Вход пользователя
E-mail:
Пароль:

Модернизация масляной системы высокого давления в компрессорах

29.04.2013

А. К. Кулдышев, главный конструктор,
Е. И. Шмыров, ведущий инженер-конструктор
ООО НПЦ «АНОД»
 
В ранее опубликованных материалах ООО НПЦ «АНОД» заинтересованные предприятия могли познакомиться с перспективами совершенствования компрессорной техники в газоперекачивающей отрасли. По просьбам эксплуатирующих организаций в настоящей статье приводятся численные значения величин и параметров масляной системы высокого давления с двойными уплотнениями как альтернативный вариант использования систем с сухими газодинамическими уплотнениями.
 
Ряд статей ООО НПЦ «АНОД» был посвящен тенденциям развития уплотнительной техники, используемой в нагнетателях и компрессорах, перекачивающих природный газ. В них предложены последние разработки торцовых уплотнений и принципиальные схемы их применения в составе компрессорной установки. Основное внимание было уделено использованию двойных торцовых уплотнений и перспективных блоков подшипниковых уплотнительных (БПУ).
С внедрением в масляные системы компрессоров двойных торцовых уплотнений взамен лабиринтных и щелевых достигнуты высокие показатели по межремонтному периоду: в среднем наработка на отказ составляет 25 000 ч. При этом значительно снижены утечки масла – с 0,3–0,6 до 0,05–0,1 л/ч на одно уплотнение.
Данная система позволяет реализовать заветную мечту газовиков – при остановках агрегата не требуется сброс перекачиваемого газа из контура нагнетателя.
Изменения коснулись и схемы циркуляции масла через уплотнения.
Традиционной и наиболее распространенной является схема масляной системы, при которой из емкости с запасом масла (маслобака) забирается масло, находящееся под атмосферным давлением. Затем давление поднимается насосами до величины, необходимой для запирания перекачиваемой среды. Смазав и охладив уплотнение, масло сливается в маслобак опять же при атмосферном давлении.
При этом потребляемая мощность винтовых насосов высокого давления, используемых в нагнетателях 10 и 16 МВт, обычно составляет 55 КВт.
Очевидно, что в системе немало единиц оборудования, работающего при высоком давлении. Это бак высокого давления (аккумулятор масла), арматура, трубопроводы и КИП, что позволяет использовать их в предлагаемой схеме с двойными торцовыми уплотнениями.
 
 

Рис. 1.  Принципиальная схема с использованием двойных торцовых уплотнений типа УТД

 
 
В представленной на рис. 1 схеме масло циркулирует по замкнутому контуру при высоком давлении без сброса его в бак с атмосферным давлением, преодолевая только сопротивление трассы циркуляции. Давление в системе обеспечивается перекачиваемым газом, а мощность насосов расходуется только на прокачку масла при перепаде давления на контурной ступени уплотнения около 0,3 МПа.
Для охлаждения масла в схеме используется теплообменник типа АВО (аппарат воздушного охлаждения), для остального – оборудование масляных систем, применяемое в существующих схемах.
Система смазки подшипников компрессора работает по схеме с низким давлением масла, аналогично принятой для смазки подшипников привода компрессора.
Предлагаемая схема маслоснабжения компрессоров может быть реализована при создании новых компрессоров или модернизации оборудования, находящегося в эксплуатации. При этом не требуется доработка роторов, двойные торцовые уплотнения устанавливаются вместо существующих (щелевых или торцовых). В корпусах компрессоров требуется предусмотреть каналы для отвода масла из уплотнения.
Целесообразность использования двойных торцовых уплотнений подтвердила их эксплуатация на компрессорных станциях Касимовского ПХГ, где, введенные в эксплуатацию в 2003 году, эти уплотнения проработали без отказов и ремонтов 22 000 ч при более 300 пусках/остановках. Утечка масла, определенная в процессе испытаний, составила 0,022 л/ч, что в 6 раз меньше, чем при применении одинарных уплотнений.
Реализация такой системы позволяет также:
  • снизить затраты на техническое обслуживание;
  • упростить ряд операций по монтажу, наладке и регулировке уплотнений на объекте; исключить из конструкции дросселирующие узлы и необходимость тщательной подгонки плавающих колец с минимальными радиальными зазорами;
  • обеспечить лучшие вибрационные характеристики в результате эффективного демпфирования колебаний ротора в широком спектре частот;
  • исключить использование винтовых насосов высокого давления;
  • не сбрасывать перекачиваемый газ из контура компрессора и прилегающих трубопроводов при остановах агрегата.
Достоверность и реализуемость предлагаемых решений подтверждается расчетами и опытом эксплуатации двойных уплотнений как в компрессорах, так и в центробежных насосах. Компрессоры
ТХА-Ц-8Б/0,233-0,965, изготовленные Сумским МНПО им. М. В. Фрунзе и оснащенные двойными торцовыми уплотнениями 130УТДГ2, эксплуатируются на СОГ-4 (КС «Ямбургская»). При остановке компрессоров в резерв или для технического обслуживания двигателя газ из корпуса нагнетателя не сбрасывается.
Проведенный расчет характеристик и параметров уплотнительных ступеней одного двойного уплотнения компрессора показывает, что общее количество выделяемого тепла составляет 6–7 КВт в зависимости от режимов работы. При отводе этого тепла масло подогревается на 15 °С при расходе всего 1 м³/ч на каждое уплотнение и 2 м³/ч – на нагнетатель. При принятых потерях в масляной системе около 0,8 МПа мощность насосов на прокачку 2 уплотнений нагнетателя составит всего 1 КВт.
При скорости потока масла в трубах около 1 м/с достаточно подвести к каждому уплотнению трубопровод с внутренним диаметром Ду 25, а общий трубопровод на два уплотнения выполнить из труб Ду 35, что вполне реализуемо и оставляет перспективы для оптимизации трассы циркуляции.
Расчет аппарата воздушного охлаждения (АВО) показывает, что при температуре охлаждающего воздуха 30 °С размеры АВО составят 1000 х 1000 х 2000 мм.
Мощность вентилятора для прокачки воздуха составит 1,5 КВт. При снижении окружающей температуры до 10 °С вентилятор может быть остановлен, а отвод тепла будет осуществляться при естественной циркуляции воздуха. Ориентировочная стоимость АВО на тепловую мощность около 15 КВт составляет 0,7–0,8 млн руб. в ценах 2012 года.
Таким образом, основная экономия от применения масляной схемы с двойными торцовыми уплотнениями и замкнутой системой высокого давления будет состоять из экономии электроэнергии на прокачку масла через уплотнения (общая электрическая мощность насосов и АВО масла до 4 КВт вместо 55 КВт до модернизации), исключения сброса газа из контура при остановке агрегата на техническое обслуживание двигателя и вспомогательного оборудования, сокращения потерь от простоев компрессора, связанных с его остановками на ремонт и профилактическое обслуживание.
При средней наработке нагнетателя 5000 часов в год окупаемость всей масляной системы по предлагаемой схеме составит 2 года, а ежегодная экономия только за счет снижения потребления электроэнергии – 1 млн руб.
 
 

 

Рис. 2.  Принципиально новая схема  масляной системы с использованием блоков подшипниковых уплотнительных БПУ

 
 
На рис. 2 представлена принципиально новая концепция масляной системы с использованием блоков подшипниковых уплотнительных (БПУ), аналогично используемым в насосах серии 5-АНГК производства НПЦ «АНОД», хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации. Блоки БПУ компрессора представляют собой цилиндрические корпуса, содержат опорные и упорные подшипники скольжения, изолированные по торцам от атмосферы и перекачиваемого газа одинарными торцовыми уплотнениями. Система находится под давлением перекачиваемого газа, избыточное давление масла над давлением газа обеспечивается напором циркуляционного насоса. В системе предусматривается теплообменник охлаждения масла. В систему входит меньшее количество оборудования по сравнению со схемой, представленной на рис.1.
Использование модулей БПУ по опыту применения их в насосах позволит:
  • создать новую модификацию компрессоров, при этом максимально используя существующее оборудование масляных систем;
  • уменьшить затраты на техническое обслуживание, упростить наладку и монтаж блоков, упростив ряд операций по монтажу и регулировке на объекте (блоки поступают на место эксплуатации в состоянии монтажной готовности);
  • снизить эксплуатационные затраты;
  • обеспечить лучшие вибрационные характеристики ввиду демпфирования колебаний ротора в широком спектре частот;
  • увеличить ресурс и межремонтный пробег компрессора, в том числе за счет применения карбидокремниевых подшипников, не восприимчивых к наличию механических примесей в жидкости, в которой они работают;
  • заменить масло как затворную и смазывающую жидкость негорючими, незамерзающими смесями на основе водных растворов, что позволит сделать систему пожаробезопасной, уменьшить эксплуатационные расходы.
Предлагаемые принципиальные схемы масляных систем нагнетателей газа, применение компрессоров с блоками подшипниковыми уплотнительными свидетельствуют о перспективности их дальнейшей разработки и совершенствования. Использование БПУ при минимальном количестве вспомогательных систем и оборудования обеспечивает высокий КПД системы, позволяет повысить надежность оборудования, увеличить общий ресурс до 100 тыс. часов и наработку на отказ до 5 лет, удовлетворить современным требованиям экономичности и экологичности при исключении утечек перекачиваемого газа в окружающую среду.
 
Справка
НПЦ «АНОД» разрабатывает и производит торцовые уплотнения, в том числе, с использованием пар трения из современных материалов, уплотнения компрессоров и сильфонные уплотнения для насосов, горизонтальные консольные насосные агрегаты семи серий, центробежные насосы и арматуру для предприятий нефтегазовой, нефтегазоперерабатывающей, нефтехимической, химической, энергетической, атомной, целлюлозно-бумажной, металлургической и других отраслей промышленности.
 
603003, Россия, Нижний Новгород, ул Свободы, 63,
тел: (831) 233-77-03, 273-01-77
факс: (831) 273-01-78
e-mail: info@anod.ru

 

Якутия, Сибэкспосервис
ПРомВолга
Уренгой
НГК
Сибэкспосервис, Нижневартовск
Ценовой и конъюнктурный бюллетень "Нефтегазовое оборудование"
тел.: (499) 154-4353