При работе электрогазоперекачивающих агрегатов (ЭГПА) с центробежным нагнетателем газодинамические характеристики нагнетателей и газопровода должны быть согласованы. Однако характеристика газопровода подвергается постоянным изменениям. Она меняется в зависимости от расхода газа потребителями и давления газа на входе в компрессорных станций (КС). При увеличении расхода газа необходимо дополнительно включить в работу ЭГПА, а при сокращении наоборот — исключить из работы агрегаты, то есть в отличие от газотурбинных газоперекачивающих агрегатов (ГПА) на электроприводных КС нет возможности увеличить частоту вращения или, наоборот, ее снизить. Таким образом, регулирование производительности нагнетателя изменением частоты вращения практического применения на отечественных ЭГПА пока не получило из-за сложности технического выполнения регулируемого электропривода.
В принципе на КС с электроприводными центробежными нагнетателями регулирование производительности может осуществляться одним из следующих способов [1]:
- дросселированием газа на входе в нагнетатель;
- регулировкой потока газа путем установки входного поворотного направляющего аппарата перед колесом нагнетателя;
- байпасированием потока газа;
- заменой сменной проточной части (СПЧ) нагнетателя;
- изменением передаточного числа в редукторе путем замены пары колеса и шестерни;
- путем установки гидромуфты;
- изменением частоты вращения электродвигателя;
- изменением количества работающих ГПА.
Регулирование путем дросселирования давления газа на входе в нагнетатель может осуществляться с помощью дросселирующего органа, например, регулятора, который создает дополнительное гидравлическое сопротивление, в результате чего искусственно изменяется характеристика газопровода на входе в нагнетатель. Так, при дросселировании производительность нагнетателя уменьшается, потребляемая при этом мощность электродвигателя также снижается, но не существенно. Краны-регуляторы устанавливаются, как правило, на входе в цех, за краном № 7 по ходу газа или иногда — на трассе газопровода, где необходимо обеспечить плавное снижение (сброс) давления газа из трубопровода, имеющего более высокое давление. Дросселирование газа ведет к резкому увеличению энергозатрат и является самым неэкономичным способом регулирования производительности нагнетателя. Однако этот способ нашел применение на некоторых компрессорных станциях благодаря своей простоте. Кран-регулятор также используется на КС при пуске на высоких входных давлениях газа для снижения нагрузки на электродвигатели. Управление такими кранами-регуляторами, как правило, осуществляется автономно и не связано с системой автоматического управления агрегатной автоматикой ГПА.
Регулирование потока газа путем установки входного поворотного направляющего аппарата (ВПНА) осуществляется изменением входного угла направления потока газа на лопатки рабочего колеса нагнетателя. Применение ВПНА позволяет осуществлять плавное изменение производительности нагнетателя и поддерживать при этом максимально возможный КПД. При этом диапазон регулирования, который может обеспечить ВПНА, может быть равен диапазону регулирования оборотов газотурбинной установки и составлять диапазон изменения регулирования частоты вращения нагнетателя в пределах 0,8–1,0 от номинальной. С помощью ВПНА можно довести загрузку электроприводного ГПА до номинальной последовательно или параллельно работающих нагнетателей. В результате этого достигается увеличение использования полезной мощности, то есть рост экономической эффективности ГПА. Изменение рабочей характеристики нагнетателя с помощью ВПНА является весьма эффективным способом регулирования. Надежная и достаточно простая конструкция входного поворотного направляющего аппарата (рис. 1) широко была внедрена на агрегатах СТД-4000–2 с одноступенчатым нагнетателем типа 280–11 и неплохо зарекомендовала себя в работе. Попытка внедрить ВПНА на электроприводых ГПА типа СТД-12500–2 с полнонапорными нагнетателями из-за сложности этой конструкции пока не получила распространения.
Регулирование производительности путем перепуска части сжатого газа с выхода нагнетателя на вход, то есть путем байпасирования, приводит к резкому понижению коэффициента полезного действия КС из-за большой потери энергии в результате перепуска. Поэтому такой способ регулирования, как правило, не применяется. Использование этого способа имеет место при технологическом процессе, связанном с пуском или остановкой КС или ГПА, а также в аварийной ситуации — при приближении рабочей точки нагнетателя к зоне помпажа. В этом случае и осуществляется данный способ регулирования, который является кратковременным в режиме работы КС.
На основании анализа в процессе эксплуатации за режимом работы ЭГПА можно подобрать или создать сменную проточную часть, которая в конкретных условиях имела бы рабочие характеристики, необходимые для наиболее экономичной работы ЭГПА. Такой способ часто применяется в эксплуатации. Он очень эффективен при массовой замене сменных проточных частей, а также на станциях подземного хранения газа.
Рис. 1. Центробежный нагнетатель типа 280–11–7 с регулируемым входным направляющим аппаратом: 1 — входной направляющий аппарат; 2 — тяга приводная; 3 — ротор нагнетателя; 4 — входной патрубок
Регулирование характеристик ЭГПА можно производить и путем изменения передаточного числа в редукторе, однако из-за своей дороговизны этот способ применяется крайне редко, в основном при модернизации ЭГПА.
Установка гидромуфт для обеспечения регулирования нагнетателя не нашла применения из-за очень низкого КПД гидромуфты и повышения эксплуатационных расходов, связанных с их обслуживанием и ремонтом.
Наибольшую эффективность из всех существующих способов можно достигнуть путем регулирования частоты вращения вала ЦБН. Такие электродвигатели импортного производства применяются в газовой промышленности.
Литература:
1. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов. #M12291 1200003493Справочник#S, М.: Нефть и газ, 1999 год
