Оборудване за компресорни станции за природен газ

Един от най-важните етапи в процеса на изграждане на една компресорна станция за природен газ е проектирането на системата, изготвянето на спецификациите, включително и на спомагателното оборудване, и доставката в срок и съгласно готовия проект. Предварителното задълбочено познаване на различните типове спомагателно оборудване, функционалните им параметри и съществените стъпки в този етап значително улеснява тази всеобхватна задача пред проектантите, което на свой ред допринася за оптимизация на ресурсите и качествено изпълнение на проекта.

Подготовката на подробни и добре организирани спецификации спомага за правилния анализ на предложенията от различните доставчици на оборудване. За тази цел те трябва да се запознаят добре с плана на самата газопроводна мрежа, конструкциите и характеристики на спомагателното оборудване, да анализират възможностите и изберат най-подходящия вариант за конкретното приложение.

Принципи на работа на компресорите за природен газ

В индустриалния газопренос се използват два основни типа компресори – бутални и винтови. При многостъпалното сгъстяване в бутален компресор се използват бутала, задвижвани от колянов вал, които нагнетяват газа до нужната компресия. Той постъпва в колектора, след това в компресорния цилиндър, след което се изпуска в преносните линии при повишено налягане. Между две последователни стъпала на сгъстяване газът преминава през междинни охладители.

Входящият поток в компресора е с налягане 2 бара при температура 27°С. Той навлиза във входния скрубер, където се очиства от свободни течности. На първото стъпало на компресия буталата нагнетяват газа до 11 бара и температурата достига до 127°С. Когато излезе от първия етап, той влиза в междинен охладител, където се охлажда при постоянно налягане до 49°С. От тук той навлиза в друг скрубер или друг тип система за филтрация. Компресията, покачването на температурата и охлаждането на газа спомагат за пречистването от течности. Вторият етап на компресия увеличава налягането до 34 бара и температурата до 132°С. Отново преминава охлаждане до 49°С и пречистване. При третото стъпало се постига налягане от 83 бара и температура 115°С. Отново горещият газ преминава през междинно охлаждане до 49°С и пречистване. Някои от параметрите на описания процес може да варират при различните оператори.

Ротационният винтов компресор използва два спирални винта или ротора за компресиране на газа. След като бъде засмукан в компресора, спиралните винтове насочват газа в изолирани работни камери, които го принуждават да премине в по-малка камера. При това се компресира и след това излиза от изпускателната страна на компресора при по-високо налягане. Винтовите компресори обикновено се използват за по-ниско налягане и по-малък обем.

Оборудване за сепариране и филтриране на природен газ

Сепарирането и филтрирането са процеси за отстраняване на нежелани флуиди или твърди вещества, които може да причинят повреда на оборудването или да замърсят крайния продукт.

Пречистването на природен газ при преноса се налага поради редица причини. При постъпването в компресорната станция тези мерки за пречистване предпазват компресора от утайки и предотвратяват износването на агрегата от твърди частици. Отстраняването на масло от буталните компресори подобрява ефективността на преноса по тръбопровода. Отстраняването на течни въглеводороди, вода, пясък и отмити наслагвания от газопровода предпазва измервателните станции и позволява качествено снабдяване към газоснабдителната мрежа. Пречистването защитава и изпарителите от замърсяване. Най-често срещаните замърсители в газопроводите включват вода, смазочни течности, амини, гликол, течни въглеводороди, соли, хлориди, пясък и др.

Едно широко разпространено решение за сепариране и филтриране на природен газ е уловителят за утайка, тъй като той има капацитет да приема постоянен входящ поток с голям дебит на неравномерни интервали. Конструкцията обикновено е хоризонтално разположена, като в горната част в единия край е включена линията за входящия поток, а в другия – за изходящия. Първичният метод на отделяне протича на гравитачен принцип. Съществуват варианти, към които са добавени пластини за улавяне, мрежести подложки и лопатки, които подпомагат улавянето на утайката.

Този тип пречистване се прилага на изхода на резервоарите за съхранение, преди компресиране на газа, в участъци от газопроводи и колекторни системи, където има голяма вероятност от образуване на утайка и замърсяване. Предимство на този метод е възможността за обработване на големи обеми природен газ, както и по-ниските разходи за първоначална инвестиция в сравнение с други способи за пречистване и филтрация. За сметка на това обаче гравитационният уловител има много ниска ефективност.

Групата на сепараторите, които използват центробежни сили и ударно отбиване за разделяне и пречистване на флуиди при наличие на смесени фази, събирателно се наричат скрубери. Газовите скрубери използват мрежести подложки, центробежни елементи и лопатки за осъществяване на сепарирането. Прилагат се за отстраняване на течни въглеводороди, вода, смазочни материали и други течности преди постъпване в компресора, абсорбционни инсталации, колекторни линии, измервателни станции и газохранилища.

Сепараторите с мрежеста подложка отстраняват замърсителите посредством силата на тежестта, която е с противоположна посока на входящия поток на газа и повърхностното напрежение на флуида. Този метод отстранява както течности, така и разтворени емулсии. Първоначалните разходи за инсталиране на този тип са по-ниски в сравнение с други типове скрубери и освен това може да бъде внедрен в системата на уловител за утайка, но, от друга страна, ефективността на метода зависи твърде много от скоростта на входящия поток. При по-ниска скорост и ефективността на сепариране намалява. Друго ограничение е, че той е приложим само за отстраняване на вещества в течно състояние.

Центробежните сепаратори променят посоката на входящия поток, като течностите и твърдите замърсители се изтласкват към периферията на корпуса. Посредством силата на гравитацията частиците се отделят от потока на газа. Ефективността на центробежните сепаратори зависи от скоростта. Предимствата на тази система включват ефективно отстраняване както на емулсии, така и на твърди частици. Недостатъкът им се състои в това, че са чувствителни към параметрите на входящия поток, а степента на улавяне зависи от скоростта и оборотите на частиците.

Лопатковите сепаратори използват лабиринт от синусоидално разположени успоредни пластини с джобове. По този начин посоката на протичащия газ се променя многократно, при което течните примеси в газа се отвеждат и улавят в джобовете. След това те се оттичат гравитачно към резервоар, предназначен за целта. Този метод е ефективен както за отстраняване на течни замърсители, така и на фини емулсии, а освен това ефективността му не зависи от скоростта на протичане на газа. Друго преимущество е, че може да се внедри в уловители за утайка при подходяща конфигурация. Приложението му обаче е ограничено само за отстраняване на течности, тъй като твърдите замърсители ще запушат джобовете.

Сепараторите с филтър са проектирани да отстраняват твърди замърсители и течности, пренасяни в газа. Те използват филтриращ компонент и лопатки, за да се осигурят същевременно сепариране и филтрация чрез отбиване на замърсителите, дифузия и улавяне, като така се постига максимална ефективност. Този метод се справя ефективно с течни замърсители и твърди частици с размери до един микрометър, без скоростта на потока да оказва въздействие. От друга страна, системата изисква сложна и скъпа поддръжка, а подмяната на филтъра е допълнителен оперативен разход.

Газовите сепаратори с циклонна тръба и серпентина служат за отстраняване както на твърди частици, така и на течности, смесени в газа. Не са зависими от скоростта на входящия поток и могат да се използват като уловители за утайка. Въпреки високата им ефективност и широко приложение трябва да се има предвид, че разходът за първоначална инвестиция е по-висок в сравнение с филтърните сепаратори.

Топлообменници с въздушно охлаждане

Топлообменникът с въздушно охлаждане, известен и като въздушен охладител, се използва за охлаждане на технологичните течности в компресора, като насочва с помощта на вентилатор въздушен поток към повърхността на оребрени тръби, по които протичат флуидите. Следователно ефективността на топлообмена зависи силно от температурата на околния въздух. Приложенията на въздушните топлообменници включват охлаждане на корпуса, охлаждане на входящия въздух за горене в газотурбинните системи, охлаждане на смазочното масло и на газа под високо налягане.

Характеристиките на технологичния флуид са изключително важни за решенията на етап проектиране на системата и при производството на оборудването. Например необходимо е да се вземе предвид какви добавки съдържа флуидът и по какъв начин те ще изменят параметрите на процеса на топлообмен. От значение също е дали технологичният флуид е вещество с вискозитет или е сгъстимо, дали е необходимо да се поддържа конкретна стойност на изходящата температура или колкото по-охладен е флуидът, толкова по-добре е за технологичния процес. За да може той да протича при оптимална производителност, трябва да се вземе предвид и дали и в каква степен свойствата на флуида се влияят от промяната в температурата.

В практиката се използват различни конфигурации на въздушни топлообменници. За нуждите на компресорните станции за природен газ най-често се инсталират топлообменници с хоризонтално или вертикално разположено тяло с принудителна въздушна тяга, като тези с хоризонтално разположение са по-популярни. При хоризонталните топлообменници с вертикално отвеждане хоризонталният сноп тръби се намира от нагнетателната страна на вентилатора и въздушният поток преминава през снопа, след като бъде засмукан. Причините това да бъде най-разпространеният метод за топлоотвеждане в компресорните станции са няколко. Необходима е по-ниска мощност в сравнение с другите конфигурации, тъй като тук вентилаторът работи със студен въздух. Освен това тази конфигурация позволява удобен достъп до механичните компоненти за обслужване, първоначалните разходи са по-ниски и подмяната на тръбите е по-лесна за извършване. Все пак и тя не е лишена от недостатъци. Разпределението на въздуха, преминаващ през тръбите, не е оптимално. Съществува голяма вероятност за рециркулация на горещия въздух поради ниската скорост на отвеждане и липсата на въздуховод. При повреда на вентилатора капацитетът за охлаждане е много нисък, тъй като няма условия за създаване на естествена тяга. Откритото излагане на топлообменните тръби на външните условия често води до оперативни затруднения и невъзможност за пълноценен контрол на процеса. Нивата на шум са малко по-високи в сравнение с тези на топлообменниците с индуцирана тяга, а също така прецизността на управлението на температурата е по-ограничена.

Топлообменниците с хоризонтално разположение на тялото, индуцирана тяга и вертикално отвеждане са друга много популярна конфигурация. Разликата е, че при тях тръбите се намират от страната на засмукване на вентилаторите, тоест въздушният поток, който преминава през тръбния сноп се изтегля през тях. Предимствата на това решение са, че така се постига по-добро разпределение на охлаждащия въздух, възможността за рециркулация се елиминира поради високата скорост на отвеждане.

Постига се по-добро управление на процеса и контрола на температурата. Освен това са налице условия за естествена тяга, в случай че вентилаторът се повреди.

Нивата на шум са по-ниски. От друга страна, се изисква повече мощност, ако температурата на въздуха е по-висока. Температурата на отработения въздух трябва да се поддържа в определени граници, за да не се повреди задвижващата система, която при тази конфигурация е и по-трудно достъпна. Първоначалните разходи са по-високи и подмяната на тръбите изисква разглобяване на модула.

Филтър за входящия въздух

Задвижващото оборудване, използвано за индустриален пренос на природен газ, като въздушни компресори, бутални двигатели, газови турбини и електрически мотори, се нуждае от пречистен въздух за оптимална работа и продължителност на експлоатационния живот. Наличието на замърсители в засмукания въздух може да причини корозия на компонентите, замърсяване и запушване на линиите.

Въздухът е примесен с частици като минерален прах, пясък, соли, въглеводородни аерозоли, органични вещества, вода. Размерът на частиците е от 0,3 до 30 микрометра. Обикновено системите за филтриране на силно замърсен въздух, използвани в компресорите за природен газ, са или статични или самопочистващи се.

Повечето статични системи за филтриране на въздуха включват два етапа на филтриране, предварително филтриране и основен високоефективен филтър.

Предварителното филтриране отстранява по-едрите частици прах и мръсотия от навлизащия въздушен поток, предотвратявайки задръстването на основния филтър.

Съществуват и други системи за филтриране на въздух от статичен тип, които работят само с едно ниво на филтрация, като използват високоефективни филтърни елементи.

Високоефективните бариерни филтри обикновено са изработени от фибростъкло, микрофибърно стъкло, синтетични влакна или хартия. Някои производители използват гофрирани алуминиеви сепаратори или v-образни подложки от микрофибър. Предварителният филтър при двустепенна филтрация обикновено е с подложка от стъклени влакна с дебелина 4". Целта на предварителния филтър е да удължи живота на основния.

Самопочистващите се филтри са два типа. При тях се прилага високо налягане, обратен импулс, подаване на въздуха на тласъци, за да се отстрани прахът, замърсяванията и всички други наслагвания. Първият тип разчита на гравитачното отвеждане на материала от входящия въздушен поток. Вторият тип използва вентилатор с вторичен въздушен кръг, за да създаде вакуум и пневматично да отстрани материала от входящия въздушен поток. Освен това в този тип самопочистващ се въздушен филтър входящият въздух и замърсителите се разделят под въздействието на инерционни сили. Отделените наслагвания се включват във вторичния въздушен кръг и се отвеждат от входящия поток.

Въпросите, които трябва да се вземат предвид при подготовката на спецификациите за всяка част от оборудването, трябва да обхващат и условията, в които то ще работи, мерките за безопасност, поддръжка и обслужване, минимума от инструменти за управление и наблюдение, вибрации и изолационни изисквания и т.н.

Техническите спецификации обхващат много области, които, освен че участват при анализа на оферти за закупуване, в дългосрочен план могат да се окажат от голямо значение, когато става въпрос за отстраняване на неизправности, проверка за възможно надграждане и бъдеща подмяна на оборудването.