питания электромагнитов, исключают замкнутый проводящий контур при наличии напряжения питания на электромагнитах для предупреждения образования подшипниковых токов, для предотвращения проникновения взрывоопасного газа в защитные оболочки встроенного электрооборудования из взрывоопасного помещения приводной двигатель изолируют, например заключают в кожух, кожух двигателя и кожух муфты вентилируют, причем воздух из пространства под кожухами приводного двигателя и приводной муфты отводят за пределы взрывоопасной зоны, последовательность действий, обеспечивающую взрывозащиту электрооборудования согласно алгоритмам, реализуемым системой автоматизированного управления компрессорной установки, осуществляют на всех режимах работы компрессорной установки.