ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩАЯ СТАНЦИЯ НА МОРСКОЙ ПЛАТФОРМЕ Российский патент 2010 года по МПК F02C6/06 F01D15/10 F17D1/04 F02C3/10 

Изобретение относится к транспортировке газообразного углеводородного топлива по трубопроводам большой протяженности, проложенным по морскому дну.

Известна атомная подводная газоперекачивающая станция по патенту РФ на изобретение № 2191321, которая содержит стальной герметичный корпус, разделенный прочными переборками на реакторный отсек, два жилых и аккумуляторных отсека и два концевых - турбинных отсека.

В реакторном отсеке размещен один автономный источник энергии, питающий все потребители атомной подводной газоперекачивающей станции - водо-водяной атомный реактор. Реактор соединен паропроводами с газовыми турбонагнетателями. В соседних, симметрично расположенных относительно реакторного отсеках расположены жилые каюты, аккумуляторные батареи, пульты управления и все остальное общекорабельное оборудование, механизмы и устройства. В концевых герметичных отсеках размещены паротурбинные установки, которые через специальный вращающийся вал соединены с носовым концом ротора компрессора-нагнетателя, который размещен вне прочного корпуса и крепится к концевой сферической переборке. Роль дейдвудного сальника в данном случае выполняют носовое масляное уплотнение компрессора-нагнетателя и носовой его подшипник. Таким образом, весь тракт перекачиваемого атомной подводной газоперекачивающей станцией природного газа находится вне прочного легкого корпуса, причем приемные и напорные ветви газопроводов от компрессора-нагнетателя проходят по междубортому пространству.

Порядок посещения этой станции в подводном положении следующий. Открывается входной люк, через который обслуживающий персонал попадает в жилой отсек станции. Затем уже из жилого отсека производятся газовый анализ воздуха в концевом отсеке и его замена в случае необходимости, открывается входной люк на переборке и обслуживающий персонал приступает к осмотру механизмов, уплотнения компрессора-нагнетателя и замене расходных материалов. После окончания работ обслуживающий персонал покидает станцию до следующего посещения.

Недостатками этой станции является очень низкая надежность, обусловленная наличием только одного атомного реактора, размещение компрессора-нагнетателя вне станции, что приводит к необходимости выполнения вращающегося вала в прочном корпусе и возможной его разгерметизации, а также невозможности обслуживания компрессора-нагнетателя на больших глубинах, например более 50 м.

Известна атомная подводная газоперекачивающая станция по патенту РФ на изобретение №2154231. Эта атомная газоперекачивающая станция, содержащая легкий и прочный корпус, разделенный прочными переборками на герметичные отсеки, в среднем из которых установлен водо-водяной атомный реактор, соединенный паропроводами с газовыми турбонагнетателями, приводная турбина которых соединена вращающимся валом с компрессором-нагнетателем, приемные и напорные ветви газопроводов которого проходят по междубортному пространству и соединены с выгородками стыковочных узлов станции с магистральным газопроводом, расположенных в килевой ее части.

Недостаток - большая стоимость оборудования и стоимость электроэнергии, вырабатываемой с применением атомного реактора. Применение обычного газотурбинного привода, работающего на отборе части перекачиваемого газа, под водой невозможно, т.к. технически невозможно осуществить забор воздуха для газотурбинного привода и выброс выхлопных газов а атмосферу.

Известна подводная буровая установка по патенту РФ №2081289, прототип. Эта установка содержит платформу и газоперекачивающую станцию на ней.

Недостаток - низкая надежность станции, обусловленная рядом причин:

1. Отсутствие дублирующих систем.

2. Наличие одного газового нагнетателя.

3. Расположение газового нагнетателя вне станции.

4. Отсутствие внешнего источника питания электроэнергией.

5. Катастрофические последствия при поломке газового нагнетателя, приводящие к прекращению подачи газа в газовую магистраль.

6. Наличие задвижек вне станции и отсутствие дистанционного управления ими. Задачи создания изобретения - повышение надежности работы станции и обеспечение безопасности и удобства обслуживания.

Заявленные технические результаты достигнуты в газоперекачивающей станции на морской платформе, содержащей контейнер, разделенный перегородкой на два герметичных отсека, в одном из которых установлен, по меньшей мере, один газотурбинный привод, содержащий входное устройство, компрессор, камеру сгорания, турбину, свободную турбину и выхлопное устройство, при этом свободная турбина валом нагрузки соединена с электрическим генератором, а в другом - газовые нагнетатели с приводами, отличающейся тем, что электрический генератор соединен со свободной турбиной через магнитную муфту и электрическими связями через коммутатор соединен с приводами газовых нагнетателей и с аккумуляторными батареями, внутрь контейнера вертикально вверх введены подводящий и отводящий газопроводы, на концах которых размещены разъемные соединения, имеющие возможность соединяться с подводящим и отводящим патрубками газовой магистрали, выполненные перпендикулярно к ней и установленные по обе стороны байпасного торубопровода, имеющего два запорных крана, на его концах, при этом запорные краны выполнены с дистанционными приводами, а между нагнетателями и их приводами установлены магнитные муфты. Платформа может быть оборудована системой утилизации тепла с баком для воды, насосом с приводом и регенеративным теплообменником, установленным в выходном устройстве. К камере сгорания может быть подсоединен трубопровод отбора газа, в котором установлен дожимной компрессор с приводом и регулятор расхода. Газоперекачивающая станция может содержать независимые маслосистемы привода и нагнетателя, имеющие маслоохладители, соединенные с патрубками забора и сброса воды.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:

на фиг.1 приведена схема морской платформы со станцией,

на фиг.2 приведен вид станции сверху,

на фиг.3 приведен вид сбоку,

на фиг.4 приведена пневмогидравлическая и электрическая схема,

на фиг.5 приведена конструкция газового нагнетателя с магнитной муфтой.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью. Новизна подтверждается патентными исследованиями, а изобретательский уровень - достижением нового технического результате при использовании новых технических решений.

Газоперекачивающая станция на морской платформе (фиг.1…5) предназначена для повышения давления газа, подведенного по входной магистрали 1, и его передачи в выходную магистраль 2, между которыми установлен байпасный трубопровод 3, с запорными кранами 4 и 5. Входная и выходная газовые магистрали 1 и 2 установлены горизонтально на подставках 6 на морском дне. Станция установлена в контейнере 7 на морской платформе 8, которая, в свою очередь, содержит основание платформы 9, установленное на 4-х опорах 10, которые опираются в грунт 11. Станция установлена в контейнере 7, разделенном перегородкой 12 на герметичные отсеки: двигательный отсек 13 и газоперекачивающий отсек 14. Выходное устройство 15 частично установлено в контейнере 7.

В отсеке 13 установлены, по меньшей мере, один газотурбинный привод 16 и свободная турбина 17, соединенная валом нагрузки 18 с электрическим генератором 19, который установлен в отсеке 14. В дальнейшем приведено описание газоперекачивающей станции, оборудованной одним газотурбинным приводом и одним электрическим нагнетателем. Газотурбинный привод 16 содержит воздухозаборник 20, компрессор 21, камеру сгорания 22, турбину 23, свободную турбину 17, которая валом нагрузки 18 через магнитную муфту 24 соединена с электрическим генератором 19. Под водой по обе стороны от байпасного трубопровода 3 установлены запорные клапаны 25 и 26 с дистанционными приводами 27, к которым подстыкованы соответственно подводящий и отводящий трубопроводы 28 и 29. На верхнем конце подводящий газопровод 34 имеет газовые нагнетатели 30 (не менее двух, в дальнейшем для примера показана система с двумя нагнетателями), перед которым и за которым установлены запорные клапаны 31 и 32 соответственно. Газовые нагнетатели 30 оборудованы приводами 33 (электрические приводы во взрывозащитном исполнении). К отводящему газопроводу 29 подстыкован трубопровод отбора газа 34, содержащий дожимной компрессор 35 с приводом 36, регулятор расхода 37 и клапан 38. Этот трубопровод соединен с камерой сгорания 22. Внутри выходного устройства 15 установлен регенеративный теплообменник 39, к которому от бака 40 подходит трубопровод 41, содержащий водяной насос 42 с приводом 43. Трубопровод 41 из регенеративного теплообменника 39 также подстыкован к баку 40 для возврата подогретой воды. Подогретая вода используется для отопления и технологических нужд.

Газоперекачивающая станция содержит воздухозаборную систему 44 с шумоглушителем 45 и воздухоочистителем 46, а также газовыхлопной тракт 47 с шумоглушителем 48 и погодный колпак 49. Высота расположения воздухозаборной системы 44 и газовыхлопного тракта 47 значительно отличаются. Газовыхлопной тракт размещен выше на расстояние Н (фиг.3).

Кроме того, газоперекачивающий агрегат содержит блок управления 50, который подключен к коммутатору 51 при помощи электрических связей 52, которыми коммутатор 51 также соединен со всеми приводами, в том числе 33, 43 и др. (фиг.1 и фиг.4). Газоперекачивающая станция содержит маслоохладители 54, к которым подстыкованы подводящий трубопровод воды 55 с водяным насосом 56 и отводящий трубопровод воды 57. По линии масла маслоохладители 44 соединены трубопроводом 58, содержащим насос 59, и трубопроводом 60 с газотурбинным приводом 16 и газовыми нагнетателями 30. Блок управления 50, коммутатор 51 и аккумуляторы 53 установлены в техническом помещении 61. На основании платформы 9 установлены жилое помещение 62 и вертолетная площадка 63 (фиг.2).

Газовый нагнетатель 30 (фиг.5) представляет собой центробежный компрессор и содержит установленную в корпусе 64 на валу 65 крыльчатку 66, имеющую ступицу 67. К корпусу 64 подсоединены входной корпус 68, а на выходе - выходной корпус 69. Газовый нагнетатель имеет переднее уплотнение 70 и заднее уплотнение 71, отделяющее разгрузочную полость 72. В ступице 67 крыльчатки 66 выполнены отверстия 73, соединяющие разгрузочную полость 72 с полостью крыльчатки 66. Вал 65 установлен на подшипнике 74 в корпусе 75, перед ним выполнена полость 76, а за ним - полость 77. Магнитная муфта 24 установлена на валу 65 и содержит ведущую полумуфту 78 и ведомую полумуфту 79, выполненные в виде цилиндров с постоянными магнитами 80, установленными на их торцах, и магнитопроницаемую перегородку 81 между ними. Кроме того, станция оборудована системами пожаротушения, освещения, системой безопасности (система доступа и видеоконтроля) и системой освещения. Эти системы на фиг.1…5 не показаны.

При работе запускают газотурбинный привод 16, открыв клапан 38 и подав газ в камеру сгорания 22. Электрический генератор 19 подает электрическую энергию на все приводы, в том числе на приводы 33, которые раскручивают газовые нагнетатели 30, газ повышает свое давление и подает газ в отводящую магистраль 2. При этом клапаны 4 и 5 закрыты, а клапаны 25, 26, 31 и 32 открыты.

Так как применено не менее двух газовых нагнетателей 30, то один из них может работать, а другие находиться в резерве и запускаться при поломке работающего нагнетателя или его отключении для проведения профилактических работ. Применение магнитных муфт позволяет в случае серьезной поломки газотурбинного привода или одного из газовых нагнетателей исключить катастрофу, связанную с полным разрушением станции, и пожара на ней. Применение дистанционно управляемых запорных клапанов обеспечивает безопасность работ и удобство эксплуатации. Применение байпасного трубопровода позволяет при серьезной аварии на газоперекачивающей станции исключить ее из работы и пустить перекачиваемый газ напрямую без дополнительного увеличения его давления в магистрали. Это может привести к уменьшению его расхода или к необходимости форсирования других станций, установленных в этой же газовой магистрали, но не приведет к прекращению перекачки газа к потребителю.

Применение предложенного изобретения позволило значительно увеличить надежность работы газоперекачивающей станции за счет:

1. Дублирования газовых нагнетателей, т.е. применения двух и более газовых нагнетателей. Возможно дублирование газотурбинных приводов и электрических генераторов. (На фиг.1…5 такой вариант не показан.)

2. Применения электрических приводов для запорных кранов во взрывозащитном исполнении, особенно размещенных в нагнетательном отсеке.

3. Применения аккумуляторов.

4. Дистанционного управления запорными кранами.

5. Применения блока управления и коммутатора.

6. Размещения газотурбинного привода и электрического генератора и газовых нагнетателей внутри контейнера в разных отделенных друг от друга отсеках.

7. Разделение контейнера перегородкой на два герметичных независимых друг от друга отсека.

Газоперекачивающая станция на морской платформе содержит контейнер, разделенный перегородкой на два герметичных отсека. В одном отсеке установлен, по меньшей мере, один газотурбинный привод, содержащий входное устройство, компрессор, камеру сгорания, турбину, свободную турбину и выхлопное устройство. Свободная турбина валом нагрузки соединена с электрическим генератором. В другом отсеке установлены газовые нагнетатели с приводами. Электрический генератор соединен со свободной турбиной через магнитную муфту и электрическими связями через коммутатор соединен с приводами газовых нагнетателей и с аккумуляторными батареями. Внутрь контейнера вертикально вверх введены подводящий и отводящий газопроводы, на концах которых размещены разъемные соединения. Соединения имеют возможность соединяться с подводящим и отводящим патрубками газовой магистрали, выполнены перпендикулярно к ней и установлены по обе стороны байпасного трубопровода, имеющего два запорных крана на его концах. Запорные краны выполнены с дистанционными приводами, а между нагнетателями и их приводами установлены магнитные муфты. Изобретение позволяет повысить надежность работы станции. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Газоперекачивающая станция на морской платформе, содержащая контейнер, разделенный перегородкой на два герметичных отсека, в одном из которых установлен, по меньшей мере, один газотурбинный привод, содержащий входное устройство, компрессор, камеру сгорания, турбину, свободную турбину и выхлопное устройство, при этом свободная турбина валом нагрузки соединена с электрическим генератором, а в другом - газовые нагнетатели с приводами, отличающаяся тем, что электрический генератор соединен со свободной турбиной через магнитную муфту и электрическими связями через коммутатор соединен с приводами газовых нагнетателей и с аккумуляторными батареями, внутрь контейнера вертикально вверх введены подводящий и отводящий газопроводы, на концах которых размещены разъемные соединения, имеющие возможность соединяться с подводящим и отводящим патрубками газовой магистрали, выполненные перпендикулярно к ней и установленные по обе стороны байпасного трубопровода, имеющего два запорных крана, на его концах, при этом запорные краны выполнены с дистанционными приводами, а между нагнетателями и их приводами установлены магнитные муфты.

2. Газоперекачивающая станция на морской платформе по п.1, отличающаяся тем, что она оборудована системой утилизации тепла с баком для воды, насосом с приводом и регенеративным теплообменником, установленным в выходном устройстве.

3. Газоперекачивающая станция на морской платформе по п.1, отличающаяся тем, что к камере сгорания подсоединен трубопровод отбора газа, в котором установлен дожимной компрессор с приводом и регулятор расхода.

4. Газоперекачивающая станция на морской платформе по п.1, отличающаяся тем, что она содержит независимые маслосистемы привода и нагнетателя, имеющие маслоохладители, соединенные с патрубками забора и сброса воды.