Способ подготовки воздуха, подаваемого на вход в газоперекачивающий агрегат Российский патент 2025 года по МПК F02C7/04 F02C7/143 F02C7/52 

Изобретение относится к энергетике и в частности к установкам для очистки и охлаждения забираемого из атмосферы воздуха перед подачей его в газоперекачивающий агрегат (ГПА) компрессорной станции и может быть применено при эксплуатации компрессорных станций (КС) магистральных газопроводов.

Известен способ охлаждения воздуха на входе в компрессор газотурбинной установки (ГТУ) электростанции в котором абсорбционная бромисто-литиевая холодильная машина (АБХМ) охлаждает хладоноситель, подаваемый в теплообменник комплексной водухоочистительной установки (КВОУ), которая обеспечивает подготовку воздуха на входе в компрессор ГТУ, включая его фильтрацию и охлаждение (см. специализированный информационно-технический журнал «Турбины и дизели», сентябрь-октябрь 2015, статья «Использование АБХМ в системах охлаждения воздуха на входе в компрессор ГТУ», А.Д. Цхяев - ОАО «Энекс», филиал ЮжВТИ, Т.Г. Кузьмина, к.т.н. - ООО «ЭСТ», С.-Петербург, http://www.turbine-diesel.ru/sites/default/files/n5-2015/ABHMABTN.pdf).

Недостатком упомянутого выше технического решения является использование промежуточного теплоносителя в виде горячей воды с температурой 95°/85°С за счет применения в схеме теплообменника «уходящие газы ГТУ - теплоноситель», при данном способе значение холодильного коэффициента СОР составляет от 0,7 до 0,85.

Это увеличивает массогобаритные и стоимостные показатели схемы, а также приводит к дополнительным затратам энергии на циркуляцию промежуточного теплоносителя, кроме того отсутствует возможность быстрого монтажа-демонтаж теплообменника интегрированного в КВОУ, а также сложность регламентного обслуживания.

Также известен способ повышения экономичности ГТУ путём охлаждения циклового воздуха на входе в КВОУ с применением системы охлаждения испарительного типа и способ повышения экономичности ГТУ путём охлаждения циклового воздуха с применением впрыска деминерализованной воды на входе в компрессор (см. специализированный информационно-технический журнал «Турбины и дизели», сентябрь-октябрь 2020, статья «Повышение экономичности ГТУ путём охлаждения циклового воздуха на входе в КВОУ», А.Р. Богдан, В.И. Быличкин - ООО «Пауэр Инжиниринг Технолоджиз», В.Д. Буров, к.т.н. - ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ», С.-Петербург, http://www.turbine-diesel.ru/sites/default/files/n5-2020/Power%20Ing.pdf).

Недостатком упомянутого способа является то, что уровень охлаждения ограничен температурой атмосферного воздуха, то есть зависит от условий окружающей среды. Максимальная эффективность достигается в сухую и жаркую погоду, но при высокой относительной влажности она резко падает. Кроме того, в представленных способах охлаждения имеются повышенные требования к системе каплеулавливания, так как при эксплуатации осуществляется безвозвратный унос воды в осевой компрессор, что впоследствии негативно влияет на проточную часть и коррозию шахты всаса воздуха ГТУ.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности работы ГПА с газотурбинным приводом КС магистрального газопровода, за счет охлаждения и поддержания стабильной заданной температуры воздуха на входе в ГПА (повышение энергоэффективности работы ГТУ, гарантированный пуск ГПА при высоких температурах наружного воздуха) при обеспечении регламентного значения аэродинамического сопротивления в КВОУ ГПА, предотвращения уноса конденсата в шахту всаса воздуха, возможности быстрого ремонта или замены модулей охлаждения в КВОУ.

Технический результат обеспечивается тем, что в способе подготовки воздуха, подаваемого на вход в ГПА атмосферный воздух подают на вход КВОУ, которую снабжают несущей рамой и посредством разъемных соединений последовательно по ходу движения воздуха закрепляют на упомянутой раме модули циклонных фильтров грубой ступени очистки, модули системы охлаждения воздуха, состоящие из секционных оребренных теплообменников и разъемно прикреплённых к ним секций каплеуловителей (КУ) и модули фильтров тонкой ступени очистки, причем сначала атмосферный воздух подвергают грубой очистке в модулях циклонных фильтров грубой ступени очистки, затем воздух охлаждают в теплообменниках системы охлаждения воздуха, после чего посредством пропуска воздуха через КУ осуществляют сепарацию из воздуха капельной влаги, далее воздух подвергают тонкой очистке в модулях фильтров тонкой ступени очистки и подают на вход ГПА, при этом в теплообменники системы охлаждения воздуха в качестве хладагента подают воду, охлажденную в АБХМ, а в качестве источника тепла на вход генератора высокого давления АБХМ подают уходящие дымовые газы газотурбинного привода ГПА, для отвода теплоты от АБХМ используют оборотную систему водоснабжения с градирней, подпитку потока контура оборотной воды осуществляют путем подачи в градирню подпиточной воды из накопительного бака, в который поступает вода, прошедшая систему подготовки воды (СПВ), а также конденсат, образовавшийся в теплообменниках модулей системы охлаждения воздуха и капельная влага, отсепарированная в КУ.

Использование уходящих газов ГПА в качестве источника тепла подаваемого на вход генератора АБХМ позволяет более эффективно использовать тепловую энергию для производства холода в АБХМ, обеспечивая, тем самым, более высокие значения холодильного коэффициента СОР (в диапазоне от 1,40 до 1,45).

Расположение модуля охлаждения (МО) между модулями фильтров и грубой и тонкой очистки обеспечивает регламентное значение аэродинамического сопротивления в КВОУ ГПА.

Осуществление сбора капельной влаги (конденсата) в КУ позволяет избежать ускоренной коррозии шахты всаса воздуха, за счет предотвращения уноса конденсата в упомянутую шахту. Использование капельной влаги (конденсата) в качестве подпитки системы оборотного водоснабжения АБХМ, позволит эффективно ее использовать в системе подготовки воздуха.

Разъемное закрепление модулей КВОУ на несущей раме позволит производить монтаж-демонтаж модулей, входящих в состав КВОУ, а также обеспечивает возможность быстрого и удобного обслуживания модулей КВОУ.

Заявленное изобретение поясняется чертежами.

На Фиг. 1 показана схема подготовки и охлаждения воздуха на КС, поясняющая осуществление заявленного способа.

На Фиг. 2 показан модуль охлаждения в конструкции первого КВОУ.

На фиг. 2 позициями обозначены следующие элементы: левый модуль циклонных фильтров первой (грубой) ступени очистки 1, левый модуль охлаждения 2, левый модуль фильтров второй (тонкой) ступени очистки 3, правый модуль фильтров второй (тонкой) ступени очистки 4, правый модуль охлаждения 5, правый модуль циклонных фильтров первой (грубой) ступени очистки 6.

На фиг.1 позициями обозначены первое КВОУ 7 с системой охлаждения воздуха 8, второе КВОУ 9 с системой охлаждения воздуха 10, первое ГПА 11, второе ГПА 12, АБХМ 13, первая насосная группа 14, накопительный бак 15, первая установка СПВ 16, вторая насосная группа 17, вторая установка СПВ 18, испарительная градирня 19, третья насосная группа 20, сборный коллектор 21 уходящих дымовых газов ГПА.

В качестве основного оборудования для компримирования природного газа на КС магистрального трубопровода используют ГПА 11 и ГПА 12, которые снабжены нагнетателем и газотурбинным приводом.

В схеме подготовки и охлаждения воздуха на КС (фиг.1), на которой осуществляется заявленный способ может быть осуществлено охлаждение циклового воздуха в двух параллельно включенных линиях охлаждения воздуха, каждая из линий включает КВОУ с системой охлаждения воздуха для ГПА. Таким образом обеспечивается эксплуатация АБХМ при выводе одного из двух ГПА, в ремонт или на техническое обслуживание с целью поддержания производительности компрессорной станции.

КВОУ 7 и КВОУ 9 служат для подготовки (очистки и охлаждения) воздуха, входящего в ГПА 11 и ГПА 12 и представляют собой изделие, состоящее из набора модулей выполняющих различные функции. Как КВОУ 7, так и КВОУ 9 имеют несущую раму (на чертеже не показана), к которой разъемно прикреплены все модули.

Как КВОУ 7, так КВОУ 9 состоит из следующих модулей, последовательно расположенных по ходу движения воздушного потока: левый и правый модули циклонных фильтров первой (грубой) ступени очистки, левый и правый модули охлаждения воздуха, левый и правый модули фильтров второй (тонкой) ступени очистки с цилиндрическими фильтрами статической очистки.

Таким образом в КВОУ 7 и в КВОУ 9 между модулем первой (грубой) ступени очистки и модулем фильтров второй (тонкой) ступени очистки размещен модуль охлаждения, предназначенный для охлаждения воздуха. Модули фильтров служат для защиты внутренней полости КВОУ от капель дождя, крупных хлопьев снега, а также предварительной очистки воздуха по классу фильтрации G4.

Левый модуль охлаждения 2 и правый модуль охлаждения 5 образуют систему охлаждения воздуха 8 КВОУ 7.

Систему охлаждения воздуха 10 КВОУ 9 также образуют левый модуль охлаждения и правый модуль охлаждения (на чертеже не показаны).

Системы охлаждения воздуха 8 и 10 КВОУ 7 и 9 служат для охлаждения потоков воздуха, подаваемого на вход ГПА 11 и ГПА 12, а также для сепарации капельной влаги и удаления отсепарированной влаги в дренаж.

Каждый из модулей охлаждения конструктивно состоит из рамы, в которой посредством разъемного соединения закреплены два теплообменника с каплеуловителями (на чертеже не показаны). КУ состоит из 6 (шести) секций. Каждая секция представляет собой каркас из оцинкованной стали с установленными внутри ламелями каплеуловителя. Предусмотрено разъемное (болтовое) крепление каждой из секций КУ к раме модуля охлаждения. Таким образом каждая из секций КУ является съемной.

Разъемное крепление секций КУ удобно для демонтажа и последующего монтажа секций КУ, а также для обеспечения возможности ремонта и обслуживания теплообменника.

Теплообменники модулей охлаждения выполнены секционными и имеют оребренную поверхность, обеспечивая компактность конструктивного исполнения. Каждый из теплообменников представляет собой конструкцию из медных трубок, объединенных коллекторами, при этом трубки имеют оребрение из алюминия. На верхних точках коллекторов теплообменников предусмотрены воздухоотводчики (на чертеже не показаны), которые предназначены для спуска воздуха. Подвод и отвод хладагента в теплообменники осуществляется снизу, что обеспечивает возможность быстрого слива хладагента (воды) из теплообменников.

Для сбора конденсата образовавшегося в теплообменниках системы охлаждения 8 и системы охлаждения 10, а также для сбора капельной влаги, отсепарированной в КУ в каждом КВОУ предусмотрен конденсатосборник, выполненный в виде поддона для сбора конденсата.

АБХМ 13 состоит из следующих основных элементов: генератора высокого давления, генератора низкого давления, конденсатора, испарителя, абсорбера, высокотемпературного теплообменника, низкотемпературного теплообменника. АБХМ 13 снабжена тягодутьевой машиной (дымососом), которая отводит уходящие газы в дымовую трубу (на чертеже не показано).

В качестве АБХМ может быть использована, например, бромисто-литиевая АБХМ YX450-310 (10/5) (27/34) Н2 производства компании Шуанлян (Shuangliang).

Первая насосная группа 14 предназначена для подачи охлажденной воды из АБХМ 13 в систему охлаждения воздуха 8 КВОУ 7 и систему охлаждения воздуха 10 КВОУ 9.

Вторая насосная группа 17 предназначена для подачи подпиточной воды из накопительного бака 15 в испарительную градирню 19.

Третья насосная группа 20 предназначена для подачи воды из градирни 19 через вторую установку СВП 18 на вход АБХМ 13.

Каждая из насосных групп, состоит из рабочих и резервных насосов.

Проблема неподходящего качества и нестабильного состава воды решается с помощью установки системы подготовки воды. Система ХВП включает в себя систему автоматического дозирования реагентов и систему автоматической продувки. Установки СПВ 16 и СПВ 18 включают в себя: фильтр дисковый с ручной промывкой и установку обратного осмоса с системой продувки, состоящей из контроллера с датчиком электропроводности солемера и электромагнитного клапана.

Сборный коллектор 21 дымовых газов подсоединен к трубопроводам отвода уходящих дымовых газов от ГПА 11 и ГПА 12.

КВОУ 7 и КВОУ 9 содержат щит управления и систему управления, осуществляющую управление арматурой и механизмами собственных нужд. Для контроля параметров воздуха (температура и давление) на входе и выходе КВОУ 7 и КВОУ 9 установлены датчики температуры и давления (на чертеже не показаны).

Способ подготовки воздуха, подаваемого на вход в ГПА осуществляют следующим образом.

Заявленный способ применяют для подготовки воздуха подаваемого на вход ГПА с газотурбинным приводом КС магистрального газопровода. Изменение температуры атмосферного воздуха оказывает влияние на энергетические характеристики ГТУ. Эта зависимость проявляется в виде изменения располагаемой мощности и коэффициента полезного действия (КПД) ГПА. Для КС газотранспортной системы России, оснащённых ГПА с газотурбинным приводом, в летний период эксплуатации характерно снижение располагаемой мощности и КПД, что приводит к необходимости включения в работу дополнительных мощностей. Следствием этого является увеличение расхода топливного газа на ГПА и соответственно рост эксплуатационных затрат на транспортировку газа.

Компенсировать снижение располагаемой мощности ГПА в летний период возможно за счёт охлаждения циклового воздуха на входе в компрессор газовой турбины ГПА. Охлаждение циклового воздуха ГПА позволяет повысить энергетическую эффективность её работы и расширить рабочий диапазон по регулированию мощности в период эксплуатации с высокими температурами атмосферного воздуха.

Для повышения эффективности работы ГПА в условиях эксплуатации с высокими температурами атмосферного воздуха предлагается применение охлаждения воздуха на основе АБХМ.

Охлаждаемый атмосферный воздух подают двумя параллельными потоками на вход КВОУ 7 и КВОУ 9.

В КВОУ 7 сначала атмосферный воздух подвергают грубой очистке на левом 1 и правом 6 модулях циклонных фильтров грубой ступени очистки. Затем воздух подают в систему охлаждения воздуха 8 КВОУ 7, где происходит охлаждение воздуха, хладагентом (водой) поступающим из АБХМ 13. Далее осуществляют сепарацию капельной влаги из потока воздуха, посредством пропуска его через КУ. Затем воздух подвергают тонкой очистке в левом 3 и правом 4 модулях фильтров тонкой ступени очистки. После чего воздух подают на вход ГПА 11.

В КВОУ 9 сначала воздух подвергается грубой очистке на левом и правом модулях циклонных фильтров грубой ступени очистки. Затем воздух подают в систему охлаждения воздуха 10 КВОУ 9, где происходит охлаждение воздуха, хладагентом (водой) поступающим из АБХМ 13. Далее осуществляют сепарацию капельной влаги из потока воздуха, посредством пропуска его через КУ. Затем воздух подвергают тонкой очистке в левом и правом модулях фильтров второй (тонкой) ступени очистки. После чего воздух подают на вход ГПА 12.

При этом в теплообменники системы охлаждения воздуха 8 и теплообменники системы охлаждения воздуха 10 и посредством первой насосной группы 14 поступает хладагент (вода), охлажденный (не менее чем до +8°С) в АБХМ 13. После охлаждения в теплообменниках системы охлаждения воздуха 8 и теплообменниках системы охлаждения воздуха 10 отработанный хладагент (охлаждающая вода) (с температурой не менее +15°С) поступает обратно на вход АБХМ.

В качестве источника тепла (энергетического ресурса) на вход генератора высокого давления АБХМ 13 поступают уходящие газы ГПА 11 и/или ГПА 12 из сборного коллектора 21. Подачу газов в генератор АБХМ 13 координируют регулирующим клапаном (на чертеже не показан). Принцип действия АБХМ основан на способности водного раствора бромистого лития поглощать (абсорбировать) более холодные водяные пары с выделением теплоты.

Контур хладагента в АБХМ 13 служит для циркуляции теплоносителя (вода техническая водопроводного качества) используемого в качестве рабочего тела для охлаждения входящего воздуха в КВОУ 7 и КВОУ 9. Компенсация температурных изменений объема хладагента, который циркулирует в контуре систем охлаждения воздуха в КВОУ осуществляется расширительным баком мембранного типа (на чертеже не показан).

Для отвода теплоты от АБХМ 13 используют систему оборотного водоснабжения на базе открытых испарительных вентиляторных градирен.

Оборотная вода в АБХМ 13 проходит из абсорбера в конденсатор через генератор, отбирает избыточное тепло и в зависимости от режима работы АБХМ 13 уходит на охлаждение в испарительную градирню 19 либо по байпасному трубопроводу (на чертеже не показан) возвращается на всас группы насосов 20 и подается на вход АБХМ 13. Оборотная вода в испарительной градирне 19 охлаждается, затем проходит водоподготовку в установке СПВ 18 поступает по объединяющим трубопроводам в коллектор всаса третьей группы насосов 20, после чего поступает в абсорбер АБХМ 13, где повторяет цикл оборотного водоснабжения.

При контакте воздуха с трубками теплообменников системы охлаждения воздуха 8 и системы охлаждения воздуха 10, охлажденная в АБХМ 13 вода охлаждает воздух, проходящий через оребренную поверхность теплообменников и образовывается конденсат, который собирается в конденсатосборник (поддон), куда также собирается отсепарированная капельная влага из КУ.

В связи с тем, что при испарении воды в испарительной градирне 19 концентрация растворенных в циркуляционной воде веществ (в основном солей) постоянно увеличивается, требуется периодическая так называемая «продувка» системы, то есть сброс части циркуляционной воды в канализацию с последующей подпиткой системы свежей подготовленной водой с низким солесодержанием. Подпитка осуществляется из накопительного бака 15, в который подают свежую воду, прошедшую химводоподготовку в установке ХВП 16. Кроме того в накопительный бак 15 также подают конденсат из конденсатосборника. Подача подпиточной воды из накопительного бака 15 в градирню 19 осуществляется посредством второй группы насосов 17.

В установках СПВ 16 и СПВ 18 вода с высоким солесодержанием солей жесткости поступает на установку обратного осмоса с помощью системы продувки с контроллером с датчиком электропроводности солемера и электромагнитного клапана. Когда датчик электропроводности фиксирует превышение по солесодержанию, контроллер подает команду на открытие электромагнитного клапана, и вода с высоким содержанием солей жесткости поступает на установку обратного осмоса. После восстановления значения солесодержания контроллер дает команду на закрытие электромагнитного клапана. Реагенты в установках СПВ подбираются в соответствии с анализом воды и расходом испаряемой воды в градирнях.

Заявленное изобретение обеспечивает поддержание стабильной заданной температуры на входе в ГПА. В АБХМ 13 в качестве источника тепловой энергии используют уходящий газ из тракта дымоудаления ГПА 11 и ГПА 12, холодильный коэффициент СОР (Coefficient of Performance) у АБХМ на дымовых газах, находится в диапазоне, от 1,40 до 1,45.

Заявленное изобретение обеспечивает повышение энергетической эффективности работы ГПА с газотурбинным приводом КЦ магистрального газопровода в летний период эксплуатации при высоких температурах атмосферного воздуха.

Изобретение относится к энергетике и в частности к установкам для очистки и охлаждения забираемого из атмосферы воздуха перед подачей его в газоперекачивающий агрегат (ГПА) с газотурбинным приводом компрессорной станции и может быть применено при эксплуатации КС магистральных газопроводов. В способе подготовки воздуха атмосферный воздух подают на вход комплексной водухоочистительной установки (КВОУ). Атмосферный воздух подвергают грубой очистке, охлаждают в теплообменниках системы охлаждения воздуха, осуществляют сепарацию из воздуха капельной влаги, подвергают воздух тонкой очистке и подают на вход ГПА. В теплообменники системы охлаждения воздуха подают воду, охлажденную в абсорбционно бромисто-литиевой холодильной машине (АБХМ). В качестве источника тепла на вход АБХМ подают уходящие дымовые газы газотурбинного привода ГПА. Для отвода теплоты от АБХМ используют градирню. Подпиточную воду подают в градирню из накопительного бака, в который поступает свежая вода, конденсат, образовавшийся в теплообменниках и капельная влага, отсепарированная в каплеуловителе. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение энергетической эффективности работы ГПА с газотурбинным приводом КС магистрального газопровода. 2 ил.

Способ подготовки воздуха, подаваемого на вход в газоперекачивающий агрегат (ГПА) с газотурбинным приводом компрессорной станции магистрального трубопровода в котором атмосферный воздух подают на вход комплексной водухоочистительной установки (КВОУ), которую снабжают несущей рамой и посредством разъемных соединений последовательно по ходу движения воздуха закрепляют на упомянутой раме модули циклонных фильтров грубой ступени очистки, модули системы охлаждения воздуха, состоящие из секционных оребренных теплообменников и разъемно прикрепленных к ним секций каплеуловителей (КУ), и модули фильтров тонкой ступени очистки, причем сначала атмосферный воздух подвергают грубой очистке в модулях циклонных фильтров грубой ступени очистки, затем воздух охлаждают в теплообменниках системы охлаждения воздуха, после чего посредством пропуска воздуха через КУ осуществляют сепарацию из воздуха капельной влаги, далее воздух подвергают тонкой очистке в модулях фильтров тонкой ступени очистки и подают на вход ГПА, при этом в теплообменники системы охлаждения воздуха в качестве хладагента подают воду, охлажденную в абсорбционно бромисто-литиевой холодильной машине (АБХМ), а в качестве источника тепла на вход генератора высокого давления АБХМ подают уходящие дымовые газы газотурбинного привода ГПА, для отвода теплоты от АБХМ используют оборотную систему водоохлаждения с градирней, причем оборотную воду после градирни пропускают через установку химводоподготовки и подают на вход абсорбера АБХМ, подпитку потока контура оборотной воды осуществляют путем подачи в градирню подпиточной воды из накопительного бака, в который поступает свежая вода, прошедшая водоподготовку, а также конденсат, образовавшийся в теплообменниках модулей системы охлаждения воздуха, и капельная влага, отсепарированная в КУ.