ДОЖИМНОЙ ГАЗОВЫЙ КОМПРЕССОР ДЛЯ МАЛОДЕБИТНЫХ СКВАЖИН

Дожимные газовые компрессора (ДГК) широко используются в нефте- и газодобывающей, топливно-энергетической и химической промышленности. На территории Украины существует более полусотни низкодебетных месторождений с давлением газа в скважине от 1,0 до 2,5 МПа. Эксплуатация таких скважин может продолжаться десятилетиями. Учитывая, что основная статья импорта Украины – это природный газ, считаем целесообразным разработку и производство ДГК для добычи газа на низкодебетных месторождениях. В соответствие с техническим заданием на проектирование [1] ДГК предназначен для:

- компримирования природного газа на компрессорных станциях небольших промыслов;

- компримирования природного газа, использованного в качестве топлива газовых турбин;

- при ремонте и реконструкции магистральных газопроводов;

Компрессор должен соответствовать следующим требованиям:

- производительность компрессора 420 – 260 м3/сут.;

- диапазон изменения давлений на входе 1,0 – 2,4 МПа;

- номинальное давление газа на выходе 4,5 МПа;

- температура газа на выходе не более +80 оС;

- политропический КПД компрессора > 0,80;

- другие стандартные требования к ДГК, действующие в газовой промышленности.

Определение конструктивного облика ДГК оказалось наиболее интересным и сложным этапом данного проекта. Это связано с противоречивыми требованиями, предъявленными на этапе проектирования к данному проекту:

- выполнение вышеупомянутых требований заказчика;

- минимальное количество деталей;

- максимально возможная гибкость модификаций под различные производительности и степени сжатия;

- все валы компрессоров должны быть «жесткими».

Столь противоречивые требования обусловили многократные варианты расчетов аэродинамики и прочности центробежных ступеней (ЦС) и длительность проекта.

Задачу аэродинамического проектирования ДГК можно сформулировать следующим образом:

- при дискретном значении числа ступеней ( =2, 4, 6);

- для ряда оборотов = 30000, 35000, 40000 об/мин.;

- при ограничении по высоте лопаток > 3 мм и наличии АВО получить максимальное значение адиабатического КПД компрессора при достаточном запасе по расходу. Алгоритм решения можно представить в виде блок-схемы (рис.1)

В результате реализации данного алгоритма получено = 4, = 40000 об/мин. Распределение степеней сжатия по ступеням выглядит следующим образом: =1,683; =1,496; =1,390; =1,286; =4,5.

Все ступени соединены последовательно. Между 2-й и 3-й ступенями предусмотрена установка аппарата воздушного охлаждения (АВО I) газа. Такой же аппарат устанавливается на выходе из ДГК (АВО II).

Конструктивно ДГК представляет собой четырехступенчатый компрессор. Четыре рабочих колеса устанавливаются на вал-шестернях мультипликатора и образуют два ротора. На роторе низкого давления (НД) располагаются 1-я и 2-я ступени, образуя первый блок ступеней, а на роторе высокого давления (ВД) располагаются 3-я и 4-я ступени компрессора, образуя второй блок. Применение двухступенчатого мультипликатора позволяет использовать различные привода с оборотами выходного вала от 3000 об/мин до 8000 об/мин путем замены зубчатых колес первой ступени. Консольное расположение рабочих колес позволило унифицировать посадочные места крепления как самих рабочих колес так и места крепления улиток, при том, что модификация проточной части под различные требования заказчика бесприцендентна по своим возможностям

Для испытаний каждая ступень препарирована следующим образом: три гребенки по три точки полного давления, три гребенки по три точки полной температуры – на входе в ступень, то же – на выходе из улитки, на входе в БЛД установлено 6 приемников полного давления. Кроме этого, в особых случаях предусматривается замер статического давления на крышках РК не менее чем в шести точках. Замер расхода воздуха осуществляется расходомерами ЦАГИ – 30 и ЦАГИ – 50, установленными перед ступенью в стендовой входной системе. На выходе из ступени устанавливается датчик пульсаций статического давления для фиксации начала неустойчивой работы.

Испытания необходимы для газодинамической доводки каждой ступени в отдельности, блоков ступеней и всего компрессора в целом; проверки согласования ступеней друг с другом в пределах блоков, а также согласования первого и второго блоков друг с другом с учетом АВО между ними. Кроме этого, испытания нужны для оценки работоспособности элементов конструкции: опор, газовых уплотнений, зубчатых зацеплений, в условиях, приближенных к рабочим

Вначале испытывается каждая ступень в отдельности. После этого анализируются их характеристики и делается вывод о их согласованности между собой. Затем снимаются характеристики 1 и 2 блоков. После снятия характеристик блоков снимается характеристика всего компрессора, с теплообменником между первым и вторым блоками. Испытания производятся вначале на атмосферном воздухе, затем – на воздухе с рабочим давлением, и на заключительном этапе - на природном газе в рабочих условиях непосредственно на станции.

Вследствие конструктивных особенностей компрессора нет необходимости собирать весь компрессор: при испытании какой-либо из ступеней может быть установлена только одна, а все остальные могут дорабатываться, что исключает простой стендового оборудования и существенно сокращает время испытаний. Кроме этого, конструкция компрессора и его препарировка позволяет снять характеристики ступеней как в случае испытания их по отдельности, так и в составе блока и всего компрессора, что поможет более эффективно согласовать ступени между собой, а также – получить интересный статистический материал по совместной работе ступеней центробежного компрессора, и по использованию АВО для промежуточного охлаждения при сжатии газов.

Предполагаемый срок эксплуатации Летнянского месторождения – 10 лет. Ожидаемое изменение параметров на входе в компрессор за это время (давление на входе в компрессор, и нормальная производительность ) представлено в таблице 1. Исходя из того, что давление на выходе из компрессора за все время эксплуатации должно оставаться неизменным ( =4,5 МПа), была рассчитана средняя потребная степень сжатия установки на текущем году эксплуатации, а так же – объемный расход газа по параметрам на входе в первую ступень, массовый расход газа при температуре на входе 288 К и приведенный к нормальным атмосферным условиям массовый расход (табл. 1).

Если нанести зависимость =f( ) на характеристики первого блока и всего компрессора, очевидно, что первые четыре года эксплуатации можно использовать только первый блок, а второй имеет смысл использовать с пятого года эксплуатации.

Таким образом, первые четыре года планируется использовать первую и вторую ступени, остальные шесть лет – все четыре.

Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. Сумы 2004