В данной статье выполнен анализ эффективности системы охлаждения природного газа на КС, проанализированы способы повышения эффективности работы турбодетандерных агрегатов за счёт регулирования режимов и рассмотрены наиболее эффективные из них.
Ключевые слова: станция, охлаждение, турбодетандер, система, агрегат, эффективность.
Охлаждение природного газа перед подачей в линейную часть магистрального газопровода (МГ) — одна из основных технологических операций, осуществляемых на компрессорных станциях (КС). На данный момент система охлаждения технологического газа на КС является неотъемлемой частью надежной и эффективной транспортировки природного газа: ее работа способствует увеличению пропускной способности линейной части газопровода, повышает ресурс трубопровода, а также позволяет снизить энергоемкость магистрального транспорта природного газа [1].
В настоящий момент, несмотря на немалое количество разработок, подавляющее большинство предприятий газотранспортной отрасли до сих пор используют технологии охлаждения, основанные на использовании только аппаратов воздушного охлаждения (АВО) газа [2]. Как показывает опыт эксплуатации, снижение температуры газа в этих аппаратах осуществляется лишь на значение порядка 15–25 °С [3], однако при эксплуатации трубопроводов в районах вечной мерзлоты такого показателя может быть недостаточно. Это, в свою очередь, может привести к изменению проектного положения трубопровода и значительно снизит безопасность.
Применение турбохолодильной техники позволяет обеспечить высокие требования к качеству охлаждения газа, выполнение которых необходимо для обеспечения надёжной и эффективной транспортировки по магистральным газопроводам, находящимся в криолитозоне. Помимо этого, воздействие на экологию минимально, а затраты на обслуживание и эксплуатацию не велики. Также с помощью турбодетандера возможно использовать энергию, вырабатываемую при расширении газа в турбине, для повышения эффективности технологического процесса.
На сегодняшний день на отечественных объектах газовой и нефтяной промышленности для охлаждения широкое применение нашли турбодетандеры (ТДА) отечественного производства, используемые как в составе УКПГ, так и в составе станции охлаждения газа (СОГ) на КС. При использовании турбодетандерных агрегатов на КС, вырабатываемая турбодетандером энергия идёт на привод компрессора, восполняющего затраченное в детандере и рекуперативных теплообменниках, за счёт местных сопротивлений, давление. Необходимо также отметить, что при использовании рекуперативных систем охлаждения газа с применением турбодетандеров на компрессорной станции, на входе системы компримирования, за счёт работы компрессора ТДА, заведомо повышается температура природного газа, а это, в свою очередь, приводит к повышению эффективной работы и степени сжатия при прочих равных условиях. Таким образом регулирование работы турбодетандеров занимает ключевую роль в обеспечении высокой эффективности работы не только системы охлаждения, но и компрессорной станции в целом.
Выбор количества ТДА, перед их установкой, осуществляется исходя из проектной производительности компрессорной станции, а также с учётом установки резервных агрегатов. Ввиду отсутствия системы частотного регулирования работа турбодетандерных агрегатов предусматривается при максимальной эффективности (максимальные обороты и максимальная степень расширения газа в турбине), а регулирование температуры газа на выходе КС по большей части осуществляется за счет изменения частоты вращения вентиляторов АВО. Оптимальный режим работы установки ТДА определяется на основании газодинамических характеристик турбины, температуры газа и исходя из обеспечения температуры охлаждения на выходе КС около 0 ÷ минус 2°С. При превышении заданной температуры время работы КС контролируется оператором на основании регламента.
Регулирование режима также возможно за счёт изменения количества подключенных турбодетандерных агрегатов. Ввиду того, что составе СОГ КС используются высокопроизводительные устройства, наподобие АДКГ-10–20-УХЛ4, диапазон объёмного расхода которых составляет около ± 15–20 % от номинального, то при высокой производительности станции, отключение или подключение дополнительного агрегата, в соответствии с газодинамической характеристикой, может привести к изменению технологического режима и будет способствовать более глубокому охлаждению газа. Также, помимо прочего для регулирования может быть применён один из наиболее стандартных методов — перепуск части газа на вход.
Эффективность от использования того или иного метода регулирования определяется на основании технико-экономической оценки и принимается из условия обеспечения повышенной эффективности системы, а также низких расходов на энергообеспечение. В ходе анализа удалось установить, что при суточном колебании температуры окружающей среды ± 5°С, режим работы регулируется за счёт изменения числа работающих вентиляторов АВО, так как при этом не происходит значительного изменения в режиме работы, а затраты энергетических ресурсов небольшие. При значительном колебании температур наиболее эффективным вариантом будет регулирование режима работы за счёт смены количества работающих ТДА, так как изменения числа подключенных аппаратов воздушного охлаждения может быть недостаточно. Однако при этом значения температур на выходе изменяется ступенчато, что, в некоторых случаях, потребует осуществления дополнительного регулирования за счёт изменения числа работающих аппаратов воздушного охлаждения.
При повышении температуры наружного воздуха, для обеспечения необходимой степени охлаждения газа необходимо достижение максимальной степени расширения газа, а также подключение минимально допустимого, исходя из производительности, количества турбодетандерных агрегатов. Вследствие увеличения числа оборотов, в соответствии с газодинамической характеристикой степень расширения повысится, что позволит сделать температурный перепад более значительным и положительно скажется на эффективности охлаждения газа за счёт работы ТДА. При этом степень сжатия газа в компрессоре, напрямую соединённом с детандером, также увеличиться. Таким образом возможно поддержание высокой эффективности системы охлаждения, снижение безвозвратных потерь давления в системе турбодетандера, а также увеличение эффективности работы системы копримирования.
Литература:
- Шайхутдинов А. З., Лифанов В. А., Маланичев В. А. Современные АВО газа — ресурс энергосбережения в газовой отрасли // Газовая промышленность. 2010. № 9. С. 40–41.
- Калинин А. Ф., Меркурьева Ю. С., Халлыев Н. Х. Оценка эффективности эксплуатации аппаратов воздушного охлаждения газа нового поколения. Территория «НЕФТЕГАЗ». 2018;(9):74–80.
- Бахмат Г. В., Еремин Н. В., Степанов О. А. Аппараты воздушного охлаждения газа на компрессорных станциях. — СПб.: Недра, 1994. — 102 с.
