Проектирование двухступенчатой винтовой компрессорной установки для компрессорной станции низкого давления нового месторождения
Н.М. Тузова1, А.А. Биктимиров2
1Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
2ООО «РН-Ванкор»
Актуальность. Российская Федерация на данный момент является одной из самых крупных добывающих и перерабатывающих нефть и газ стран. По добыче нефти Россия занимает третье место в мире, уступая лишь США и Саудовской Аравии. [1] По объемам разведанных запасов РФ значительно опережает все страны мира. Вместе с нефтью добывается и растворенный в ней попутный нефтяной газ (ПНГ). Главным компонентном ПНГ является метан, так же в состав входят более тяжелые компоненты: этан, пропан, бутан и другие. Согласно постановлению правительства РФ от 8 января 2009 года №7 «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках», уровень утилизации попутного газа должен быть не менее 95% от объема добытого газа. Поэтому на месторождениях ПНГ подготавливают для дальнейшей транспортировки к потребителю [2].
Цели и задачи. Целью исследования является определение схемы компрессорной установки (КУ), основных геометрически параметров компрессора и выбор системы смазки компрессорной установки. Задачи исследования – выбор типа компрессора для компримирования ПНГ, подбор вспомогательного оборудования для компоновки компрессорной установки, расчет основных геометрических параметров компрессоров и анализ различных систем смазки для установки.
Исходные параметры для расчета компрессорной установки приведены в таблице 1, а исходный состав газа представлен в таблице 2.
Таблица 1
Исходные параметры для расчета
| № | Название параметра | Значение для 1 ступени | Значение для 2 ступени |
| 1 | Объемная производительность компрессора – | ||
| 2 | Температура газа на всасывании – | ||
| 3 | Температура газа на нагнетании – | ||
| 4 | Давление газа на всасывании — | ||
| 5 | Давление газа на нагнетании — | ||
| 6 | Число зубьев ведущего винта – | 4 | 4 |
| 7 | Число зубьев ведомого винта – | 6 | 6 |
Таблица 2
Исходный состав газа
| № | Компонент | %-ое содержание(мол.) |
| 1 | CH4 | 86,96 |
| 2 | C2H6 | 9,22 |
| 3 | C3H8 | 0,29 |
| 4 | C4H10 | 0,0648 |
| 5 | nC4 | 0,008 |
| 6 | CO2 | 0,0035 |
| 7 | He2 | 0,2 |
| 8 | H2 | 0,0317 |
| 9 | N2 | 3,23 |
В качестве основного элемента КУ выбран винтовой компрессор с приводом от асинхронного электродвигателя т.к. он обладает оптимальными эксплуатационными характеристиками для заданных условий. КУ является двухступенчатой из-за необходимости промежуточного охлаждения газа при требуемой степени повышения давления. Компрессоры первой и второй ступеней приводятся во вращение каждый от своего электродвигателя.
Расчет параметров винтовых компрессоров был производен по методике из источников [3, 4].
Основные параметры компрессоров, получившиеся при расчетах, представлены в Таблице 3. Чертежи компрессоров, спроектированных по результатам вычисления, представлены на Рисунке 1. Схема разработанной двухступенчатой винтовой компрессорной установки представлена на Рисунке 2.
Таблица 3
Сравнительная характеристика параметров компрессоров
| № | Название | 1 ступень | 2 ступень |
| 1 | Диаметр внешней окружности ведомого винта | 0,4479 м | 0,3984 м |
| 2 | Диаметр внешней окружности ведущего винта | 0,4522 м | 0,4023 м |
| 3 | Мощность, потребляемая компрессором | 477 кВт | 1 354 кВт |
| 4 | Число оборотов | 3000 об/мин | 3000 об/мин |
Рисунок 1. Эскизы винтовых компрессоров установки
а) компрессор первой ступени компримирования; б) компрессор второй ступени компримирования
Рисунок 2. Схема винтовой двухступенчатой компрессорной установки
Результаты работы. 1. Спроектированы винтовые маслозаполненные компрессоры для первой и второй ступеней компримирования ПНГ. 2. Подобрано вспомогательное оборудования для компоновки компрессорной установки: сепараторы, электропривод, АВО и др. 3. Разработана технологическая схема КУ. 4. Проведен сравнительный анализ раздельной и смешанной системы смазки. Выбран оптимальный вариант — раздельная система смазки.
Вывод. В результате проведенного исследования была спроектирована компрессорная установка для компрессорной станции низкого давления. Особенностью установки является применение раздельной системы смазки, которая обладает следующими преимуществами при компримировании ПНГ: 1. Впрыск масла в рабочую полость и подача масла к механическим узлам компрессора осуществляется отдельными системами. Это позволяет компримировать газ с большим количеством тяжелых углеводородов, для которых характерно наличие жидкой фазы на всасывании компрессора, а также допустима конденсация компонентов газа в процессе компримирования. 2. Применение раздельной системы смазки позволяет повысить долговечность подшипников компрессора, при этом могут быть снижены требования к качеству масла в системе впрыска масла, следовательно, это позволяет значительно увеличить надежность компрессорной установки, использовать недорогие отечественные масла и снизить эксплуатационные затраты.
ЛИТЕРАТУРА:
- Россия заняла третье место по добыче нефти в мире [Электронный ресурс]. – URL: https://ria.ru/economy/20180820/1526875560.html (дата обращения 28.09.2018).
- Постановление Правительства РФ от 8 января 2009 г. № 7 «О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках» [Электронный ресурс]. – URL: http://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/12064540/ (дата обращения 28.09.2018).
3.Сакун И.А. Винтовые компрессоры-М.:Машиностроение,1960. 360с.
- Диментов Ю. И., Прилуцкий И. К. Винтовые компрессоры. Учебное пособие. Л., ЛПИ имени М. И. Калинина, 1978. 65 с.