Компрессорные комплексы

   На мировом топливном рынке устойчиво растет интерес к синтетическому топливу. В условиях быстро истощающихся ресурсов нефти GTL-технологии, или иначе Gas to Liquids [газ в жидкость), открывают новые возможности для стран с большими запасами природного газа, способного в будущем заменить нефть.

   По оценкам специалистов, около трети газовых месторождений в мире остаются неразработанными, поскольку расположены в открытом море, на большом расстоянии от конечного потребителя, и добыча газа там экономически невыгодна. Это обусловлено необходимостью строительства трубопровода для транспортировки сырья по дну океана, что является слишком дорогостоящим и рискованным предприятием. Однако GTL-технологии дают возможность перевозить сжиженный газ в танкерах и сделать разработку труднодоступных месторождений более рентабельной.
   За последние годы стало известно о многих проектах по получению жидких углеводородов. Так, в 2006 году начал свою работу завод в Нигерии, а также завод Орикс в Катаре, позволивший стране создать рынок сжиженного природного газа. Рентабельность GTL-производства во многом зависит от мощности технического оборудования заводов. Для получения жидких углеводородов ежедневно требуется вырабатывать до 100 тыс. т кислорода, чтобы достичь соотношения между СО и Н2 в пропорции 1:2. Однако сегодня самые эффективные установки разделения воздуха (УРВ) ежедневно могут поставлять не более 3,5 тыс. т кислорода. Это значит, что для обеспечения общей выработки может потребоваться 28-29 единичных установок. Основным препятствием для строительства GTL-заводов являются чрезвычайно высокие капиталовложения, именно поэтому компании-разработчики возлагают свои надежды на УРВ большей производительности, поскольку с увеличением размеров единичной установки сокращаются удельные капитальные затраты на выработку 1т кислорода.

   В 1976-92 гг. Man Turbo выпустила и поставила 14 промышленных осевых компрессоров с промежуточными охладителями воздуха для нефтеочистительного завода в Южной Африке (г. Секунда), принадлежащего компании Sasol. Ежедневно его установки разделения воздуха, оснащенные четырнадцатью компрессорами, поставляют около 30 тыс. т кислорода для технологического процесса.
   В 1999 г. крупнейшая в Мексике нефтедобывающая компания сделала заказ на поставку четырех компрессорных комплексов мощностью 50 МВт для крупногабаритных УРВ, вырабатывающих азот. Эта технология была использована в системе повышения нефтеотдачи пласта для поддержания необходимого давления на месторождении Cantarell. Впоследствии Man Turbo поставила мексиканской компании еще и пятую компрессорную установку.
И, наконец, в 2006 г. был реализован проект, еще больше укрепивший авторитет компании: Man Turbo осуществила строительство и поставку двух компрессорных комплексов и паровой турбины для завода Орикс в Катаре. Построенный в городке Рас-Лаффан в 80 км к северу от столицы государства Дохи завод стал одним из крупнейших в мире проектов по переработке газа в жидкое топливо.

   Процесс сжижения газа - высоко­экзотермический с образованием большого количества пара. Появление пара зависит от того, какой технологический процесс используется. Основные модули УРВ могут приводиться паром как низкого, так и высокого давления, вырабатываемого попутно в процессе. получения синтетического топлива.

   В УРВ, поставляющей ежедневно 3,5 тыс. т кислорода, основной и подпорный воздушные компрессоры приводятся расположенной между ними паровой турбиной двустороннего типа. Основной воздушный компрессор приводится от одного конца вала турбины, а подпорный - от противоположного конца через шестеренчатый мультипликатор, поскольку его оптимальная скорость вращения выше. При этом необходимо обеспечить такой режим работы, чтобы скорости вращения турбины и компрессора соответствовали друг другу.

   Основной воздушный компрессор должен соответствовать очень многим техническим требованиям. Его работа осложняется, с одной стороны, условиями самого технологического процесса, такими как проведение пусконаладочных работ, восстановление молекулярного фильтра, ограничения по максимально допустимым перегрузкам. С другой стороны, должны быть учтены изменения в температуре окружающего воздуха, влажности и барометрическом давлении для поддержания нужного режима процесса. Наконец, компании рассчитывают на беспрерывную работу компрессоров в течение пяти лет, что заставляет разработчиков искать новые решения, позволяющие замедлить процесс загрязнения машин. В конечном итоге, с учетом условий на входе и на выходе компрессор должен обеспечивать устойчивую работу в диапазоне 65... 105% его номинального расхода воздуха.

   ОВК Man Turbo - осецентробежный компрессор. Первый каскад ОВК представляет собой осевой промышленный компрессор, во втором реализован центробежный принцип сжатия. Статорные лопатки осевого компрессора закреплены в корпусе консольно, прочностное и аэродинамическое проектирование обеспечивает необходимый ресурс в самых тяжелых производственных условиях. Man Turbo на протяжении многих лет совершенствует методы проектирования проточной части компрессоров, используя современное программное обеспечение. Например, при работе над первыми ступенями осевого компрессора использован метод обратного проектирования аэродинамических профилей лопаток с управляемой диффузорностью.

   Компания Man Turbo использует в своем производстве серию лопаток с фиксированной хордой и варьирующейся длиной, что позволяет компрессору соответствовать жестким режимам работы УРВ относительно характеристик расхода и давления. Осевая часть спроектирована для широкого диапазона рабочих режимов, она также используется в доменных печах и при технологическом процессе каталитического крекинга, где важен большой рабочий диапазон. Именно он позволяет компрессору устойчиво работать при нормальных условиях с оптимальным КПД в широком диапазоне регулирования.

   Поскольку работа ОВК протекает в неблагоприятной промышленной среде и в нестабильных условиях, необходимо внимательно следить за состоянием лопаток и их динамическими характеристиками. Промышленные компрессорные лопатки больше по размеру и прочнее газотурбинных. Как правило, для каждой лопатки выстраивается диаграмма Кэмпбелла-Гудмана по полному диапазону ее оборотов, и для обеспечения надежности используются расчетные предельные параметры установки.

   Подпорный воздушный компрессор обрабатывает сухой воздух, уже прошедший определенные стадии технологического процесса, поэтому изменения в окружающей среде не влияют на его работу. Воздух, поступающий в компрессор, полностью очищен, а значит не загрязняет оборудование и не снижает работоспособность. Его режим зависит лишь от работы ОВК.
   В GTL-технологиях используются линейные цилиндрические компрессоры, соответствующие требованиям конечных потребителей. Они также широко применяются на нефтеочистительных заводах и в установках высокого давления на последних ступенях, где давление на выходе достигает 500 бар.

Привод паровой турбины

   Компания Man Turbo выпускает промышленные паровые турбины уже более ста лет. Турбина для любого механизма состоит из системы стандартных модулей: серии модулей на входе, промежуточной секции (включающей дополнительные агрегаты подвода или отвода) и различных выхлопных секций.
   Модуль на входе включает в себя встроенный отсечный клапан, приемный фильтр и четыре встроенных распределительных клапана на случаи пониженной, нормальной и избыточной нагрузки. Распределительные клапаны пропускают пар к группам неподвижных направляющих лопаток в корпусе. Подобный подвод происходит на рабочей ступени активного типа, а последующие ступени турбинных лопаток относятся к реактивному типу. В результате на лопатках не оказывается большой нагрузки и их скорости вращения остаются небольшими, что гарантирует повышение КПД при номинальной нагрузке.


   Лопатки Man Turbo отличаются фиксированной хордой и варьирующейся длиной, и, кроме того, предназначены для режимов на различных скоростях. Подобно осевым компрессорным лопаткам, для каждого ряда турбинных лопаток создаются диаграммы Кэмпбелла-Гудмана по полному диапазону их оборотов. И вновь для обеспечения надежности используются расчетные предельные параметры установки.


Испытание, подготовка к отправке и монтаж
   Среди всего технического оснащения GTL-заводов компрессорные комплексы для УРВ играют ключевую роль в решении производственных задач, поэтому производители уделяют особое внимание их испытанию на площадке. Это гарантирует заказчику, что работа ОВК, паровой турбины, ПВК, редуктора и трех соединительных муфт будет протекать плавно, без резонанса и вибраций,согласованно и они не войдут в помпаж. Работа основного и подпорного воздушных компрессоров проверяется как в комплексе с другими агрегатами, так и по отдельности.
   Производственные зоны заводов по сжижению газа - самые большие и загруженные в мире участки строительства, поэтому производители стремятся минимизировать объем работ на строительной площадке. Испытания установок на заводе-изготовителе частично решают эту проблему, сокращая время и стоимость монтажных работ и вероятность неполадок на объекте.

   Специально для проведения испытаний компания Man Turbo разработала и применила на практике схему монтажного модуля: компрессорный комплекс устанавливается на стальную раму, внутри которой размещают охладители для ОВК и ПВК, а также трубную обвязку. Все установки комплекса, включая дополнительную систему трубопроводов, монтируются на площадке в виде цепочки и последовательно проходят испытания. Такой подход дает заказчику максимальные гарантии, что монтаж на месте пройдет успешно, поскольку работа всех установок была предварительно проверена. Кроме того, это вдвое сокращает время и затраты на монтаж, а количество модулей для транспортировки уменьшается на 60%.


Производство и оборудование.
   Современные проекты по сжижению газа требуют использования четырех, шести и даже восьми компрессорных установок. Часто компании не в состоянии поставить их в таком количестве, поскольку не имеют возможности провести испытания и подготовить установки к отправке. Чтобы решить эту проблему, компания Man Turbo вложила огромные средства в строительство нового упаковочно-испытательного центра для крупногабаритных установок.


   Центр представляет собой рабочую площадку размером 130x40 м, на которой можно проводить испытания и подготовку к отправке по меньшей мере трех крупных комплексов одновременно. Он оснащен кранами грузоподъемностью 150 и 180 т для перемещения наиболее тяжелых компрессорных модулей. Смонтированную установку не нужно транспортировать до испытательной площадки - контрольно-измерительную аппаратуру и все внешние системы (горячий пар электричество и холодную воду) можно подвести непосредственно к ней. Плохие погодные условия или зимние холода никак не сказываются на процессе испытаний и сборки, поскольку он полностью протекает в закрытом помещении.
   Компания сделала большие капиталовложения в приобретение современных металлорежущих станков способных производить компрессоры и турбины в масштабах GTL-заводов С помощью установленной программы высокоскоростные автоматизированные станки обрабатывают прутковые материал и измеряют параметры процесса производства. Они позволяют с высокой точностью выпускать лопатки паровой турбины, а также цельные корпуса осевых компрессоров размером 14x5,5x6 м.


Производительность и надежность
   Безусловно, реализация GTL-npoекта зависит прежде всего от инвестиций, поскольку капитальные расходы в особенности на УРВ, чрезвычайно высоки. Однако не менее важны для достижения эффективности производства эксплуатационные расходы Рабочие параметры компрессорных установок не должны нарушать энергетический баланс всего процесса сжижения газа. Кроме того, производительность GTL-заводов также зависит от уровня эксплуатационной готовности установок, высокой износостойкости и надежности оборудования.

   Поскольку процесс производства высокоэкзотермичен, можно прийти к заключению, что полезная отдача будет обеспечена в любом случае. При этом, остается важным сохранять равновесие между производительностью компрессорных комплексов и затратами на их приобретение и обеспечение энергией. Уменьшена себестоимости комплексов можно добиться благодаря использованию воздушного конденсатора. При увеличении его габаритов возрастает и запас устойчивости ОВК. Таким образом высокая производительность компрессора позволяет компенсировать стоимость всей установки.

   Чтобы обеспечить максимальную производительность, компания Man Turbo использует самые современные разработки при производстве компрессорных комплексов: осевой воздушный компрессор для режима ОВК, линейный цилиндрический компрессор для функционирования ПВК и промышленную паровую турбину как привод комплекса. Все установки отвечают стандартам Американского нефтяного института.

Заключение
   Сейчас развивающийся рынок GTL-технологий не может обойтись без масштабных турбокомпрессорных комплексов, поставляющих воздух для технологического процесса. При этом в любой схеме сжижения газа, основанной на УРВ, необходимо обеспечить полное соответствие рабочих параметров компрессорной установки требованиям конечных потребителей.
Сегодня пропуском в мир GTL-проектов являются надежность и производительность. Именно их можно назвать синонимами компании Man Turbo, поскольку все ее разработки основаны на технологиях, прочно зарекомендовавших себя в нефтяной промышленности.