1.6 Работа и помпаж центробежного нагнетателя в условиях линейной компрессорной станции

С целью целенаправленного обзора и анализа методов антипомпажного регулирования и разработки общих алгоритмов контроля и регулирования помпажа применительно к ЦБН природного газа необходимо рассмотреть их работу в условиях эксплуатации ГПА на КС.

Упрощенная схема КС с агрегатами типа ГПА-Ц, оснащенными двухступенчатыми ЦБН показана на рис. 1.2.

Из схемы видно, что ГПА с ЦБН расположены параллельно, при этом краны № 6 установлены в контурах, являющихся байпасами каждого ЦБН в общий входной коллектор КС. Эти контуры являются пусковыми и на запуске ГПА краны № 1 и №6 открыты, а кран № 2 закрыт (режим работы агрегата «кольцо»). Для выхода в трассу (магистраль) кран № 2 открывается, а кран № 6 закрывается и ГПА переходит в режим работы «магистраль».

Система управления агрегатом автоматически поддерживает частоту вращения ротора газогенератора (ГГ) приводного газотурбинного двигателя (ГТД), при этом регулируемой величиной косвенно является мощность. Необходимая величина мощности и частота вращения ГГ задается оператором из условия поддержания давления газа на выходе ЦБН. Если характеристики приводных ГТД и ЦБН мало отличаются для разных ГПА, то мощность и частота вращения ГГ и свободной турбины (СТ) с ЦБН на всех ГПА будут одинаковыми.

Однако, точно выставить частоту вращения роторов СТ и соответственно ЦБН практически невозможно (в основном из-за неточности измерительных приборов), в этом случае ЦБН с меньшей частотой вращения, что вытекает из анализа характеристик , оказывается ближе к границе помпажа и вероятность его срыва возрастает.Кроме того, в результате технологического разброса при изготовлении ЦБН, а также вследствие эксплуатационного износа проточной части ЦБН, их характеристики и положение границы помпажа могут достаточно сильно различаться. В этом случае предвидеть возможность входа в помпаж еще более сложно.

Рисунок 1.7 - Упрощённая схема КС с агрегатами типа ГПА-Ц

В связи с тем, что система антипомпажного регулирования на ГПА практически отсутствует по причинам, изложенным выше, то в настоящее время задействована система автоматики на аварийную защиту от помпажа. При попадании ЦБН в помпаж система останавливает ГПА аварийно со сбросом газа из контура в атмосферу или при наличии кранов № 6 с быстродействующим пневматическим приводом переводит агрегат на режим «кольцо», что является неэкономичным и не всегда надежным [18].

В условиях КС основными причинами помпажа могут являться ошибочная перестановка кранов обвязки ЦБН и задержка в их срабатывании, уменьшение объёмного расхода из-за сокращения его расхода потребителями или при остановке ГПА на смежных станциях.

Как отмечалось выше, помпаж ЦБН в условиях КС (режим «магистраль») является низкочастотным 0,5Гц и протекает с большой амплитудой колебаний параметров. Колебания расхода от максимального до отрицательных значений, амплитуда давления на выходе до полного перепада на ЦБН, осевая сила от 0 до превышающей в несколько раз её номинальное значение в сторону всаса, мощность от максимальной до нуля [6 - 9].

Такие помпажные колебания часто приводят к крупным поломках ЦБН и приводного ГТД. При этом выходят из строя упорные подшипники ЦБН, разрушаются рабочие колеса и др.детали ЦБН. По приводному ГТД в основном наблюдается отрыв лопаток свободной турбины, разрушение её диска и подшипников вала.

Применительно к условиям работы КС экономичным способом удаления от границы помпажа является отключение параллельно работающих ГПА или групп ГПА. Энергетически такой способ применим только в том случае, если на КС имеется большое количество ГПА.

Если оставшиеся в работе машины не могут обеспечить близкое к заданному давление газа за станцией тогда необходимо перепускать часть газа с выхода ГПА на вход станции, а эту функцию наиболее экономично может выполнить только система автоматического антипомпажного регулирования.

Кроме того, как отмечалось выше, из-за различия в характеристиках ЦБН и возможности срыва в помпаж любого отдельного ГПА необходимо оснащение каждого ГПА свой автономной системой антипомпажного регулирования, воздействующей на антипомпажный регулирующий клапан, установленный последовательно или параллельно запорному крану №6.