Компрессорные станции магистральных газопроводов

Серия «Высшее образование»




А. А. Коршак





            КОМПРЕССОРНЫЕ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ


    УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ



Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качестве учебного пособия для студентов образовательных организаций высшего образования, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата «Нефтегазовое дело», по представлению Ученого Совета Уфимского государственного нефтяного технического университета (выписка из протокола № 905/28 от 16.06.2014)





Ростов-на-Дону Феникс 2016

УДК 621.6(075.8)
ББК 39.76я73
КТК 267
   К70





     Рецензенты:
     зав. кафедрой транспорта и хранения нефти и газа Института нефти и газа САФУ им. М. В. Ломоносова, д-р г.-м. наук, проф. М. Г. Губайдуллин,
     директор ООО «Энергия-2», заслуженный деятель науки РФ, д-р техн. наук, проф. В. Н. Антипьев

     Коршак А. А.
К70 Компрессорные станции магистральных газопроводов : учебное пособие / А. А. Коршак. — Ростов н/Д : Феникс, 2016. — 157, [1] с. — (Высшее образование).
     ISBN 978-5-222-24078-6
       Изложены основные сведения об оборудовании компрессорных станций магистральных газопроводов, их проектировании и эксплуатации.
       Учебное пособие предназначено для студентов специальности 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газопроводов и газонефтехранилищ» направления подготовки дипломированных специалистов 130500 «Нефтегазовое дело», бакалавров и магистров, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров 130500 «Нефтегазовое дело», а также для широкого круга инженерно-технических работников.





ISBN 978-5-222-24078-6

УДК 621.6(075.8)
ББК 39.76я73


                            © Коршак А. А., 2014
                            © Оформление: ООО «Феникс», 2015

    ВВЕДЕНИЕ


    Практически весь добываемый в нашей стране газ транспортируется по трубопроводам. Магистральным газопроводом (МГ) называется комплекс производственных объектов, обеспечивающих перекачку природного или попутного нефтяного газа из мест добычи в места потребления, в состав которого входят:
    • линейные сооружения;
    • компрессорные станции (КС);
    • подземные хранилища газа (ПХГ);
    • газораспределительные станции (ГРС).
    К линейным сооружениям магистрального газопровода относятся: собственно трубопровод, сваренный из труб диаметром от 530 до 1420 мм; линейные краны; переходы через естественные и искусственные препятствия; средства защиты трубопровода от коррозии; линии диспетчерской связи и электропередачи; вертолетные площадки; вдольтрассовые дороги.
    Подземные хранилища газа (станции подземного хранения газа) предназначены для компенсации неравномерности газопот-ребления в течение года и смягчения последствий аварийных ситуаций в системе газоснабжения. Основными объектами ПХГ являются: дожимная компрессорная станция (ДКС), технологические трубопроводы, а также скважины для закачки газа в пласт и его извлечения.
    Газораспределительные станции предназначены для понижения давления газа, подаваемого из магистральных газопроводов потребителям. Основными объектами ГРС являются: узлы переключения станции, очистки газа, предотвращения гидратов, регулирования давления, учета и одоризации газа.
    Ведущую роль в транспортировке газа по трубопроводу играют компрессорные станции. В данном учебном пособии рассматриваются вопросы их проектирования и эксплуатации.

ГЛАВА 1

    Общие сведения о компрессорных станциях магистральных газопроводов

1.1. Классификация КС
   Компрессорные станции магистральных газопроводов классифицируются по:
   • назначению;
   • типу установленных компрессорных машин;
   • типу привода газоперекачивающего аппарата.
   По назначению компрессорные станции магистральных газопроводов бывают головные, линейные (промежуточные) и дожимные.
   Головная и линейные КС магистрального газопровода предназначены для компенсации потерь давления, имеющих место при транспортировке газа от мест добычи до мест потребления. Кроме того, на КС осуществляются доочистка газа от механических примесей и капельной влаги, его охлаждение, а также измерение (при необходимости) его расхода (на входящих в состав этих КС газоизмерительных станциях).
   На КС, предшествующих морским участкам газопроводов, размещают также станции дополнительной осушки газа.
   Головная КС размещается непосредственно возле газового месторождения. На нее поступает товарный газ, уже прошедший через промысловую установку комплексной подготовки, где осуществляются его очистка от мехпримесей и капельной влаги, осушка, очистка от углекислого газа и сероводорода, извлечение гелия. Характерной особенностью головной КС является высокая степень сжатия газа, под которой понимают отношение давления его нагнетания к давлению всасывания станции.

4

Глава 1. Общие сведения о компрессорных станциях газопроводов

    Линейные КС размещаются, как правило, через каждые 100— 150 км. Степень сжатия современных линейных КС составляет, как правило, около 1,34, что соответствует давлению всасывания Рвх= 5,6 МПа и давлению нагнетания Рнаг = 7,5 МПа. Исключение составляют линейные КС газопроводов, построенных до 1980 г., а также береговые КС, где давление нагнетания достигает 19,6 МПа.
    Дожимные КС (ДКС) устанавливаются на подземных хранилищах газа. Они служат для его закачки из магистрального газопровода в пласт, а также для отбора газа из пласта (в периоды дефицита) с целью закачки в магистральный газопровод или непосредственной подачи потребителям. Отличительной особенностью ДКС является высокая степень сжатия — от 2 до 4.
    По типу установленных компрессорных машин различают поршневые и центробежные КС. В первом случае на них установлены поршневые компрессоры, а во втором — центробежные нагнетатели.
    Поршневые компрессоры использовались для перекачки газа на начальном этапе развития газопроводов. Однако они очень громоздки и малопроизводительны. В настоящее время в системе магистральных газопроводов они используются только на дожимных КС подземных хранилищ газа.
    Головные и линейные КС современных МГ оснащают центробежными нагнетателями. Они бывают полнонапорными и неполнонапорными. В первом случае каждый газоперекачивающий агрегат (ГПА) обеспечивает компримирование газа от давления Рвх до Рнаг, а во втором — для достижения требуемой степени сжатия необходимо последовательное включение двух и более агрегатов.
    По типу привода газоперекачивающего агрегата различают КС с газотурбинным и электрическим приводом. В настоящее время первый тип привода имеют более 88% ГПА, а второй — около 12%.

1.2.  Состав сооружений компрессорной станции
    В общем случае в состав компрессорной станции входят следующие основные объекты:
    • узел подключения КС к магистральному трубопроводу;
    • установка очистки газа с системой сбора продуктов очистки;

5

Компрессорные станции магистральных газопроводов

    • площадка газоперекачивающих агрегатов (ГПА с оборудованием, трубопроводами и системами, обеспечивающими их работу);
    • установка охлаждения технологического газа;
    • блок подготовки топливного, пускового и импульсного газа (БПТПИГ);
    • технологические трубопроводы и арматура.
    Кроме того, на КС имеются многочисленные вспомогательные системы и сооружения:
    • система электроснабжения, молниезащиты и заземления;
    • система маслоснабжения;
    • система водоснабжения и канализации;
    • система отопления и вентиляции (в составе зданий и сооружений);
    • система теплоснабжения;
    • системы пожарной сигнализации, водоснабжения и автоматического пожаротушения;
    • система газоснабжения (собственные нужды КС);
    • система электрохимзащиты;
    • система обеспечения инертными газами;
    • установка воздухоснабжения ГПА (при необходимости).
    Совокупность данных объектов составляет компрессорный цех — основную часть компрессорной станции, выполняющую технологические функции очистки, компримирования и охлаждения газа. На площадке КС их может быть несколько.
    Кроме того, на КС имеются здания и сооружения, не задействованные непосредственно в технологическом процессе транспорта газа. К ним относятся:
    • склад оборудования и арматуры;
    • склад материалов и реагентов;
    • склад метанола;
    • ремонтно-эксплуатационный блок;
    • подсобно-производственные и административные здания;
    • пожарное депо;
    • проходная и пр.
    Обычно они размещаются за пределами площадки КС, в зоне служебно-вспомогательного производственного комплекса, и не менее чем в 350 м от линейной части магистрального трубопровода.

6

Глава 1. Общие сведения о компрессорных станциях газопроводов

1.3. Технологические схемы КС


    В соответствии с типами применяемых ГПА различают:
    ♦ компрессорные станции с поршневыми газоперекачивающими агрегатами (газомотокомпрессорами);
    ♦ компрессорные станции с газоперекачивающими агрегатами, имеющими газотурбинный привод (газотурбинные ГПА);
    ♦ компрессорные станции с газоперекачивающими агрегатами, имеющими привод от электродвигателя (электропривод-ные ГПА).
    На рисунке 1.1 представлена принципиальная технологическая схема КС с параллельной обвязкой полнонапорных ГПА.


Рис. 1.1. Принципиальная технологическая схема КС с параллельным соединением полнонапорных центробежных нагнетателей

    В соответствии с ней газ поступает на компрессорную станцию через входной кран № 7, предназначенный для автоматического отключения (в случае необходимости) КС от магистрального газопровода. Далее газ последовательно проходит через блоки пылеуловителей и фильтр-сепараторов, после чего поступает во всасывающий коллектор компрессорного цеха (КЦ). Здесь он разделяется по количеству параллельно включенных ГПА и через кран № 1 поступает на вход центробежных нагнетателей.


7

Компрессорные станции магистральных газопроводов

    После компримирования газ проходит обратный клапан, кран №2и поступает в нагнетательный коллектор, из которого попадает в группу аппаратов воздушного охлаждения (АВО газа). Здесь его температура снижается. Далее сжатый и охлажденный газ через обратный клапан и выходной кран № 8 поступает в магистральный газопровод.
    Технологическая схема КС предусматривает ряд защит. Охранные краны № 19 и 21 предназначены для автоматического отключения магистрального газопровода от станции в случае возникновения каких-либо повреждений на узле подключения, а равно являются элементами секционирования линейной части в случае ее повреждения.
    Для предотвращения гидродинамического удара при заполнении газом технологической обвязки КС кран № 7 снабжен обводной линией меньшего диаметра с краном № 7р. Заполнение обвязки производится путем его открытия и осуществляется до тех пор, пока давление в ней и в магистральном газопроводе не сравняются. Только после этого открывается кран № 7.
    Серьезную опасность для оборудования КС представляют огромные потоки газа из нагнетательного коллектора или магистрального газопровода. Они могут привести к обратной раскрутке центробежного нагнетателя и ротора силовой турбины, что в конечном итоге приведет к аварии на станции. Обратное течение газа в обвязке КС предотвращается с помощью обратных клапанов. Они установлены как в нагнетательной линии каждого ГПА, так и на выходе КС в целом (перед выходным краном № 8).
    Для стравливания газа из технологической обвязки КС и газоперекачивающих агрегатов при проведении ремонтных и профилактических работ предусмотрены свечи, снабженные свечными кранами № 5, 17 и 18.
    При эксплуатации КС возможна ситуация, когда давление на выходе из нее может приблизиться к максимально разрешенному. Для предотвращения его превышения между входным и выходным трубопроводами устроена перемычка с краном № 6А. Этот кран необходим также при пуске или остановке компрессорного цеха: его открытие обеспечивает снижение выходного и увеличение входного давления КС, что ведет к уменьшению степени сжатия. Работа

8

Глава 1. Общие сведения о компрессорных станциях газопроводов

КС с открытым краном № 6А называется работой станции на «станционное кольцо».
    Кроме того, технологическая схема компрессорной станции обеспечивает:
    ♦ прием и запуск средств очистки и диагностики линейной части магистрального газопровода с помощью соответствующих камер;
    ♦ транзитную перекачку газа, минуя КС, с помощью перемычки, на которой установлен кран № 20.
    Принципиальный план размещения объектов КС приведен на рис. 1.2.


Рис. 1.2. Принципиальный план компоновки основного оборудования компрессорной станции: 1 — байпас КС; 2 — камеры приема и запуска очистных устройств; 3 — установка очистки технологического газа; 4 — установка охлаждения технологического газа;
5 — газоперекачивающий агрегат; 6 — технологические трубопроводы обвязки КС; 7 — запорная арматура технологических трубопроводов; 8 — блок подготовки пускового, топливного и импульсного газа; 9 — оборудование электрохимической защиты трубопроводов обвязки КС; 10 — главный щит управления

9

Компрессорные станции магистральных газопроводов

    Он включает 3 зоны:
    • узел переключения КС;
    • зона основного производства;
    • служебно-производственный комплекс.
    Узел подключения КС расположен вне ее территории и включает в себя:
    • участок магистрального газопровода, включая байпас;
    • камеры приема и запуска очистных устройств;
    • всасывающий и нагнетательный трубопроводы КС с запорной арматурой (до установки очистки и за установкой охлаждения газа).
    В зоне основного производства находятся:
    • установка очистки технологического газа, состоящая в общем случае из пылеуловителей и фильтр-сепараторов;
    • ГПА в общем здании компрессорного цеха или индивидуальных укрытиях;
    • установка охлаждения технологического газа;
    • технологические трубопроводы обвязки КС с запорной арматурой;
    • блок подготовки пускового, топливного и импульсного газа;
    • оборудование электрохимической защиты трубопроводов обвязки КС;
    • различное вспомогательное оборудование (маслохозяйство, котельная, склад ГСМ, аппараты воздушного охлаждения масла, резервуары воды и пены для пожаротушения);
    • энергетическое оборудование (трансформаторная подстанция, дизельная электростанция или передвижная аварийная электро станция);
    • главный щит управления или диспетчерский пункт.
    В зданиях служебно-производственного комплекса находятся административное здание, гараж, мойка и стоянка для автомашин и т. д.
    В прошлые годы заводами выпускались в основном неполнонапорные центробежные нагнетатели (в одноступенчатом исполнении) со степенью сжатия до 1,24. В связи с ее недостаточностью, для обеспечения необходимого давления газа на стороне нагнетания КС такие нагнетатели в технологической обвязке соединяли

10