РАЦИОНАЛЬНОЕ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ДОЖИМНОЙ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ (ДКС) В ЖАРКОЕ ВРЕМЯ ГОДА

АННОТАЦИЯ

Летний период - время повышенной нагрузки на объекты газоперерабатывающих заводов (ГПЗ). В условиях жаркого климата эффективность работы дожимных компрессорных станций (ДКС) на газоперерабатывающих заводах (ГПЗ) значительно снижается. Это связано с повышением температуры всасываемого газа, снижением плотности и увеличением потребляемой мощности компрессоров.  Данная статья рассматривает рациональный подход к повышению эффективности работы ДКС в жаркий период путем создания микроклимата с использованием гофрированных конструкций. Анализ существующих решений и экспериментальных данных показывает, что применение гофрированных воздухоохладителей на всасывании компрессоров позволяет снизить температуру газа, увеличить его плотность и, как следствие, повысить производительность ДКС, снизить энергозатраты и уменьшить износ оборудования.

ABSTRACT

The summer period is a time of increased load on gas processing plant (GPP) facilities. In hot climates, the efficiency of booster compressor stations (BCS) at gas processing plants (GPP) is significantly reduced. This is due to an increase in the temperature of the intake gas, a decrease in density, and an increase in the power consumption of the compressors. This article discusses a rational approach to improving the efficiency of BCS operation in hot weather by creating a microclimate using corrugated structures. An analysis of existing solutions and experimental data shows that the use of corrugated air coolers at the compressor intake allows reducing the gas temperature, increasing its density, and, as a result, increasing the productivity of the BCS, reducing energy consumption, and reducing equipment wear.

Ключевые слова: газоперекачивающий агрегат (ГПА), дожимная компрессорная станция (ДКС), газотурбинная установка (ГТУ), микроклимат, газоперерабатывающий завод (ГПЗ), гофрированный воздухоохладитель.

Keywords: gas pumping unit (GPU), booster compressor station (BCS), gas turbine unit (GTU), microclimate, gas processing plant (GPP), corrugated air cooler.

Введение

В условиях эксплуатации газоперерабатывающих заводов (ГПЗ) в летний период особую актуальность приобретает проблема снижения эффективности дожимных компрессорных станций (ДКС). Повышенная температура окружающей среды приводит к нагреву поступающего газа, что негативно сказывается на его физических характеристиках, таких как плотность и объемная подача. Это, в свою очередь, увеличивает нагрузку на компрессоры, повышая их энергопотребление и ускоряя износ.  Современные методы оптимизации работы ДКС направлены на поддержание стабильных параметров газа за счет различных систем охлаждения. Однако традиционные решения, включая стандартные воздухоохладители, не всегда обеспечивают достаточный уровень снижения температуры всасываемого газа. В связи с этим возникает необходимость разработки новых технологий, способных создать благоприятные условия для работы оборудования в жаркий сезон.  Одним из перспективных направлений является использование гофрированных конструкций для организации микроклимата в зоне всасывания компрессоров. Применение таких воздухоохладителей позволяет не только эффективно охлаждать газ, но и снизить энергозатраты на его сжатие, что делает этот метод привлекательным с точки зрения экономической эффективности и надежности эксплуатации ДКС. В данной статье рассматриваются экспериментальные и теоретические аспекты внедрения гофрированных воздухоохладителей, их влияние на производительность компрессоров, а также потенциал данного решения для промышленного использования.

Материалы и методы

Эффективная и бесперебойная работа ГПЗ является критически важной для энергетической безопасности и экономики страны. Дожимные компрессорные станции (ДКС), являясь ключевым звеном в технологической цепочке, особенно уязвимы к повышенным температурам окружающей среды.  Жаркое время года оказывает многостороннее негативное воздействие на работу ДКС, проявляющееся в следующих аспектах:

• снижение производительности компрессоров: повышенная температура всасываемого газа приводит к уменьшению его плотности, что напрямую снижает массовый расход газа, перекачиваемого компрессором. [1]. Как следствие, снижается общая производительность ДКС;
• увеличение энергопотребления: для поддержания необходимого давления и расхода газа компрессор вынужден работать с большей нагрузкой, что влечет за собой увеличение потребления электроэнергии. Кроме того, системы охлаждения масла и газа, работающие в условиях повышенной температуры, также потребляют больше энергии для поддержания оптимального температурного режима. [2];
• увеличение износа оборудования: высокая температура оказывает негативное влияние на смазочные материалы, снижая их вязкость и ухудшая смазывающие свойства. Это приводит к повышенному износу подшипников, уплотнений и других деталей компрессора. Кроме того, перегрев электрооборудования может привести к сокращению срока его службы и увеличению вероятности отказов;
• рост вероятности аварийных остановок: критические перегревы могут привести к срабатыванию систем защиты и аварийной остановке компрессора, что влечет за собой нарушение технологического процесса и экономические потери;
• снижение эффективности работы системы охлаждения:  эффективность конденсаторов воздушного охлаждения снижается при высокой температуре окружающего воздуха, что приводит к ухудшению охлаждения газа и масла компрессора;
• негативное влияние на персонал: высокая температура в рабочей зоне негативно влияет на работоспособность и безопасность персонала, увеличивая риск теплового удара и других заболеваний.

Существует несколько подходов к созданию благоприятного микроклимата на ДКС в жаркое время года, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки [4]. Выбор оптимального метода зависит от конкретных условий эксплуатации, климатических особенностей региона, экономических факторов и требований к энергоэффективности:

1. Охлаждение всасываемого газа: использование чиллеров [3], испарительное охлаждение, заглубление трубопроводов.

2. Охлаждение оборудования и помещений: принудительная вентиляция, кондиционирование, использование теплоотражающих покрытий, водяное орошение, установка тепловых экранов.

3. Оптимизация систем охлаждения: регулярная очистка теплообменников, использование антифризов с улучшенными теплофизическими свойствами, оптимизация работы вентиляторов воздушного охлаждения.

Традиционные методы охлаждения газа, такие как водяное или воздушное охлаждение, требуют значительных капиталовложений, эксплуатационных затрат и могут быть недостаточно эффективными в условиях экстремальной жары. В связи с этим, поиск альтернативных, экономически целесообразных и эффективных решений для поддержания оптимальной температуры всасываемого газа является актуальной задачей. Использование гофрированных конструкций для создания микроклимата на всасывании компрессоров представляет собой перспективный и экономически эффективный подход к решению проблемы повышения температуры газа.  Суть метода заключается в следующем:

• создание затененной зоны:  установка гофрированных экранов вокруг всасывающего трубопровода или компрессора создает затененную зону, снижая прямое воздействие солнечных лучей;
• улучшение теплоотдачи: гофрированная поверхность увеличивает площадь теплообмена с окружающей средой, способствуя более эффективному рассеиванию тепла от оборудования и всасываемого газа;
• организация конвективного потока воздуха:  конструкция гофрированных элементов обеспечивает циркуляцию воздуха внутри созданного микроклимата, способствуя отводу нагретого воздуха и притоку более прохладного;
• использование естественной вентиляции:  правильное расположение и ориентация гофрированных экранов позволяет использовать естественные ветровые потоки для повышения эффективности охлаждения.

Кроме вышеперечисленного, рассмотрим преимущества использования гофрированных конструкций:

• экономичность:  низкие капитальные и эксплуатационные затраты по сравнению с традиционными системами охлаждения;
• простота монтажа и обслуживания: легкость установки и нетребовательность к обслуживанию;
• энергоэффективность:  использование пассивного охлаждения за счет естественной конвекции и затенения [5];
• экологичность:  отсутствие необходимости использования воды или хладагентов;
• улучшение условий работы персонала:  создание более комфортных условий для работы операторов ДКС;
• снижение износа оборудования:  поддержание оптимальной температуры масла и снижение температурных нагрузок на компрессорное оборудование.

Результаты и обсуждение

Так как использование гофрированных конструкций для создания микроклимата на ДКС представляет собой рациональный, экономически выгодный и экологически чистый способ повышения эффективности работы компрессорного оборудования, нами были проведены научно исследовательские работы в этом направлении.  В условиях жаркого климата в работе газоперекачивающих агрегатов (ГПА) на дожимных компрессорных станциях (ДНС) наблюдается проблема, связанная с превышением установленного предела температуры в камере сгорания, что приводит к повышению давления газа на входе в установку с 19 до 22 атм и снижению расхода отбора газа с 525 тыс. куб. м в час до 495 тыс. куб. м. В результате ожидается снижение суточной добычи газа более чем на 250 тыс. куб. м в сутки, а производства сжиженного углеводородного газа (СУГ) — на 40–50 тонн.

Предлагаемый нами метод заключается в установке системы микроклимата с использованием гофрированных конструкций вокруг воздухоочистного устройства газоперекачивающих агрегатов на дожимных компрессорных станциях ГПЗ, которая позволит охлаждать горячий поток воздуха в летний период и предотвратить резкое повышение температуры замкнутой камеры.

Согласно проведённым научным исследованиям инженеров, для снижения температуры подаваемого воздуха (охлаждения воздуха) в системе ВОУ на ГПА-100 и ГПА-200 была установлена конструкция системы микроклимата из гофрированных панелей. Данные панели установлены на армированный каркас площадки забора воздуха системы ВОУ на ГПА-100 и ГПА-200.

При повышенной температуре технологического газа на выходе из аппаратов воздушного охлаждения АВО-001 и АВО-002 также были установлены системы микроклимата. Данные системы установлены вокруг металлоконструкций АВО-001 и АВО-002, где поток воздуха проходит через гофрированные панели к вентиляционной системе АВО-001 и АВО-002 и служат для снижения температуры технологического газа на выходе до предельного значения. Охлаждение потока воздуха происходит с помощью воды, подаваемой через гофрированные панели.

В системе циркуляции воды на ВОУ ГПА-100 и ГПА-200 были установлены: подземная ёмкость Е-1 (V=10 м³), циркуляционный насос марки АХ-100х32, а также подводящие и отводящие трубы диаметром 73 мм.

В системе циркуляции воды на микроклимате АВО-001/А и АВО-001/В технологического газа установлены подземные ёмкости Е-2 (V=5 м³) и Е-3 (V=5 м³), циркуляционные насосы марки SHIMGE SGt65 123/7,5 (два насоса) и полимерные трубы диаметром 63 мм.

  После внедрения гофрированных конструкций для создания микроклимата на ДКС было выявлено, что:

1. В летний жаркий сезон предотвращено снижение эффективности газораспределительных агрегатов и снижение добычи природного газа на 250 тысяч кубометров в сутки.

2. На установках получения пропан-бутановой смеси из газа производительность увеличилась, дополнительно около 50 тонн СУГ.

  Ниже приведены графики со сравнительными параметрами прохождения природного газа за июнь 2022 и июнь 2023 годов, до и после внедрения гофрированных конструкций для создания микроклимата на ДКС, соответственно. (рис 1)

Рисунок 1. Сравнительные параметры прохождения природного газа на ДКС газоперерабатывающего завода

Заключение

Исходя их вышеизложенного можно сделать вывод, что данный подход позволяет снизить температуру всасываемого газа, увеличить его плотность, повысить производительность ДКС, снизить энергозатраты и уменьшить износ оборудования. В связи с этим, разработка и внедрение рассмотренного метода, для поддержания оптимального микроклимата на ДКС, является актуальной и экономически обоснованной мерой.

Список литературы:

1. Иванов В. П. Теория компрессоров. – М.: Машиностроение, 2003. – 320 с.
2. Белов В. В. Энергосбережение в газовой промышленности. – М.: Недра, 2000. – 280 с.
3. Саруев А. Л., Саруев Л. А. Эксплуатация насосных и компрессорных станций: учебное пособие для СПО / Под ред. В. Г. Лукьянова. – Саратов: Профобразование, 2021. – 357 с.
4. Ткачев В. В., Сорокин В. П. Технологическое оборудование газоперерабатывающих заводов. – М.: Недра, 2007. – 415 с.
5. Булыгина Л. В., Ряжских В. И. Методы повышения энергоэффективности компрессорных станций с газотурбинными газоперекачивающими агрегатами на стадии реконструкции // Вестник Воронежского государственного технического университета. – Воронеж: ДОАО «Газпроект-инжиниринг», 2017. – Вып. 3. – С. 32–39.