Проектирование компрессорных станций

ООО «ПриволжскНИПИнефть» ведущий проектный институт, выполняющий полный комплекс изыскательских, проектных и экспертных работ в области комплексного проектирования компрессорных станций, компрессорных блоков и установок разделения воздуха и подготовки воздуха для предприятий металлургической, нефтегазовой и нефтехимической промышленности.

Многолетний опыт работы ООО «ПриволжскНИПИнефть» позволяет разрабатывать проектные решения, учитывающие экологические и экономические аспекты при строительстве компрессорных станций по газу и воздуху.

Проектный институт ООО «ПриволжскНИПИнефть» выполняет:

- проекты модернизация компрессорных станций и компрессорных установок;

- проектирование модульных компрессорных станций и компрессорных установок;

- автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (проектирование АГНКС);

- проекты по перекачке и разделению газа и воздуха;

- проектирование газовых компрессорных станций (проектирование КС);

- проекты реконструкции и ремонта компрессорных станций;

- проекты строительства компрессорных станций;

Компрессия и предварительное охлаждение воздуха. Атмосферный воздух, очищенный от механических примесей во входном фильтре, сжимается турбокомпрессором до давления 1,0 МПа, поступает в систему предварительного охлаждения, где охлаждается от 40 0С до 10 0С за счет теплообмена с кипящим хладоном. Далее, после отделения капельной влаги воздух подается в систему очистки.

Комплексная очистка воздуха. Осушение воздуха и его очистка от двуокиси углерода и легких углеводородов производится в адсорбционном системе комплексной осушки и очистки воздуха. Система очистки воздуха состоит из двух попеременно работающих адсорберов, заполненных двумя слоями адсорбента. Удаление влаги из воздуха происходит в слое активной окиси алюминия. Двуокись углерода и углеводороды извлекаются из воздуха в слое цеолита (молекулярного сита). Во время работы одного адсорбера в режиме адсорбции в другом происходит регенерация адсорбента путем продувки нагретым в электроподогревателе до 180 0С отбросным азотом. Переключение адсорберов осуществляется автоматически. После адсорберов установлен фильтр, предотвращающий попадание пыли адсорбентов в криогенный блок.

Циркуляционный цикл. Осушенный и очищенный сжатый воздух поступает в компрессорную ступень турбодетандер-компрессорного агрегата, в которой дополнительно сжимается до давления 1,3 МПа. Дожатый воздух охлаждается в промежуточном водяном охладителе и поступает в основной пластинчато- ребристый теплообменник блока разделения. В основном теплообменнике сжатый воздух охлаждается в результате теплообмена с отходящими потоками газообразного азота и ожижительного цикла. Часть сжатого воздуха, охлажденного в основном теплообменнике до температуры 152 К, направляется в турбодетандерную ступень турбодетандер- компрессорного агрегата. Другая часть воздуха, проходит основной теплообменник и дросселируется в нижнюю колонну. Часть воздуха, поступающая в турбодетандерную ступень, расширяется в ней до давления 0,14 МПа, совершает работу дополнительного сжатия воздуха в центробежной компрессорной ступени. В результате теплосодержание и температура части воздуха, прошедшей через турбодетандер, снижаются, происходит генерация холода. Расширенный и охлажденный поток воздуха после турбодетандера поступает в нижнюю колонну и частично сбрасывается в атмосферу, рекуперируя накопленный холод в основном теплообменнике.

Ректификация воздуха. В нижней ректификационной колонне воздух разделяется на кубовую жидкость с содержанием кислорода до 40 % и азот с содержанием кислорода около 0,0005 %. Кубовая жидкость из куба нижней колонны поступает в переохладитель, где охлаждается потоками газообразного азота. После переохладителя кубовая жидкость направляется в верхнюю колонну. Получаемый в нижней колонне газообразный азот конденсируется в основном конденсаторе-испарителе за счет кипения жидкого кислорода из верхней колонны. Часть жидкого азота из нижней колонны отбирается и направляется в переохладитель, где охлаждается потоком газообразного азота. После переохладителя жидкий азот поступает в криогенное хранилище жидкого азота в качестве продукта. В верхней ректификационной колонне происходит разделение воздуха на азот и кислород. Жидкий кислород отбирается из нижней части верхней колонны. Из верхней части верхней колонны отбирается газообразный азот. Поток газообразного азота последовательно проходит переохладители и основной теплообменник, в которых нагревается за счет теплообмена с кубовой жидкостью, жидким азотом и сжатым воздухом, поступающим в блок разделения. Азот, отходящий из блока разделения, используется для регенерации адсорбента системы очистки воздуха.

Компрессор, система предварительного охлаждения воздуха, система очистки воздуха, система очистки воздуха КИП размещаются в промышленном помещении. Шкаф системы управления с контроллером и газоанализаторами размещаются в специальном помещении с температурой 5 … 35 0С. Блок разделения должен размещаться вне помещения.

Воздушный фильтр устанавливается на всасывающем трубопроводе воздушного компрессора. Эффективность фильтра – не менее 99,99% по частицам размером более 2мкм. Перепад давления на фильтре не более 650Па. Фильтр модульной конструкции, оснащен системой автоматической очистки.

Воздушный компрессор. Установка комплектуется воздушным турбокомпрессором. Производительность компрессора 11500 нм3/ч сжатого воздуха. Охлаждение водяное. Компрессор поставляется полностью собранным на единой раме. Это одноуровневая машина с обслуживанием на нулевой отметке. Компрессор оборудован системой смазки, промежуточными и концевым охладителями и приводным электродвигателем. Компрессор не требует специального фундамента. Система управления компрессором построена на базе программируемого логического контроллера. Интерфейс связи с оператором осуществляется с помощью жидкокристаллической тач-панели.

Система предварительного охлаждения воздуха. Система предварительного охлаждения сжатого воздуха поставляется полностью собранной. Система включает: холодильный компрессор; конденсатор с водяным охлаждением; испаритель (воздух-хладон); влагоотделитель; трубопроводы, арматуру, фитинги; местный электрошкаф управления.

Воздушный центробежный компрессор. Центробежные компрессоры компактный унифицированный высоконадежный высокоэффективный агрегат для производства сжатого безмасляного воздуха. Мультипликатор, центробежные ступени, теплообменники монтируются на одной раме совместно с приводным двигателем, что позволяет экономить пространство установки, облегчает монтаж и обеспечивает максимально удобный доступ для обеспечения обслуживания компрессора. Основные преимущества центробежных компрессоров: Простота обслуживания: центробежный компрессор не имеет изнашивающихся частей, которые необходимо постоянно заменять; масляные и воздушные фильтроэлементы легко заменяются прямо во время работы компрессора. 100% безмасляный воздух: принцип действия центробежного компрессора таков, что в полость сжатия не нужно подавать смазку; надежные уплотнения компрессора гарантируют 100% отсутствие попадания масла в полость сжатия с подшипников и зубчатой передачи. Отсутствие пульсации, и, соответственно, необходимости в буферных емкостях.

Дизайн силовой и проточной части компрессора. Каждая ступень сжатия собственную улитку. монтируются на коробке мультипликатора. В отливке улиток монтируются воронки всасывания и диффузоры на нагнетании. Стенки диффузора переходят к съемным соединительным патрубкам, ведущим к теплообменникам. Газовые и масляные уплотнения располагаются между задней стенкой улитки и коробкой мультипликатора. Для обслуживания уплотнений и радиальных подшипников достаточно лишь снять крышку мультипликатора. Выход каждой улитки может быть направлен в сторону, удобную с точки зрения расположения теплообменника. Расположение всех входных воронок и межступенчатых патрубков обеспечивает оптимальную стратификацию потока, входящего на рабочее колесо.

Благодаря входному направляющему аппарату компрессора его производительность регулируется в диапазоне до 70%, при этом потребляемаяпропорциональна мгновенной производительности. Кроме того, лопатки ВНА подкручивают поток в направлении вращения рабочего колеса, что повышает эффективность сжатия.

На каждом роторе посажены одно или два рабочих колеса (импеллера), смонти- рованных противо-направленно. Роторы двухопорные, в качестве опор используются только радиальные подшипники. Осевое усилие снимается за счет использования косозубой передачи с упорными буртиками по обеим сторонам от шестерни. Привод осуществляется через косозубую передачу, что также частично снимает осевую нагрузку с ротора. Такой способ снятия осевой нагрузки обеспечивает исключительную стабильность механической части компрессора в условиях помпажа и других условиях знакопеременной нагрузки. Скорость вращения ротора закритическая — рабочая частота вращения ротора составляет не менее 120% от собственной частоты колебания ротора.

Импеллер (рабочее колесо, крыльчатка). Каждое рабочее колесо изготавливается из цельной поковки нержавеющей стали на пяти координатном фрезеровальном станке. Для каждого компрессора производят расчет геометрии импеллеров, исходя из заданных условий сжатия, что позволяет обеспечивать оптимальную геометрию и скорость вращения импеллера. Профиль лопаток объемно моделируется с целью обеспечения распределения аэродинамической что позволяет повысить нагрузки, эффективность и эрозионную стойкость лопаток. Импеллер крепиться на валу путем горячей посадки. Каждый ротор динамически балансируется в шести плоскостях для обеспечения низкого уровня вибрации на всех режимах, включая ускорение и выбег. Оптимальная скорость роторов обеспечивается индивидуальным передаточным отношением.

Благодаря тщательно продуманной конструкции и удобному расположению теплообменников их обслуживание значительно упрощается. Воздух после ступени сжатия подается в межтрубное пространство кожухотрубного теплообменника, где и охлаждается водой, которая подается по трубкам.

Система смазки компрессора. В компрессорах производства используется система принудительной смазки под единым давлением. На радиальные подшипники роторов и комбинированные подшипники мультипликатора, а также распылители масла в мультипликаторе подается охлажденное фильтрованное масло. Система смазки компрессора имеет высокую степень надежности и обеспечивает безопасный выбег компрессора даже при потере питания на добавочном маслонасосе. Масляная система компрессора состоит из: маршевого насоса, имеющего привод от вала компрессора; страховочного стартового насоса – независимый электропривод;полнопоточного фильтра; маслоохладителя; термостатирующего клапана; системы удаления масляного тумана.

Маслобак может быть смонтирован как на раме компрессора, так и отдельно.Система управления производительности каждого компрессора осуществляется системой управления (АСУТП компрессора) , которая обеспечивает непрерывное изменение производительности компрессора в зависимости от потребностей сети при поддержании постоянного давления в заданной её точке. Регулирующим органом является входной направляющий аппарат компрессора, который изменяет параметры потока на входе в первую ступень.

Стационарные криогенные резервуары. Резервуары объемом 50 м3 (давление 0,8 Мпа) с рабочим давлением 8 кгс/см2 (и) укомплектованы атмосферными испарителями подъема давления, что позволяет осуществлять выдачу из резервуара газа под давлением без применения криогенных насосов и без дополнительных затрат на электроэнергию. Резервуар представляет собой внутренний сосуд из нержавеющей стали, расположенный внутри наружного сосуда из углеродистой стали. Пространство между сосудами заполнено перлитом и отвакуумировано. Наружный сосуд покрыт тремя слоями полимерной эмали для защиты от атмосферных явлений. Резервуар имеет испаритель подъема давления, обеспечивающим расход жидкости 1000 кг/ч при опорожнении. Резервуар укомплектован арматурой и измерительными приборами, а так же оборудован быстроразъемным соединением для загрузки жидкого кислорода от внешнего источника (автомобиля).

ОБРАЗЕЦ.
Техническое задание на разработку рабочей документации: «Техническое перевооружение системы воздухоснабжения предприятия. Компрессорная станция»

1. Наименование и местонахождение объекта — Московская область.
2. Заказчик — ООО «Азот»
3. Проектная организация — ООО «ПриволжскНИПИнефть»
4. Основание для проектирования — Договор на проектные работы.
5. Вид строительства — Техническое перевооружение.
6. Стадия проекта — Рабочая документация.
7. Сроки строительства
Начало – 08.2019 г.
Окончание – 09.2019 г.
8. Выделение очередей и пусковых комплексов — Не требуется.
9. Требования к разработке природоохранных мероприятий. — Не требуется.
10. Требования по мероприятиям по ГО и ЧС — Не требуется, ситуации с возникновением социального риска отсутствуют.
11. Требования к техническим решениям и технико-экономические показатели объекта — Разработать рабочую документацию на техническое перевооружение компрессорной станции размещаемой в ранее запроектированном строящемся здании для компрессорной станции.
Потребность в сжатом воздухе давлением Р = 6 бар составляет:
— максимальная 5 м3/мин
— среднечасовая 3,8 м3/мин
— минимальная 0,5 м3/мин
Потребность в сжатом воздухе давлением Р = 40 бар составляет:
— максимальная 38 м3/мин
— среднечасовая 29 м3/мин
— минимальная 9 м3/мин
Требуемый класс чистоты сжатого воздуха — не ниже 7 кл. по ГОСТ 17433-80 с точкой росы не выше: -20 0С.
На 1-м этаже компрессорной установить:
— один компрессор типа Ateliers Francois СЕ 46В (22м3/мин, 40 бар)
— предусмотреть место для установки резервного компрессора Ateliers Francois СЕ 46В
— теплообменники ТНР 142-48 (3 шт.).
На 2-м этаже компрессорной установить:
— поршневой компрессорный агрегат повторного сжатия (бустер) фирмы KAESER типа N1100-G (1 шт.)
— поршневой компрессорный агрегат повторного сжатия (бустер) фирмы KAESER типа N753-G (1 шт.)
— поршневой компрессорный агрегат повторного сжатия (бустер) фирмы KAESER типа N501-G (1 шт.)
— компрессоры винтовые фирмы KAESER типа DSD 171 и DSD 172
— компрессоры винтовые фирмы Gardner Denver типа ES 45-10 EANA и ЕS 75 EANA
— предусмотреть коллекторы сбора сжатого воздуха на 6 бар и 40 бар.
— установки редуцирования на 6 бар.
Установку охлаждения типа AERO SCAG-142 1 DN65 (1шт) разместить на покрытии здания компрессорной станции.
Помещение операторской в компрессорной станции не предусматривается.
Передача информации о работе оборудования решается с использованием кабельной линии связи отдельным разделом проекта.
Установку ресиверов предусмотреть в сетчатом ограждении в непосредственной близости от компрессорной станции с устройством площадок обслуживания (при необходимости).
12. Требования к строительным решениям и оборудованию.
Для монтажа компрессоров используются ранее запроектированные монтажные проемы и кран балка грузоподъемностью 1,5 т.
Монтажные ворота напротив площадки размещения ресиверов — для обслуживания оборудования или прохода обслуживающего персонала не предназначены.
13. Требования к проектным решениям.
Проектную документацию разрабатывать в следующем объеме:
Раздел (АС) – Строительная часть площадки ресиверов в объеме решений технологической части проекта
Раздел: (ТХ) — Технологическую часть разработать в полном объеме, в соответствии с требованиями нормативных документов и исходными данными для проектирования.
Разделы: (АК) – Автоматизацию, пожарную сигнализацию разработать в объеме, обеспечивающем работоспособность основного и вспомогательного оборудования и в соответствии с разделом ТХ.
Раздел: (ОВ) – Отопление и вентиляцию разработать исходя и нормативной температуры воздуха не ниже + 5 0С и не выше + 40 0С. В качестве энергоносителя для системы отопления компрессорной использовать электрическую энергию.
Раздел: (ВК) – Водоснабжение и канализацию не предусматривать, решения разрабатываются дополнительно отдельным разделом.
Разделы (ЭМ, ЭС) – Электроосвещение, электроснабжение не предусматривать, решения разрабатываются дополнительно отдельным разделом.
Раздел: (СМ) — Сметные материалы не разрабатывать, используется смета монтажной организации.
14. Основная исходно-разрешительная документация и исходные данные для проектирования
Исходно-разрешительная документация в соответствии с требованиями строительных норм, в том числе:
— Техническая документация (Инструкции по эксплуатации и чертежи общего вида оборудования) на русском языке по каждому типу оборудования;
— Топосьемка и геология в месте размещения площадки ресиверов;
— Ранее разработанная документация на строительную часть здания компрессорной;
— Иные исходные технические данные от Заказчика.
15. Количество экз. ПСД
Два экземпляра проекта и электронная версия на CD.
16. Срок разработки проекта
Начало – III квартал 2019 г.
Окончание – по графику разработки документации (к Заданию не прикладывается)
17. Особые условия проектирования
Технологическая схема компрессорной станции подлежит предварительному согласованию с Заказчиком. Согласование проекта с заинтересованными организациями производит Заказчик с участием проектной организации (при необходимости).