Современная компрессорная станция (КС) – это сложное инженерное сооружение, обеспечивающее основные технологические процессы по подготовке и транспорту природного газа. Типовые компрессорные станции, располагаемые по трассе газопровода через каждые, как правило, 100-150 км. предназначены для обеспечения приема на станцию транспортируемого по газопроводу природного газа, его очистки от механических примесей и капельной жидкости в специальных пылеуловителях и фильтр-сепараторах, распределения потоков газа по установленным на КС газоперекачивающим агрегатам с обеспечением их оптимальной загрузки, охлаждения транспортируемого газа после компремирования перед подачей его в газопровод, вывода цеха КС для работы на станционное «кольцо» при пуске и остановке станции, а также транзитного прохода транспортируемого газа по магистральному газопроводу, минуя станцию. Кроме того, технологическая обвязка компрессорной станции должна обеспечивать возможность сброса газа в атмосферу из всех его технологических коммуникаций через специальные свечные краны. [11]
Компрессорная станция в зависимости от числа «ниток» магистральных газопроводов может состоять из одного, двух и более компрессорных цехов, оборудованных одним или несколькими типами газоперекачивающих агрегатов (ГПА). Под ГПА понимается газотурбинная установка и приводимый ею во вращение для перекачки газа центробежный нагнетатель.
Как правило, каждый цех станции работает на свой газопровод. Из-за технологических соображений транспорта газов, компрессорные цеха могут быть соединены специальными перемычками на входе и выходе станции.
На Рис. 5.1 приведена принципиальная схема компоновки основного оборудования компрессорной станции, состоящей из трех ГПА. В зависимости от количества транспортируемого по газопроводу газа на КС может быть установлено различное число газоперекачивающих агрегатов с различной единичной мощностью. Основным типом ГПА на компрессорных станциях в настоящее время являются газотурбинные установки мощностью примерно 2, 4, 6, 10, 16 и 25 мВт. Общее число установленных агрегатов с газотурбинным приводом – свыше 3 тыс. ГПА. Установленная мощность всех газотурбинных агрегатов в системе ОАО «Газпром» составляет примерно 86% от мощности всех других типов ГПА, среди которых около 13% приходится на агрегаты с электроприводом и около 1% на агрегаты с поршневым типом привода.
В соответствии с Рис. 5.1 в состав основного оборудования компрессорной станции входит: 1 – узел подключения станции к магистральному газопроводу; 2 – камеры запуска и приема очистного устройства для внутренней полости газопровода от механических примесей, конденсата и т.п.; 3 – установка очистки технологического газа, состоящая из пылеуловителей и фильтр-сепараторов; 4 – установка охлаждения перекачиваемого технологического газа; 5 – газоперекачивающие агрегаты с центробежными нагнетателями газа; 6 – технологические трубопроводы обвязки компрессорной станции; 7 – запорная арматура обвязки центробежного нагнетателя; 8 – установка подготовки пускового и топливного газа; 9 – установка подготовки импульсного газа для обеспечения работы приборов КИП и А; 10 – различное вспомогательное оборудование (система маслохозяйства, котельная, воздушный компрессор и т.д.); 11 – энергетическое оборудование (трансформаторные установки, распределительные устройства, аварийная электростанция и т.д.); 12 – главный щит управления и система телемеханики; 13 – оборудование электрохимзащиты трубопроводов обвязки компрессорной станции.
Оборудование и сама обвязка компрессорной станции приспособлены к переменному режиму работы газопровода и самой КС. Количество газа, перекачиваемого через КС, регулируется в основном включением и отключением числа работающих агрегатов, изменением частоты вращения силовой турбины у ГПА с газотурбинным типом привода. Однако во всех случаях стремятся к тому, чтобы необходимое количество газа перекачать меньшим числом агрегатов, что приводит естественно к меньшему расходу топливного газа на нужды перекачки и, как следствие, к увеличению подачи товарного газа по газопроводу, в целом к оптимизации режимов работы компрессорной станции и установленных на ней газоперекачивающих агрегатов.
В зависимости от типа центробежных нагнетателей (ЦБН), используемых на станциях, различают две принципиально различные схемы обвязок КС [11]:
- схема с параллельной, коллекторной обвязкой, характерной для так называемых полнонапорных нагнетателей;
- схема с последовательной обвязкой, характерной для так называемых неплононапорных нагнетателей.
У полнонапорных нагнетателей проточная часть сконструирована таким образом, что позволяет при номинальной частоте вращения вала, создавать степень сжатия на уровне 1,45-1,50, определяемую расчетными проектными давлениями газа на входе и выходе компрессорной станции. ГПА с такими типами нагнетателей работают параллельно на один нагнетательный коллектор.
У неплононапорных нагнетателей проточная часть рассчитана на степень сжатия 1,23-1,25. В условиях эксплуатации ГПА с такими типами нагнетателей работают по схеме последовательного соединения двух агрегатов, обеспечивая общую степень сжатия по станции на уровне 1,45-1,50. Последовательное соединение агрегатов для обеспечения трехступенчатого сжатия на газопроводах используется крайне редко. Такое соединение агрегатов может быть использовано в основном для станций подземного хранения газа.
Принципиальная схема КС с параллельной обвязкой ГПА при использовании полнонапорных нагнетателей показана на Рис. 5.2. По этой схеме, газ из магистрального газопровода через охранный кран №19, который предназначен для автоматического отключения (включения) магистрального газопровода от станции в случае возникновения каких-либо аварийных ситуаций, поступает к входному крану №7, расположенному как и кран №19, на узле подключения КС к газопроводу. Входный кран №7, также предназначенный при необходимости для автоматического отключения компрессорной станции от магистрального газопровода, имеет обводной кран №7р с несколько меньшим проходным сечением, предназначенный для заполнения газом всей системы технологической обвязки КС перед пуском станции в работу. Только после выравнивания давления в магистральном газопроводе и технологических коммуникациях станции с помощью крана №7р, производится открытие крана №7. Это делается во избежание газодинамического удара, который может возникнуть при открытии крана №7, без предварительного заполнения газом технологических коммуникаций компрессорной станции. Сразу за краном №7 по ходу газа установлен свечной кран №17, который используется для стравливания газа в атмосферу из технологических коммуникаций станции при производстве на них профилактических работ. Аналогичную роль он выполняет и при возникновении аварийных ситуаций на станции.
После крана №7, газ поступает к установке его очистки, где размещены пылеуловители и фильтр-сепараторы, где он очищается от механических примесей и влаги.
После очистки газ поступает во входной коллектор компрессорного цеха – через кран №1 на вход центробежного нагнетателя. После сжатия в нагнетателе, газ проходит выходной кран №2 и поступает на установку охлаждения газа (АВО газа). После прохождения АВО газа, он через выходной кран №8 поступает в магистральный газопровод. Перед краном №8 установлен обратный клапан, предназначенный для предотвращения обратного потока газа из газопровода и исключения обратной раскрутки нагнетателя при ее возникновении.
В целом, назначение крана №8, расположенного на узле подключения КС, аналогично крану №7. Стравливание газа в атмосферу осуществляется через свечной кран №18, расположенного по ходу газа перед краном №8. После КС, на магистральном газопроводе установлен охранный кран №21, назначение которого аналогично охранному крану № 19.
Между узлами подключения станции к входному и выходному трубопроводу имеется перемычка с установленным на ней краном №20, что позволяет осуществлять транзитную подачу газа минуя компрессорную станцию в период ее отключения.
При эксплуатации КС может возникнуть ситуация, когда давление на выходе станции может приблизиться к максимально разрешенному. Для устранения такого режима работы между входным и выходным участками станции устанавливается кран №6А, используемый при пуске и остановке станции, что позволяет станции работать некоторое время на так называемое «станционное кольцо» для выхода на оптимальный режим работы КС и ГПА.
На Рис. 5.3 приведена другая схема КС, с так называемой последовательной обвязкой газоперекачивающих агрегатов, реализуемой в условиях эксплуатации для работы ГПА с неполнонапорными нагнетателями. Эта схема позволяет с помощью «режимных» кранов осуществлять как последовательную работу одного и двух агрегатов, так и параллельную работу группы агрегатов, состоящих из двух или трех последовательно работающих ГПА.
Краны в схеме обвязки агрегатов с неполнонапорными нагнетателями имеют следующую нумерацию и назначение (Рис. 5.3): кран №1 устанавливается на всасывающем трубопроводе и служит для приема газа; кран №2 устанавливается на выходном трубопроводе и служит для подачи сжатого газа через «режимные» краны в нагнетательный трубопровод, либо на вход следующего нагнетателя для обеспечения двухступенчатого сжатия; кран №3 – обводной. При закрытых кранах №№1 и 2, газ из входного коллектора через кран №3 поступает на вход следующего агрегата, минуя предыдущий. Кран №3 бис – обводной и используется только в период пуска и остановки агрегата; кран №4 – обводной для крана №1, с диаметром несколько меньшим чем кран №1 и служит для заполнения контура нагнетателя газом перед пуском ГПА в работу; кран №5 – свечной, расположен на нагнетательной стороне трубопровода до крана №2 и предназначен для продувки контура нагнетателя перед пуском и сброса газа в атмосферу при пуске и остановках ГПА.
Отличительной особенностью использования полнонапорных нагнетателей КС перед неполнонапорными является: схема с полнонапорными нагнетателями значительно проще в управлении, она позволяет использовать в работе любые, имеющиеся в «резерве» агрегаты, отпадает необходимость в кранах №№3, 3-бис, а также в ряде других режимных кранах. Следует отметить, что остановка одного агрегата в схеме с неполнонапорными нагнетателями, вызывает необходимость выводить на режим «кольцо» и второй агрегат.
