Газ имеет колоссальное значение для развития цивилизации. И пока умудренные эксперты рассуждают о перспективах газовой эпохи, специалисты-практики неустанно заботятся о насущных проблемах газовой добычи и транспортировки, повышении эффективности газового топлива в энергетике, полноценном использовании газа при переработке.
Газом надо как следует позаниматься, прежде чем «голубой поток» чудесным образом обратится в электричество, тепло, разнообразную продукцию химической промышленности и горючее для автомобилей. Роль «волшебной палочки» в этом превращении отведена важнейшему технологическому процессу - подготовке газа.
Газ различен по составу и разнообразен по типу - природный, попутный нефтяной, шахтный, сланцевый, биогаз. Каждый тип газа обладает только ему присущими физико-химическими свойствами. Газ делится и по функциональным признакам: магистральный, сжиженный, топливный, импульсный, низконапорный, пусковой, сырьевой, бытовой.
Поэтому подготовка исходного газа на разных этапах использования имеет особенности и ведется с учетом типа, состава и назначения газа. Перед профессионалами-газовиками, энергетиками, химиками возникает специфический набор инженерных задач, связанных с газоподготовкой. В этом процессе важная роль отводится компримированию газа с помощью дожимных компрессорных установок.
Дожимные компрессорные установки (ДКУ) применяются в нефтегазодобывающей отрасли (фото 1), энергетике, нефтегазохимии, других секторах промышленности. Ко всем ДКУ различных модификаций предъявляются индивидуальные требования, вытекающие из сферы применения, особенностей проекта и условий эксплуатации.
Фото 1. ДКУ «ЭНЕРГАЗ» на компрессорной станции низких ступеней Алехинского месторождения
КРИТЕРИИ ВЫБОРА
Правильный выбор ДКУ зависит от производственных и технологических возможностей, надежности и ресурса газодожимного оборудования. Рассмотрим эти факторы на примерах дожимных компрессорных установок от компании ЭНЕРГАЗ.
Возможности компримирования. Дожимные установки, оснащенные винтовыми маслозаполненными компрессорами, способны компримировать углеводородный газ до давления 7,5 МПа. Технологические возможности этих ДКУ позволяют перекачивать природный или попутный нефтяной газ с различной производительностью (200…50 000 м3/ч).
В энергетике винтовые компрессорные установки могут снабжать топливным газом турбины с широким диапазоном мощности - 1…200 МВт (фото 2). При необходимости ДКУ ЭНЕРГАЗ оснащаются поршневыми компрессорами, которые обеспечивают более высокое выходное давление газа и могут функционировать с большей производительностью.
Фото 2. Двухступенчатые ДКУ обеспечивают топливом 4-й энергоблок Южно-Сахалинской ТЭЦ-1
В нефтегазовой отрасли особого внимания специалистов заслуживает способность наших ДКУ подготавливать попутный газ при крайне низких значениях входного давления. Технологическая задача компримирования низконапорного ПНГ решается с учетом особенностей конкретных промыслов. Месторождения оснащаются так называемыми «малыми» компрессорными станциями, основу которых составляют ДКУ низкого давления. В случае если давление газа приближено к вакууму (от 0,001 МПа), применяются вакуумные компрессорные установки.
Важен также специфический опыт работы с тяжелыми нефтяными газами плотностью до 3,0 кг/м3 и агрессивным газом с высоким содержанием соединений серы.
Условия эксплуатации и способ исполнения. Установки изготавливаются в двух базовых вариантах: блочно-модульные и ангарного типа (на открытой раме, фото 3). Для районов Крайнего Севера ДКУ производят в арктическом исполнении (фото 4), с учетом экстремальных условий (минимальная температура воздуха - до минус 60°С, температура наиболее холодной пятидневки - до минус 50°С).
Фото 3. Дожимная компрессорная станция ангарного типа для ГТЭС-36 Северо-Лабатьюганского м/р
Все компрессорные установки поставляются на объект в максимальной заводской готовности, когда оборудование уже смонтировано и испытано в заводских условиях. При непрерывной эксплуатации наработка ДКУ «на отказ» - не менее 10 тыс. часов, ресурс до среднего ремонта - 30 тыс. часов, ресурс до капитального ремонта - 80 тыс. часов. Предельное время восстановления работоспособности - 24 часа. Срок службы - не менее 20 лет.
Помимо эксплуатационных технологических систем, установки оснащаются системами жизнеобеспечения (вентиляция, обогрев, освещение) и безопасности (газодетекция, пожарообнаружение и пожаротушение).
Параметры газа. Определение состава, плотности, температуры и давления исходного газа - важнейшее условие для проектирования и успешной эксплуатации компрессорных установок. Точное соблюдение проектных параметров газа на нагнетании - основной критерий эффективности ДКУ.
- Требования к составу газа. Присутствие механических твердых загрязнений в топливном газе чаще всего ограничивается величиной 0,5…1 мг/м3, при максимальном размере частиц 10…40 микрон. Жидкая фракция, которая включает в себя остаточное содержание масла, воду, жидкие фракции углеводородов (конденсат), как правило, ограничивается величиной 2…5 ppm (ppm - миллионная часть объема). Для современных камер сгорания газотурбинных установок эти требования достигают 0,5…1 ppm.
- Обеспечение чистоты газа. В случае, когда ДКУ эксплуатируется на попутном газе, в установку включается дополнительный элемент системы фильтрации - входной двухступенчатый фильтр-скруббер. Также проводится детальный анализ компонентного состава, производятся расчёты в специальной программе, создающей теоретическую модель поведения газа при определенной температуре и давлении. Это дает возможность безошибочно определить рабочий диапазон температур масла и газа, позволяющий превысить точку образования росы для перекачиваемого ПНГ. В результате, исключается образование конденсата в рабочих ячейках компрессора.
Фото 4. ДКУ от компании ЭНЕРГАЗ эксплуатируются в экстремальных условиях Крайнего Севера.
Учитывая, что в винтовом маслозаполненном компрессоре в процессе компримирования газ смешивается с маслом и на выход поступает газомасляная смесь, для сепарирования масла из газа устанавливается фильтр-сепаратор и каскад специальных коалесцентных фильтров. Этим обеспечивается полная очистка газа от масла. Газ на выходе из компрессорной установки содержит в себе не более 3 ppm масла. По желанию заказчика на ДКУ устанавливают фильтры дополнительной очистки, после которых эта величина не превышает 0,5 ppm.
- Температура нагнетания газа. При использовании ДКУ в энергетике температура подачи газа в турбины может колебаться от +40 до +150°С. Газы, которые в условиях нагнетания имеют высокую температуру точки росы, являются наиболее сложными в газоподготовке. Во избежание выпадения конденсата температуру топливного газа необходимо удерживать в узком диапазоне. Задача эта может усложняться высокими требованиями к чистоте газа и перепадом температур окружающей среды. Такую проектную проблему способен решить производитель, обладающий инженерным опытом и знаниями в области поддержания температуры нагнетания газа.
Регулирование производительности ДКУ. Регулирование производительности компрессорной установки осуществляется при помощи двухуровневой системы, что позволяет максимально быстро и корректно реагировать на изменение режима работы сопряженной газотурбинной установки или изменение параметров входного газопровода.
Для изменения производительности в диапазоне 15…100% применяется функция объёмного регулирования через золотниковый клапан компрессора (рис.1). Это снижает эксплуатационные расходы, так как потребляемая мощность главного электродвигателя в режиме золотникового регулирования практически пропорциональна производительности компрессорной установки.
Рисунок 1. Регулирование производительности ДКУ через золотниковый клапан компрессора
Для регулирования производительности в диапазоне 0…15% ДКУ ЭНЕРГАЗ оснащают байпасной линией (перепускным клапаном), которая обеспечивает работу в режиме рециркуляции, позволяет установке функционировать при нулевом расходе в период наладки оборудования, а также дает возможность моментально реагировать на резкое изменение нагрузки.
Автоматизированная система управления. ДКУ ЭНЕРГАЗ снабжены автоматизированной системой управления (САУ), которая поддерживает установку в рабочем режиме, обеспечивая требуемые эксплуатационные параметры, в том числе параметры масла, газа, охлаждающей жидкости. САУ управляет системами жизнеобеспечения и безопасности ДКУ, а также обеспечивает связь с верхним уровнем АСУ ТП. В составе компрессорной станции связанные между собой САУ нескольких компрессорных установок выполняют функцию группового регулирования и координируют работу этих ДКУ.
Автоматизированная система управления может размещаться как в отдельном укрытии, так и внутри блок-модуля дожимной компрессорной установки. В этом случае отсек управления отделяют от технологической части газонепроницаемой перегородкой.
Комплектация ДКУ. Комплектация дожимных компрессорных установок индивидуальна для каждого проекта, учитывает качество и состав исходного газа, условия эксплуатации, параметры сопряженного оборудования, область применения.
При наличии особых проектных требований заказчика, ДКУ ЭНЕРГАЗ могут осуществлять (помимо доочистки и компримирования) учет объёма газа, осушку, дополнительное охлаждение, редуцирование газа и ряд других функций (фото 5).
Для этого в комплект поставки включается специальное оборудование: блок учета газа, адсорбционный или рефрижераторный осушитель, чиллер (холодильная установка), система редуцирования, потоковый хроматограф для определения состава и теплотворной способности газа (калориметр), измеритель температуры точки росы газа по влаге и углеводородам с устройством отбора проб, ресивер, поточный вискозиметр.
Фото 5. Комплекс для подготовки ПНГ (ДКУ с блоком учета газа, осушитель, чиллер)
При компримировании низконапорного и тяжелого (жирного) попутного нефтяного газа ДКУ оснащают системой быстродействующих клапанов на входе и выходе газа, автоматической дренажной системой для откачки конденсата из фильтра-скруббера, датчиком содержания кислорода и дополнительными измерительными приборами.
Резервирование элементов. Зачастую ДКУ эксплуатируются без резервной установки. В такой ситуации резервируют некоторые элементы оборудования. Так, сдвоенные фильтры маслосистемы обеспечивают безостановочную работу компрессорной установки при засорении основного фильтра - с переходом на резервный фильтр. Это также касается резервирования маслонасосов и насосов системы охлаждения. Причем переключение на резервные элементы осуществляется автоматически.
ЧЕРЕЗ ПРЕИМУЩЕСТВА - К НАДЕЖНОСТИ И КАЧЕСТВУ
Итак, названы наиболее важные критерии, которые желательно учитывать при выборе газодожимных компрессорных установок. Уместны также рекомендации по подбору производителя и поставщика ДКУ - компетентного, надежного и долговременного партнера. В основе этого выбора лежат гарантии своевременного и пунктуального исполнения проектных требований, практический опыт и инженерные знания специалистов, способных уберечь заказчика от упущений и ошибок.
Отметим некоторые преимущества сотрудничества с компанией ЭНЕРГАЗ - официальным представителем швейцарской фирмы ENERPROJECT SA:
Индивидуальное проектирование. Способность производителя разрабатывать проекты по индивидуальным требованиям заказчика, без увеличения стоимости «за индивидуальный подход». Готовность предложить ДКУ в разных исполнениях с учетом условий эксплуатации на конкретном объекте.
Опыт эксплуатации. Значительная практика универсального применения дожимных компрессорных установок в различных отраслях промышленности. Уникальность опыта работы на попутном нефтяном газе. Наличие филиалов и складов запасных частей в регионах России. Возможность лично оценить, с какими турбинами эксплуатируются ДКУ, на каких типах газа они функционируют. Для принятия более обоснованного решения ЭНЕРГАЗ приглашает потенциальных заказчиков посетить завод-изготовитель и объекты, на которых наши ДКУ применяются продолжительное время.
Комплексный сервис. После доставки ДКУ на объект мы не только осуществляем шефмонтаж (фото 6) и пусконаладочные работы. Наши сервисные специалисты проводят индивидуальные испытания ДКУ, контролируют работу установок в ходе комплексных испытаний сопряженного оборудования или энергообъекта в целом, обучают эксплуатационный персонал заказчика. Эксплуатация компрессорных установок сопровождается регулярным техническим обслуживанием (фото 7). Качество и своевременность этих работ основаны на опыте и компетентности инженеров нашей компании.
Фото 6. Монтаж аппарата воздушного охлаждения на компрессорную установку
Таким образом, эксплуатационная надежность ДКУ от компании ЭНЕРГАЗ достигается комплексом следующих факторов:
- индивидуальные инженерные решения, учитывающие состав и особенности газа;
- обоснованный подбор и применение специальных материалов, марок стали и комплектующих;
- высокий уровень автоматизации, резервирования и безопасности;
- комплексные заводские испытания ДКУ;
- система контроля качества ISO 9001;
- максимальная степень заводской готовности при поставке;
- квалификация инженерного персонала, качество предпусковых работ и сервиса;
- подтвержденный ресурс и ремонтопригодность в любых условиях, включая экстремальные.
В профессиональном инженерном сообществе сложилась традиция - решение сложных и нестандартных технологических задач доверять коллективам, многократно проверенным на практике. Такой опыт компримирования различных типов газа с применением современных ДКУ сосредоточен сегодня в ЭНЕРГАЗе.
Фото 7. Своевременное ТО - залог надежности и эффективности оборудования
В общей сложности более 150 ДКУ от компании ЭНЕРГАЗ эксплуатируются в энергетике и нефтегазовой отрасли России и стран СНГ. Более 40 установок находятся сегодня на различных стадиях подготовки к пуску.
О.В. Шершнев - заместитель генерального директора ООО «ЭНЕРГАЗ»
И.В. Чернов - ведущий специалист отдела продвижения ООО «ЭНЕРГАЗ»
