Центробежные компрессоры для утилизации попутного газа
В разработках ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа» (ЗАО НТК) важное место занимают работы, связанные с энергосберегающими технологиями, снижением потерь невозобновляемых энергоресурсов, улучшением экологической обстановки в районах добычи газа и нефти.
Участвуя в «Программе по утилизации сжигаемых в факелах попутных нефтяных газов, а также газов из газоконденсатных месторождений» с нефтяными компаниями и обществами ОАО «Газпром», ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа» разработало в 2004-2009 гг. рабочие проекты, по которым ОАО «Казанькомпрессормаш» изготовило и поставило ряд современных компрессорных установок (КУ) для утилизации попутного нефтяного газа, параметры которых представлены в таблице.
К специфическим требованиям, которые необходимо учитывать при создании таких КУ, можно отнести:
- непостоянный состав газа по времени выработки месторождения;
- наличие углеводородных фракций, имеющих склонность при определенных повышенных температурах осаждаться в проточной части компрессора и газовых трубопроводах;
- наличие в составе газа сероводорода и других коррозионно-активных и опасных компонентов, что обусловило повышенные требования к компрессорам в части как материального исполнения, так и обеспечения безопасной и безлюдной эксплуатации;
- размещение КУ в удаленных и северных условиях, в том числе на морских платформах и компрессорных станциях;
- поставку КУ в ангарном исполнении со всеми системами жизнеобеспечения.
Фото 1. Центробежный компрессор 5ГЦ2-300/4,5-64 для ОАО «Юганскнефтегаз»
В 2004 году был разработан центробежный компрессор 5ГЦ2-300/4,5-64 (фото 1) для Приобского месторождения ОАО «Юганскнефтегаз». Компрессор предназначен для работы в составе ГПА-12 ДКС «Урал» с приводом от газотурбинного двигателя мощностью 12 МВт через мультипликатор.
В 2008 году три компрессора 5ГЦ2-300/4,5-64 в составе ГПА-12 ДКС «Урал» были сданы в эксплуатацию на КС «Приобская» ОАО «Юганскнефтегаз». В компрессоре применены самые передовые конструкторские решения в области компрессоростроения. Конструкция выполнена по безмасляной (сухой) схеме с применением магнитных подшипников фирмы S2M (Франция) и сухих газодинамических уплотнений John Crane (Англия). Применение сухой схемы снижает эксплуатационные затраты и повышает показатели надежности и долговечности работы компрессора.
5ГЦ2-300/4,5-64 — это первый российский компрессор, оснащенный магнитными подшипниками фирмы S2M. Компрессор выполнен двухсекционным восьмиступенчатым с одним промежуточным охлаждением газа. Рабочий диапазон частот вращения ротора компрессора от 8600 до 10 200 об/мин. В 2007-2008 гг. ЗАО НТК разработало и ОАО «Казанькомпрессормаш» (ОАО ККМ) изготовило и поставило два агрегата 4ГЦ2-124/14-79 ГТУ и три агрегата 66ГЦ-1162/1,3-38 ГТУ для Южно-Балыкского ГПК.
Агрегат 4ГЦ2-124/14-79 ГТУ (фото 2) имеет газотурбинный привод мощностью 8 МВт и выполнен в ангарном исполнении. Корпус сжатия — 10-ступенчатый с одним промежуточным охлаждением, выполнен в сухом (без масла) исполнении и укомплектован магнитными подшипниками S2M и сухими газодинамическими уплотнениями ЗАО НТК. Привод компрессора выполнен через сухую трансмиссию напрямую от газотурбинного двигателя. Одним из самых перспективных направлений деятельности ЗАО НТК и ОАО ККМ является участие в поставке отечественного оборудования для морских стационарных платформ нефтяных и газовых месторождений континентального шельфа, где сейчас добывают более 34% нефти и 25% газа.
Россия располагает самым обширным морским шельфом, в котором, по самым грубым оценкам, скрыто 25% мировых углеводородных ресурсов. Крупную нефтяную залежь нашли в Баренцевом море — месторождение «Приразломное», которое находится в 60 км от берега, глубина моря над ним 20 м. Для него была спроектирована особая добывающая морская ледостойкая стационарная платформа (МЛСП) «Приразломная» с уникальными параметрами, позволяющими противостоять тяжелым ледовым условиям в этом районе.
Платформа была заложена для постройки на верфи ФГУП «Севмаш» в Северодвинске. В 2004-2005 гг. ЗАО НТК и ОАО ККМ, участвуя в тендере на поставку компрессорного оборудования для МЛСП «Приразломная», предложили две центробежные компрессорные установки для сжатия попутного нефтяного газа. Примечательно, что наряду с традиционной схемой компрессоров на подшипниках скольжения был предложен принципиально другой вариант — сухой компрессор. В таком компрессоре полностью отсутствует система смазочного масла, исключен мультипликатор. Это достигается использованием современных передовых технологий:
- высокооборотного электропривода (при необходимости с регулируемой частотой вращения или с устройством безударного пуска);
- магнитных подвесов роторов привода и компрессора;
- сухих газодинамических концевых уплотнений компрессора;
- сухих пластинчатых муфт.
Несмотря на некоторое начальное удорожание, сухое исполнение имеет целый ряд преимуществ перед традиционными компрессорами в масляном исполнении.
Для условий морской платформы это:
- существенное уменьшение габаритов и массы компрессорного агрегата;
- упрощенный привод двигатель-компрессор (без мультипликатора);
- исключение загрязнения компримируемого газа маслом (полное отсутствие масла);
- отсутствие необходимости доставки и доливки масла;
- простота схемы;
- повышение эффективности компрессора из-за снижения потерь на трение в подшипниках;
- повышение эксплуатационной надежности и долговечности компрессорного оборудования;
- экологическая чистота;
- плавность запуска, минимальная величина пускового тока;
- самый эффективный способ регулирования основных параметров.
Возможно, благодаря такому двух-вариантному предложению на заключительном этапе тендера российское компрессоростроение было представлено одним предприятием — ОАО «Казань-компрессормаш», которое и выиграло тендер.
Результат тендера — заказ в 2005 г. от ФГУП ПО «Севмаш» на поставку центробежных компрессорных установок 5ГЦ2-310/0,66-5 М3.1 и 32ГЦ2-52/2-29М3.1 (фото 3 и 4).
Согласно первоначальным требованиям проектанта платформы — английской фирмы KBR, предпочтение было отдано варианту традиционного исполнения с системой смазки.
Компрессорная установка 5ГЦ2-310/0,66-5 М3.1 предназначена для cжатия поглотительного (углеводородного) газа и подачи его в стриппинг-колонну для очистки добытой нефти в условиях морской платформы от серосодержащих примесей.
Компрессорная установка 32ГЦ2-52/2-29 М3.1 состоит из компрессоров низкого и высокого давления с общим приводом и объединенной маслосистемой и предназначена для сжатия, очистки и подачи попутного нефтяного газа в качестве топливного в газотурбинные установки выработки электроэнергии для всей платформы. В связи с этим предъявляются особо повышенные требования к надежной и бесперебойной работе компрессоров.
Газовые центробежные компрессорные установки морского исполнения разрабатывались в ЗАО НТК впервые. Для выполнения заказа кроме общепромышленных нормативных документов были выполнены требования «Правил классификации и постройки оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ», «Правил классификации и постройки морских судов» и других нормативных документов Российского Морского Регистра судоходства. Установки соответствуют рекомендациям стандартов American Petroleum Institute API 613, API 614, API 617, API 671.
Проектирование, изготовление и испытание установок производилось под техническим наблюдением инспекторов Морского Регистра. Рабочая документация была одобрена, предприятие-изготовитель ОАО ККМ было освидетельствовано, а сами компрессорные установки сертифицированы Морским Регистром. На платформе компрессорные агрегаты устанавливаются без специальных фундаментов на полу отсеков, расположенных на уровнях 36,5 м (32ГЦ2-52/2-29 М3.1) и 42м (5ГЦ2-310/0,66-5 М3.1).
При проектировании и изготовлении учитывались специфичные требования, предъявляемые заказчиком. В связи с этим установки имеют ряд отличительных особенностей по сравнению с традиционными разработками ЗАО НТК.
1. Впервые компрессорные агрегаты такой мощности и габаритов скомпонованы в единый блок: двигатель, мультипликатор, собственно компрессоры, агрегат смазки, стойки приборов, стойки управления системой уплотнений и пр. Масса компрессорного агрегата 5ГЦ2-310/0,66-5 М3.1 - 37,5 т, а 32ГЦ2-52/2-29 М3.1 - более 40 т. При этом масса и габариты агрегатов не превысили жестко заданных значений.
2. Компоновка выполнена в строгом соответствии с заданными границами Skid, т.е. составные элементы всех систем объединены внутри поставляемого блока с одним или двумя внешними подключениями каждой системы.
Кроме двигателя, мультипликатора и собственно компрессоров на опорной раме и внутри нее расположены:
- агрегат смазки, состоящий из маслобака и смонтированных на нем пускового насоса, маслофильтров, охладителей масла, запорной, регулирующей и предохранительной арматуры,трехходовых переключающих устройств, электрических нагревателей масла, трубопроводов;
- система смазки с местами отборов импульсов давления и температуры;
- система уплотнений;
- контрольно-измерительные панели систем сухих газодинамических уплотнений;
- система охлаждающей жидкости;
- системы подачи азота и буферного газа в уплотнения;
- система сообщения с атмосферой;
- системы сборов на свечу и факелы низкого и высокого давления;
- система воздуха КИП;
- открытая и закрытая дренажные системы;
- стойки приборов и датчиков КИП;
- импульсная разводка;
- кабельная разводка с датчиками и клеммными коробками на границах Skid.
3. В связи с отсутствием отечественных двигателей, отвечающих предъявленным требованиям, применены двигатели серии AMDT фирмы ABB, имеющие сертификаты Морского Регистра.
4. Впервые применены сухие газодинамические уплотнения на вакуумном компрессоре.
5. Впервые применены сухие пластинчатые муфты John Crane на компрессорах данного типа.
6. Для защиты палубы платформы и другого оборудования от вибрации и снижения уровня шума применены эластичные виброопоры ELASTOPLOTS FC фирмы CEF S.A. (Франция).
7. С целью уменьшения габаритов агрегат смазки расположен внутри опорной рамы, но при этом освобожден от нагрузок от двигателя, мультипликатора и компрессоров в отличие от конструкции рама-маслобак.
8. Агрегат и система смазки изготовлены полностью из нержавеющей стали. В системе смазки использованы гибкие металлорукава. В смотровых фонарях сливных коллекторов применены жаропрочные кварцевые стекла (по правилам Морского Регистра).
9. Для смазки узлов трения применено (включено в поставку для первой заправки масло синтетическое DACNIS SH32 фирмы TOTAL с температурой застывания -42 °С, сохраняющее свои свойства при температуре до -20 °С.
10. С целью уменьшения габаритов для охлаждения масла применены компактные пластинчатые теплообменные аппараты VT10 HK/CDS-16/60 Viton фирмы GEA.
11. По требованию заказчика в установках исключено применение чугунных деталей, которые заменены на стальные (в т.ч. корпуса мультипликаторов, маслонасосов, кожухов муфт, арматуры и пр.).
12. Кожухи муфт изготовлены из искробезопасного металла — бронзы.
13. Для сброса газа из газовых полостей при превышении допустимого давления применены предохранительные клапаны, объединенные в блоки с переключающими устройствами, оснащенными специальными дренажными кранами.
14. В газовой арматуре предусмотрена блокировка в закрытом или открытом положении.
15. Применяемые лакокрасочные покрытия — стойкие при использовании в условиях морского умеренно-холодного климата.
Обе установки прошли испытания в испытательном комплексе ОАО ККМ. По требованию заказчика и Морского Регистра на предприятии-изготовителе произведена полная контрольная сборка компрессорных установок. Установки отгружены в Северодвинск в декабре 2006 г.
По результатам плодотворного сотрудничества ЗАО НТК, ОАО ККМ и ФГУП ПО «Севмаш» в конце 2007 г. был заказан еще один компрессор ЗГЦ2-46/6-35 М3.1 для морской платформы, который в 2008 г. был изготовлен, успешно испытан и отгружен в Северодвинск для монтажа на морской платформе Приразломного месторождения. Конструктивно третий компрессор выполнен аналогично ранее поставленным компрессорам для МЛСП (фото 5).
