Характеристика газоперекачивающего агрегата

В качестве газоперекачивающих агрегатов применяются поршневые газомотокомпрессоры или центробежные нагнетатели.

Поршневые газомотокомпрессоры представляют собой агрегат, в котором объединены силовая часть (привод) и компрессор для сжатия газа. Принцип работы поршневого компрессора такой же, как у поршневого насоса.

Наиболее распространёнными типами газомотокомпрессоров являются 10ГК, 10ГКН, МК-10 и ГПА-5000, имеющие подачу от 0,8 до 10,0 млн.м³/сут. и развивающие давление 5,5 МПа. Отличаются высокой эксплуатационной надёжностью, способностью работать в широком диапазоне рабочих давлений, возможностью регулировать подачу за счёт изменения «вредного» пространства и частоты вращения.

Преимущественно применяются на трубопроводах по перекачке нефтяного газа и на станциях подземного хранения газа.

Заводы – производители: УТМЗ – Уральский турбомоторный завод им. К.Е.Ворошилова; НЗЛ – Невский машиностроительный завод им. В.И.Ленина. Модели зарубежных фирм «Кларк», «Купер – Бессемер», «Вортингтон» и др.

На магистральных газопроводах пропускной способностью более 10 млн.м³/сут. применяют центробежные нагнетатели с газотурбинным приводом или электроприводом.

Наиболее распространённым приводом является газотурбинный. В состав газотурбинной установки входят: турбодетандер, редуктор, воздушный компрессор, блок камер сгорания, турбины высокого и низкого давлений. Турбодетандер является пусковым двигателем установки, работающим на природном газе. Расчётная продолжительность пуска агрегата из холодного состояния – 15мин. Турбодетандер через редуктор запускает в работу воздушный компрессор. Атмосферный воздух засасывается компрессором и сжимается в нём до рабочего давления. Далее сжатый воздух направляется в блок камер сгорания, где он нагревается за счёт сжигания природного газа. Продукты сгорания направляются в газовую турбину (сначала высокого, затем низкого давления), где они расширяются. Процесс расширения сопровождается падением давления и температуры, но увеличением скорости потока газа, используемого для вращения ротора турбины. Отработавший газ через выхлопной патрубок выходит в окружающую среду.

На газопроводах применяются газовые турбины мощностью от 2500 до 25000 кВт.

Начиная с 1974 г. на отечественные магистральные газопроводы в качестве привода центробежных нагнетателей начали применять авиационные двигатели, отработавшие свой ресурс. После относительно небольшого числа работы их по соображениям безопасности полётов снимают с самолётов, однако они способны ещё длительное время с большой надёжностью работать на земле. В конце 90-х годов ХХ века начались совместные разработки новых газоперекачивающих агрегатов с использованием авиационных двигателей специально разработанных для привода центробежных нагнетателей. Такая разработка велась между ОАО «Газпром» и ОАО «Пермские моторы», результатом стало создание ГПА 25Р ПС – 90 «Урал». Несколько данных установок находятся в опытной эксплуатации ООО «Пермтрансгаз» ОАО «Газпром». Мощность ГПА составляет 25000 кВт.

В последние годы в качестве привода центробежных нагнетателей всё шире используются электродвигатели АЗ-4500-1500, СТМ-4000-2, СТД-4000-2, СДСЗ-4500-1500. Они подключаются к нагнетателям через повышающий редуктор.

Характеристикой центробежного компрессора называют зависимость отношения давлений (степени повышения давлений)ξ, политропического коэффициента мощности (к.п.д.) η_пол. и внутренней мощности N_i от расхода Q при различной частоте вращения ротора n. При уменьшении расхода давление, развиваемое нагнетателем, растёт до определённого предела, который называется критическим давлением p_кр. По мере дальнейшего уменьшения расхода начинается зона неустойчивой работы, или зона помпажа. Помпаж сопровождается специфическим шумом, резким повышением вибрации и может привести к аварии.

В реальных условиях нагнетатель, приводимый от ГТУ, работает в определённом диапазоне частоты вращения. Поэтому характеристики нагнетателя строят при различной частоте вращения. Заводы обычно приводят зависимость между его основными параметрами Q, p, N, η и n. Эти характеристики снимают при определённых параметрах рабочей среды, чаще всего – воздуха. Чтобы характеристики были пригодны для природных газов различного состава, их приводят к фиксированным, целесообразно выбранным условиям. Параметры приведения:

- газовая постоянная R_пр 490 Дж/кг·К;

- температура на входе нагнетателя Т_{в пр} =288Кº;

- коэффициент сжимаемости Z_{в пр} = 0,91;

- частота вращения n_{пр =} n_н (номинальная)

Обычно расчётные точки на характеристиках нагнетателя принимают с таким запасом по устойчивости, чтобы на всех рабочих режимах сохранялось 10%-ное удаление (по расходу) от границы помпажа.