RU219265U1 - Устройство отвода утечек технологического газа из газодинамических уплотнений центробежных компрессоров с использованием свободно-поршневого компрессора - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к газодобывающей, газотранспортной, нефте- и газоперерабатывающей отраслям промышленности и может использоваться во всех центробежных компрессорах, оснащённых газодинамическими уплотнениями. Устройство отвода утечек технологического газа из газодинамических уплотнений центробежных компрессоров содержит ресивер, соединенный с трубопроводами отвода утечек газа из первых ступеней газодинамических уплотнений через контрольно-измерительную панель, первый выход которого через запорный клапан соединён с трубопроводом сети низкого давления, свободно-поршневой компрессор, соединенный с ресивером и содержащий внешнюю и внутреннюю камеры и поршень, выполненный с возможностью перемещения внутри указанных камер, при этом второй и третий выходы ресивера двумя трубопроводами соединены через соответствующие запорные и обратные клапаны с цилиндрами утечек внутренней камеры свободно-поршневого компрессора, активные цилиндры внешней камеры через управляющие клапаны на входе соединены с трубопроводом подвода газа высокого давления, а выходы газа из активных цилиндров и из цилиндров утечек объединены в один трубопровод, подключенный через запорный клапан к сети собственных нужд производства высокого давления. Технический результат - создание конструктивно простого и гибкого в управлении устройства сбора и отвода утечек технологического газа из газодинамических уплотнений при работе центробежного компрессора для использования их на собственные нужды производства без потребления электроэнергии и одновременно обеспечивая минимальные затраты технологического газа высокого давления, отбираемого с нагнетания центробежного компрессора.

Description

Полезная модель относится к газодобывающей, газотранспортной, нефте- и газоперерабатывающей отраслям промышленности и может использоваться во всех центробежных компрессорах, оснащённых газодинамическими уплотнениями.

Известны системы газодинамических уплотнений, предназначенные для предотвращения утечек технологического газа, сжимаемого центробежными компрессорами, в местах выхода вала из корпуса в окружающее пространство, содержащие тандемные газодинамические уплотнения, установленные на вал и в корпус центробежного компрессора, контрольно-измерительную панель с трубопроводами, арматурой и КИП для подачи буферного газа к уплотнениям, трубопроводы отвода утечек газа из первых ступеней газодинамических уплотнений в контрольно-измерительную панель, трубопроводы отвода контролируемых в панели утечек из первых ступеней уплотнений на свечу (Система газодинамических уплотнений ЦБК405-1,5/101-5000/25С МГ «Сила Сибири» Руководство по эксплуатации 100.143РЭ; Система газодинамических уплотнений компрессора 6ГЦ2-270/67-101 КЦ2 ЦДКС Чаяндинского НГКМ Руководство по эксплуатации 100.245 РЭ; Руководство по эксплуатации газоперекачивающего агрегата ГПА-16ДКС09» УРАЛ», разработанное ООО «Искра-Турбогаз» 2008 г.).

Недостатком таких систем является постоянный выброс в атмосферу утечек технологического газа из первых ступеней газодинамических уплотнений при работе центробежных компрессоров, что негативно воздействует на окружающую среду и приводит к существенным потерям энергоресурсов.

Известна система отвода и сбора технологического (парникового) газа от газоперекачивающих агрегатов, содержащая газодинамические уплотнения с двумя ступенями защиты, трубопровод отвода протечек газа, соединенный с газосборным коллектором, оборудованным ресивером-накопителем, выход которого соединен с трубопроводом подачи подготовленного газа в топливную сеть газопотребляющих установок (Патент на полезную модель РФ №119415, опубликован 20.08.2012 г.).

Недостатком системы является то, что отводимый от газодинамических уплотнений технологический газ направляется в топливную сеть газопотребляющих установок только низкого (менее 3 кгс/см²) давления и не позволяет получить газ на собственные нужды, требующие большего давления газа, в пределах 25-30 кгс/см².

Известна система отвода и сбора технологического газа от газоперекачивающих агрегатов с применением эжектора, содержащая узлы газодинамических уплотнений с двумя ступенями защиты, трубопроводную обвязку газодинамических уплотнений для подвода буферного газа от станционной сети к контрольно-измерительной панели газодинамических уплотнений, трубопровод отвода протечек буферного газа после первой ступени газодинамических уплотнений к контрольно-измерительной панели газодинамических уплотнений, трубопровод отвода протечек газа после газодинамических уплотнений, соединенный через дополнительный клапан-отсекатель с газосборным коллектором, выход которого через клапан-отсекатель соединен с трубопроводом подачи газа в топливную сеть газопотребляющих установок низкого давления, кроме этого, газосборный коллектор соединен с камерой смешения эжектора, к которой подведен газ высокого давления, например, от нагнетательного трубопровода газоперекачивающих агрегатов, и далее подключен к трубопроводу подачи газа на собственные нужды производства (Полезная модель к патенту РФ №139072 U1, опубликованному 10.04.2014 г.).

Недостатком известной системы является очень большой расход активного газа высокого давления, необходимый для сжатия утечек газа из первых ступеней газодинамических уплотнений до давления порядка 3,0 МПа, примерно в 6 раз превышающий расход активного газа в предлагаемой системе при одинаковых остальных входных и выходных параметрах. Это особенно актуально для центробежных компрессоров, перекачивающих токсичные газы, которые нельзя использовать в качестве топлива, таких как аммиак, водородосодержащие газы, этилен, пропилен, углекислый газ и др. Утечки из первых ступеней таких центробежных компрессоров можно перенаправить только на всасывание этого центробежного компрессора и увеличение расхода активного газа высокого давления, отбираемого с нагнетания центробежного компрессора, существенно снижает его кпд и увеличивает эксплуатационные затраты. Кроме этого, недостатком известной системы является очень сложная система регулирования трехступенчатого эжектора в котором можно сжать утечки из первых ступеней газодинамических уплотнений до 3,0 МПа, так как в нем должно быть три подвода активного газа и соответственно три регулятора давления, каждый из которых должен быть связан со своей системой контроля давления пассивного (утечек газа из первых ступеней газодинамических уплотнений и последующих ступеней) и активного газа высокого давления, что приводит к высокой стоимости оборудования и большим капитальным затратам.

Известна система управления технологическими потерями газа газодинамических уплотнений газоперекачивающих агрегатов, содержащая узлы газодинамических уплотнений с двумя ступенями защиты, трубопроводную обвязку газодинамических уплотнений для подвода буферного газа от станционной сети к контрольно-измерительной панели газодинамических уплотнений, линию электрической обвязки контрольно-измерительной панели газодинамических уплотнений, трубопровод отвода протечек буферного газа после первой ступени газодинамических уплотнений к контрольно-измерительной панели газодинамических уплотнений и далее через клапан-отсекатель на свечу, трубопровод отвода протечек газа после газодинамических уплотнений, соединенный через дополнительный клапан-отсекатель с газосборным коллектором, ресивером-накопителем, резервный выход которого через клапанрегулятор соединен с трубопроводом подачи газа в топливную сеть газопотребляющих установок, кроме того ресивер-накопитель соединен всасывающими трубопроводами с установленными параллельно друг другу газоперекачивающими компрессорами, которые подключены нагнетательными трубопроводами к трубопроводу подачи топливного газа на собственные нужды производства (Патент на изобретение РФ №2500926 С2, опубликован 10.12.2013 г., принят за прототип).

Однако газоперекачивающие компрессоры, применяемые в известной системе, являются сложным и дорогим технологическим оборудованием, требующим постоянного профессионального обслуживания и ремонта, что приводит к удорожанию эксплуатации оборудования.

Задачей предлагаемой полезной модели является исключение выброса утечек технологического газа из первых ступеней газодинамических уплотнений центробежных компрессоров (в т.ч. в составе газоперекачивающих агрегатов) в атмосферу и использование этого газа на собственные нужды производства с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами.

Техническим результатом является создание конструктивно простого и гибкого в управлении устройства сбора и отвода утечек технологического газа из газодинамических уплотнений при работе центробежного компрессора для использования их на собственные нужды производства без потребления электроэнергии и одновременно обеспечивая минимальные затраты технологического газа высокого давления, отбираемого с нагнетания центробежного компрессора.

Технический результат достигается тем, что устройство отвода утечек технологического газа из газодинамических уплотнений центробежных компрессоров содержит ресивер, соединенный с трубопроводами отвода утечек газа из первых ступеней газодинамических уплотнений через контрольно-измерительную панель, первый выход которого через запорный клапан соединён с трубопроводом сети низкого давления, свободно-поршневой компрессор, соединенный с ресивером и содержащий внешнюю и внутреннюю камеры и поршень, выполненный с возможностью перемещения внутри указанных камер, при этом второй и третий выходы ресивера двумя трубопроводами соединены через соответствующие запорные и обратные клапаны с цилиндрами утечек внутренней камеры свободно-поршневого компрессора, активные цилиндры внешней камеры через управляющие клапаны на входе соединены с трубопроводом подвода газа высокого давления, а выходы газа из активных цилиндров и из цилиндров утечек объединены в один трубопровод, подключенный через запорный клапан к сети собственных нужд производства высокого давления.

Устройство отвода утечек технологического газа согласно настоящей полезной модели соединено с газодинамическими уплотнениями центробежного компрессора через контрольно-измерительную панель. Контрольно-измерительная панель газодинамических уплотнений содержит трубопроводы, арматуру и КИП для подвода буферного газа к газодинамическим уплотнениям, а также трубопроводы отвода утечек технологического газа из первых ступеней газодинамических уплотнений и трубопроводы отвода контролируемых утечек из панели, снабженные запорными клапанами и свечными отводами.

Технологические утечки из первых ступеней тандемных газодинамических уплотнений центробежного компрессора поступают в контрольно-измерительную панель, откуда могут быть поданы на свечу или на устройство отвода утечек технологического газа.

Полезная модель поясняется фиг.1, где представлена принципиальная схема устройства отвода утечек, соединенного с газодинамическими уплотнениями центробежного компрессора через контрольно-измерительную панель.

На фиг. 1 показан центробежный компрессор 1 с тандемными газодинамическими уплотнениями 2 и их первыми ступенями 2.1, контрольно-измерительная панель с трубопроводами, арматурой и КИП для подачи буферного (технологического) газа к газодинамическим уплотнениям (на схеме не показана), трубопроводы 3 отвода утечек буферного газа из первых ступеней газодинамических уплотнений 2.1 в контрольно-измерительную панель 4, в которой предусмотрены датчики давления утечек 5, расходомеры утечек 6, трубопроводы аварийного сброса утечек газа на свечи 7 с мембранными предохранительными устройствами 8, взаимно переключаемые запорные клапаны 9 для сброса утечек газа в свечные трубопроводы 7 при пуске центробежного компрессора 1 и запорные клапаны 10 для переключения отвода утечек при работе центробежного компрессора 1 по трубопроводам 11 в ресивер 12 устройства отвода утечек, который через запорный клапан 13 (на схеме показан закрытым) соединен с трубопроводом 24 собственных нужд производства низкого давления до 0,3 МПа.

Двумя другими трубопроводами ресивер 12 соединен со свободно-поршневым компрессором 15, который содержит соосные внутреннюю и внешнюю камеры и поршень 15.5, выполненный с возможностью перемещения в указанных камерах. Внутренняя камера содержит цилиндры утечек 15.1 и 15.2, а внешняя камера содержит активные цилиндры 15.3 и 15.4 в виде свободных полостей с двух сторон от поршня.

Ресивер 12 вторым и третьим выходами через запорные клапаны 14 и встроенные обратные клапаны 16.1 и 16.2 соединен с цилиндрами утечек 15.1, 15.2 свободно-поршневого компрессора 15 соответственно, которые через встроенные обратные клапаны 17.1 и 17.2 соединены с нагнетательными трубопроводами 18.1, 18.2, объединенными с выходом из активных цилиндров 15.3, 15.4 свободно-поршневого компрессора 15 через управляющие клапаны 19.1, 19.2, а через управляющие клапаны 20.1, 20.2 и запорный клапан 21 активные цилиндры 15.3, 15.4 соединены с трубопроводом подвода активного газа высокого давления 22 (через трубопроводы 22.1 и 22.2), в частности с нагнетательным трубопроводом центробежного компрессора 1.

Нагнетательные трубопроводы 18.1, 18.2 через запорный клапан 23 соединены с трубопроводом 25 собственных нужд производства высокого давления до 3.0 МПа. Запорные краны 26, 27 предназначены для сброса газа из ресивера 12 и свободно-поршневого компрессора 15 на свечу по трубопроводу 28 при проведении технического обслуживания устройства. Давление активного газа на входе в свободно-поршневой компрессор 15 всегда должно превышать давление в трубопроводе собственных нужд производства высокого давления 25, как минимум на 0,5 МПа, за счет чего и происходит работа свободно-поршневого компрессора, не требующего затрат электроэнергии. Свободно-поршневой компрессор 15 имеет очень простую конструкцию и легко управляется при изменении входных параметров газа изменением частоты переключения управляющих клапанов 19.1, 19.2, 20.1, 20.2.

Устройство отвода утечек может использоваться как на отдельном центробежном компрессоре, так и на группе центробежных компрессоров, например в составе газоперекачивающих агрегатов на линейных и дожимных компрессорных станциях с отводом утечек из газодинамических уплотнений через ресивер в свободно-поршневой компрессор от всех одновременно работающих центробежных компрессоров.

Устройство работает следующим образом:

Газодинамические уплотнения 2 предназначены для исключения протечек технологического газа, сжимаемого центробежным компрессором 1, между валом и корпусом. При давлении технологического газа на входе в центробежный компрессор 1 более 0,5 МПа применяют тандемные (с двумя последовательно расположенными ступенями) газодинамические уплотнения 2, в которых первая ступень 2.1 рабочая, а вторая является страховочной, на случай выхода из строя первой. Для обеспечения длительной работы газодинамических уплотнений 2 в камеры между первыми ступенями 2.1 и лабиринтными уплотнениями центробежного компрессора 1 подается очищенный буферный газ (как правило из нагнетательного трубопровода центробежного компрессора), большая часть которого через лабиринтное уплотнение поступает в проточную часть центробежного компрессора 1, а меньшая часть проходит через пару трения первой ступени 2.1 и отводится от центробежного компрессора 1 в виде утечки по трубопроводам 3 в контрольно-измерительную панель 4, в которой контролируется давление утечек датчиками 5 с выводом показаний на пульт управления и обеспечением сигнализации по превышению заданных значений (на схеме не показано) и выполняется визуальный контроль расхода утечек расходомерами 6. Для обеспечения безопасной эксплуатации центробежного компрессора 1 на случай полного раскрытия первых ступеней 2.1 газодинамических уплотнений 2 предусмотрен аварийный сброс утечек на свечу по трубопроводам 7 через разрывные мембраны 8, оснащенные датчиками разрыва (на схеме не показаны). При пуске центробежного компрессора запорные клапаны 9 открыты, а запорные клапаны 10 закрыты, утечки отводятся на свечи по трубопроводам 7, также закрыты клапаны 13, 14, 21, 23, 26, 27. После выхода центробежного компрессора на рабочий режим, если необходимо утечки из ресивера 12 отводить в трубопровод собственных нужд производства низкого давления до 0,3 МПа, то открываются запорные клапаны 10 и 13 и автоматически закрываются запорные клапаны 9. Если утечки должны отводиться в трубопровод собственных нужд 25 с давлением до 3.0 МПа, то запорный клапан 13 должен быть закрытым, одновременно с открытием запорных клапанов 10 и закрытием клапанов 9 должны открыться клапаны 14, 21, 23 и поданы сигналы на управляющие клапаны 20.1 и 19.2 на закрытие, а на клапаны 20.2 и 19.1 на открытие (как показано на схеме). При достижении поршнем 15.5 свободно-поршневого компрессора 15 крайнего левого положения, при котором газ из левого цилиндра утечек 15.1 через обратный клапан 17.1 и газ из активного цилиндра15.3 через управляющий клапан 19.1 выдавлен в нагнетательный трубопровод 18.1, происходит переключение управляющих клапанов 20.1 и 19.2 на открытие, а управляющих клапанов 20.2 и 19.1 на закрытие. Под действием более высокого давления активного газа в цилиндре 15.3 над давлением газа в цилиндрах 15.4 и 15.2 поршень 15.5 движется вправо выдавливая отработанный активный газ из цилиндра 15.4 через управляющий клапан 19.2 и из цилиндра утечек 15.2 через обратный клапан 17.2 в нагнетательный трубопровод 18.2 и далее, через запорный клапан 23 в трубопровод собственных нужд с давлением до 3,0 МПа, одновременно обеспечивая всасывание утечек газа из ресивера 12 в цилиндр утечек 15.1 через запорный клапан 14 и обратный клапан 16.1. Размеры цилиндров утечек 15.1, 15.2, цилиндров активного газа 15.3, 15.4 и поршня 15.5 рассчитываются исходя из расхода и давления утечек газа из газодинамических уплотнений 2, поступающих в ресивер 12, необходимого давления газа на собственные нужды и условия обеспечения скорости перемещения поршня 15.5 примерно 1 м/с с частотой переключения управляющих клапанов 19.1, 19.2 и 20.1, 20.2 от 5 до 15 Гц. Таким образом , утечки технологического газа из первых ступеней газодинамических уплотнений центробежных компрессоров при их работе перенаправляются как в топливную сеть низкого давления на центробежных компрессорах, сжимающих природный или попутный нефтяной газ, так и на вход свободно-поршневого компрессора, в котором утечки сжимаются за счет подвода в активные цилиндры свободно-поршневого компрессора технологического газа высокого давления (активного газа), смешиваются с отработанным активным газом и под давлением до 3,0 МПа направляются на нужды производства, в частности, в качестве топливного газа для газотурбинных приводов компрессорных установок, газоперекачивающих агрегатов, а также на всасывание центробежных компрессоров и в другое газопотребляющее оборудование.

Claims (1)

1. Устройство отвода утечек технологического газа из газодинамических уплотнений центробежных компрессоров, содержащее ресивер, соединенный с трубопроводами отвода утечек газа из первых ступеней газодинамических уплотнений через контрольно-измерительную панель, первый выход которого через запорный клапан соединён с трубопроводом сети низкого давления, отличающееся тем, что содержит свободно-поршневой компрессор, соединенный с ресивером и содержащий внешнюю и внутреннюю камеры и поршень, выполненный с возможностью перемещения внутри указанных камер, при этом второй и третий выходы ресивера двумя трубопроводами соединены через запорные и обратные клапаны с цилиндрами утечек внутренней камеры свободно-поршневого компрессора, активные цилиндры внешней камеры через управляющие клапаны на входе соединены с трубопроводом подвода газа высокого давления, а выходы газа из активных цилиндров и из цилиндров утечек объединены в один трубопровод, подключенный через запорный клапан к сети собственных нужд производства высокого давления.

Images