Модернизация масляной системы высокого давления в компрессорах

А. К. Кулдышев, главный конструктор,

Е. И. Шмыров, ведущий инженер-конструктор

ООО НПЦ «АНОД»

 

 

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.

 

 

 

 

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:

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.

 

 

 

 

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:

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.