Результат интеллектуальной деятельности: Способ работы комбинированного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода

Изобретение относится к области транспорта газа и может быть применено на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов с газотурбинными и электроприводными газоперекачивающими агрегатами для снижения эксплуатационных затрат на потребляемые топливо и электроэнергию.

Известны КС с электроприводными газоперекачивающими агрегатами (ГПА), синхронные электродвигатели которых снабжены частотными преобразователями, с помощью которых при уменьшении расхода газа в магистральном газопроводе производят частотное регулирование оборотов электродвигателей и мощности ГПА. (Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Ярицев А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. М. Недра. 200, с 389-390).

Недостатком этих электроприводных ГПА является применение синхронных электродвигателей с частотой тока 50 Гц.

Известна газоперекачивающая установка, содержащая электроприводные газоперекачивающие агрегаты с высокооборотными синхронными электродвигателями, электронные преобразователи частоты, регенеративные энергетические газотурбинные установки с высокооборотными компрессорами и высокооборотными газовыми турбинами. Роторы компрессоров и газовых турбин установлены на магнитных подшипниках; синхронные электродвигатели связаны через электронные преобразователи частоты, электрические выключатели и трансформаторы с внешней высоковольтной линией электропередачи.

Преимуществом этой компрессорной станции является питание электроприводных газоперекачивающих агрегатов (ЭГПА) дешевой электроэнергией, вырабатываемой регенеративными энергетическими газотурбинными установками.

Ее недостатком является необходимость установки на компрессорной станции дополнительной регенеративной энергетической газотурбинной установки, имеющей высокую стоимость.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов (Патент РФ №2647742), включающий сжатие газа в газовом компрессоре и подачу сжатого газа в газопровод, газовый компрессор имеет комбинированный привод - газотурбинный, состоящий из воздушного компрессора, камеры сгорания, газовой турбины, и электрический привод, состоящий из обратимого двигателя-генератора, углового редуктора, а также автоматических расцепных муфт; электрический и газотурбинный приводы газового компрессора работают поочередно, в зависимости от графика электрических нагрузок объединенной энергосистемы, в период максимума электрической нагрузки, в качества привода газовых компрессоров используют газотурбинный привод, при этом вал газовой турбины соединяют с валом газового компрессора через автоматическую расцепную муфту, в период минимума электрической нагрузки используют обратимый двигатель-генератор, вал которого соединяют с валом газового компрессора через автоматические центробежные расцепные муфты; при этом остановку газотурбинного привода и пуск обратимого двигатель-генератора осуществляют синхронизированно. Этот способ принят в качестве прототипа предполагаемого изобретения.

Недостатками способа работы компрессорной станции магистральных газопроводов является его использование как для привода газового компрессора магистрального газопровода, так и для выработки электроэнергии в периоды минимума электрической нагрузки в объединенной энергосистеме, при этом двигатель-генератор работает в режиме генератора.

Предложенный в прототипе способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов с комбинированным приводом имеет следующие недостатки:

- установка для его реализации конструктивно сложна, вследствие применения в ней обратимого двигателя-генератора, трех автоматические центробежных расцепных муфт и углового редуктора;

- установка имеет высокую стоимость, сложна при эксплуатации и ремонтах.

Задачей предлагаемого способа работы компрессорной станции магистрального газопровода скомбинированной газоперекачивающей установкой является снижение ее стоимости, эксплуатационных и ремонтных затрат, повышение надежности и ресурса газоперекачивающих агрегатов.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе работы компрессорной станции магистрального газопровода используют комбинированный газоперекачивающий агрегат, содержащий воздушный компрессор, компрессорную газовую турбину, высокооборотные силовую газовую турбину и газовый компрессор, роторы которых выполнены с магнитным подвесом, автоматическую расцепную цетробежную муфту, асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, электронный частотный преобразователь, электрические выключатели и трансформатор.

Сжатие природного газа производят с использованием комбинированного привода газового компрессора - газотурбинного привода или электрического привода.

Газотурбинный привод состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания, компрессорной и силовой газовых турбин, автоматической расцепной муфты. При газотурбинном приводе вал силовой газовой турбины связан с валом газового компрессора через замкнутую автоматическую расцепную центробежную муфту и вал асинхронного электродвигателя. Электрический привод состоит из асинхронного электродвигателя и электронного частотного преобразователя, связанного с внешней электрической сетью через электрические выключатели и трансформатор. При работе компрессорной станции в дневные часы суток, а также при номинальном расходе газа в магистральном газопроводе используют газотурбинный привод, при этом вал силовой газовой турбины соединяют с валом газового компрессора через замкнутую центробежную расцепную муфту и вал асинхронного электродвигателя. При значительном уменьшении расхода газа в магистральном газопроводе используют электрический привод газового компрессора, при этом асинхронный электродвигатель подключают к внешней электрической сети через электронный частотный преобразователь, электрические выключатели и трансформатор, расцепляют центробежную расцепную муфту, останавливают газотурбинную установку, электронным частотным преобразователем уменьшают частоту тока, число оборотов асинхронного электродвигателя и газового компрессора, уменьшая его мощность. Электрический привод используют также в ночные часы суток в районах с электроснабжением компрессорных станций по двухставочным тарифам.

На Фиг. 1 приведена принципиальная схема комбинированного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода. Здесь 1 - компрессор, 2 - камера сгорания, 3 - компрессорная газовая турбина, 4 - силовая газовая турбина, 5 - вал силовой газовой турбины, 6 - автоматическая центробежная расцепная муфта, 7 - асинхронный электродвигатель, 8 - общий вал, 9 - газовый компрессор, 10 - магистральный газопровод, 11 - электронный частотный преобразователь, 12 - электрический выключатель, 13 - трансформатор, 14 - внешняя высоковольтная электрическая сеть.

Способ работы комбинированного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода осуществляют следующим образом. При номинальном расходе газа в магистральном газопроводе 10 используют газотурбинный привод газового компрессора 9. При этом в компрессоре 1 сжимают воздух и подают в камеру сгорания 2, где сжигают топливо. Продукты сгорания расширяют в компрессорной газовой турбине 3, приводящей компрессор 1, а затем в силовой газовой турбине 4, вал которой связан с валом газового компрессора 9 через замкнутую автоматическую центробежную расцепную муфту 6, вал асинхронного электродвигателя 7 и общий вал 8. Полезную работу силовой газовой турбины 4 используют для сжатия природного газа в газовом компрессоре 9 и его подачи в магистральный газопровод 10. При уменьшенных расходах газа в магистральном газопроводе 10 используют электрический привод газового компрессора 9. Расцепляют автоматическую центробежную муфту 6. Электроэнергию из внешней электрической сети 14 подают через трансформатор 13, электрический выключатель 12 и электронный частотный преобразователь 11 в обмотку статора асинхронного электродвигателя 7, работу которого передают через общий вал 8 газовому компрессору 9 и используют для сжатия природного газа, подаваемого в магистральный газопровод 10. В районах, где электроснабжение компрессорных станций производят из внешней электрической сети 14 по двухставочным тарифам, в ночные часы суток эту электроэнергию подают через трансформатор 13, электрический выключатель 12 и электронный частотный преобразователь 11 в обмотку статора асинхронного электродвигателя 7, вал которого связан через общий вал 8 с валом газового компрессора 9. Полезную работу асинхронного электродвигателя 7 используют для сжатия природного газа в газовом компрессоре 9 и его подачи в магистральный газопровод 10.

Предлагаемый способ позволяет:

- при номинальном расходе газа в магистральном газопроводе использовать газотурбинный привод газового компрессора, а при значительном уменьшении расхода газа, снижении мощности и КПД газовой турбины осуществлять привод газового компрессора от асинхронного электродвигателя;

- электрический привод газового компрессора также целесообразно использовать в ночные часы суток в районах с электроснабжением компрессорных станций из внешней электрической сети по двухставочным тарифам;

- упростить конструкцию комбинированного газоперекачивающего агрегата, уменьшить его стоимость и отказаться от установки двух автоматических разъемных центробежных муфт и угловой муфты;

- уменьшить эксплуатационные и ремонтные затраты компрессорной станции.