Способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами
Владельцы патента RU 2272937:
Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз" (RU)
Изобретение относится к области транспорта газа по магистральным газопроводам и может быть применено на многочисленных компрессорных станциях магистральных газопроводов, имеющих привод газоперекачивающих агрегатов от синхронных электродвигателей. Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа работы компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, обеспечивающего снижение затрат на потребляемую электроэнергию, уменьшение потребления электроэнергии из внешней электрической сети, при работе компрессорных станций с электроприводными газоперекачивающими агрегатами при их пусках и на частичных нагрузках, повышение надежности энергоснабжения и ресурса газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции. Поставленная задача решается за счет способа работы компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, питаемыми электроэнергией, согласно которому при изменении расхода газа через магистральный газопровод производят частотное регулирование нагрузки электродвигателей газоперекачивающих агрегатов, при этом электропитание последних производят частично или полностью от электрогенераторов дополнительных энергетических газотурбинных установок; при пуске неработающих газоперекачивающих агрегатов, а также при изменении расхода газа через магистральный газопровод производят частотное регулирование электродвигателей газоперекачивающих агрегатов путем изменения оборотов электрогенераторов дополнительных энергетических газотурбинных установок, в камеры сгорания которых подают топливный газ из магистрального газопровода; при значительном уменьшении расхода газа через магистральный газопровод останавливают электродвигатели части газоперекачивающих агрегатов, избыточную электрическую энергию, вырабатываемую электрогенераторами работающих дополнительных энергетических газотурбинных установок подают во внешнюю высоковольтную электрическую сеть. 2 ил.
Способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами относится к области транспорта газа по магистральным газопроводам и может быть применен на многочисленных компрессорных станциях магистральных газопроводов России, имеющих привод газоперекачивающих агрегатов от синхронных электродвигателей.
Известен способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, согласно которому электроэнергию из внешней высоковольтной электрической сети трансформируют до напряжения 6-10 кВ и подают на приводные электродвигатели газоперекачивающих агрегатов.
При увеличении расхода газа через магистральный газопровод нагрузку компрессорной станции повышают, включая дополнительные газоперекачивающие агрегаты, а в случаях значительного снижения расхода газа через магистральный газопровод часть работающих газоперекачивающих агрегатов останавливают, отключая их электродвигатели от питающей электрической сети. При небольшом снижении расхода газа и нагрузки компрессорной станции производят дросселирование газа на входе в нагнетатели газоперекачивающих агрегатов. (Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. М.: Недра, 2000, стр.387).
Электроприводные газоперекачивающие агрегаты имеют более высокую эксплуатационная надежность по сравнению газоперекачивающими агрегатами с газотурбинным приводом за счет большего ресурса, простоты технического и ремонтного обслуживания электроприводных газоперекачивающих агрегатов.
В то же время, при существующем уровне тарифов на покупную электроэнергию для указанного способа работы компрессорной станции с электроприводными газоперекачивающими агрегатами характерно повышение себестоимости транспорта газа по сравнению с агрегатами с газотурбинным приводом. Кроме этого, недостатками данного способа является необходимость ограничения числа пусков газоперекачивающих агрегатов с синхронными электродвигателями. Большие токовые и механические нагрузки, возникающие при их пусках, приводят к снижению надежности и долговечности газоперекачивающих агрегатов. При частичных рабочих нагрузках газоперекачивающих агрегатов частота вращения и мощность их электродвигателей не меняется. Регулирование производительности этих газоперекачивающих агрегатов производят за счет байпасирования газа или его дросселирования на входе в нагнетатели газоперекачивающих агрегатов.
В результате при частичных рабочих нагрузках экономичность электроприводных газоперекачивающих агрегатов снижается и они имеют перерасход электроэнергии относительно номинальных режимов работы.
Наиболее близким по технической сущности является способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, согласно которому электродвигатели газоперекачивающих агрегатов получают электроэнергию из внешней высоковольтной электрической сети после ее трансформации до напряжения 6-10 кВ. При снижении расхода газа через магистральный газопровод и нагрузки компрессорной станции согласно этому способу осуществляют частотное регулирование оборотов приводных синхронных электродвигателей газоперекачивающих агрегатов. За счет этого снижают напор и производительность этих агрегатов, уменьшают их мощность и расход электроэнергии на приводные электродвигатели. Кроме того, этот способ обеспечивает возможность плавного пуска газоперекачивающих агрегатов при меньших величинах пусковых токов на их электродвигателях, что приводит к повышению долговечности электродвигателей газоперекачивающих агрегатов (Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. М.: Недра, 2000, стр.389-390, рис.12.6).
При описанном способе работы компрессорных станций магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами появляется необходимость оснащения электроприводных газоперекачивающих агрегатов дорогими и сложными частотными преобразователями, которые сами дополнительно потребляют электроэнергию из сети.
Задачей предлагаемого технического решения является разработка способа работы компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, обеспечивающего снижение затрат на потребляемую электроэнергию, уменьшение потребления электроэнергии из внешней электрической сети, при работе компрессорных станций с электроприводными газоперекачивающими агрегатами при их пусках и на частичных нагрузках, повышение надежности энергоснабжения и ресурса газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции.
Поставленная задача решается за счет способа работы компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, питаемыми электроэнергией, согласно которому при изменении расхода газа через магистральный газопровод производят частотное регулирование нагрузки электродвигателей газоперекачивающих агрегатов, при этом электропитание последних производят частично или полностью от электрогенераторов дополнительных энергетических газотурбинных установок; при пуске неработающих газоперекачивающих агрегатов, а также при изменении расхода газа через магистральный газопровод производят частотное регулирование электродвигателей газоперекачивающих агрегатов путем изменения оборотов электрогенераторов дополнительных энергетических газотурбинных установок, в камеры сгорания которых подают топливный газ из магистрального газопровода; при значительном уменьшении расхода газа через магистральный газопровод останавливают электродвигатели части газоперекачивающих агрегатов, избыточную электрическую энергию, вырабатываемую электрогенераторами работающих дополнительных энергетических газотурбинных установок, подают во внешнюю высоковольтную электрическую сеть.
Электропитание электродвигателей газоперекачивающих агрегатов производят частично или полностью от электрогенераторов дополнительных энергетических газотурбинных установок, что позволяет уменьшить потребление электроэнергии из внешней электрической сети и снизить себестоимость транспорта газа.
Частотное регулирование электродвигателей газоперекачивающих агрегатов путем изменения оборотов электрогенераторов дополнительных энергетических газотурбинных установок, в камеры сгорания которых подают топливный газ из магистрального газопровода без потребления электроэнергии из внешней электрической сети, позволяет повысить надежность энергоснабжения.
Применение частотного регулирования при пуске неработающих газоперекачивающих агрегатов, а также при изменении расхода газа через магистральный газопровод без потребления электроэнергии из внешней электрической сети позволяет увеличить ресурс газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции.
При остановке части газоперекачивающих агрегатов избыточную электрическую энергию, вырабатываемую электрогенераторами работающих дополнительных энергетических газотурбинных установок, подают во внешнюю высоковольтную электрическую сеть, что позволяет повысить экономичность компрессорной станции в целом.
Энергоснабжение электроприводных газоперекачивающих агрегатов от электрогенераторов дополнительных газотурбинных установок, вырабатывающих более дешевую электроэнергию, чем электроэнергия, поступающая из внешней электрической сети, позволяет существенно снизить себестоимость транспорта газа через магистральный газопровод, кроме этого предлагаемый способ позволяет повысить надежность работы компрессорной станции в случае аварий на внешней линии электропередачи или на высоковольтном понижающем трансформаторе.
Частотный пуск электродвигателей газоперекачивающих агрегатов от электрогенератора дополнительной газотурбинной установки позволяет повысить долговечность электродвигателей газоперекачивающих агрегатов и сократить число их ремонтов.
Возможность реализовать избыточную электроэнергию, вырабатываемую электрогенераторами газотурбинных установок внешним потребителям, позволяет снизить себестоимость транспорта газа через магистральный газопровод.
Фиг.1 и фиг.2 поясняют предлагаемый способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами.
На фиг.1 показана блок-схема компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, а на фиг.2 приведена ее принципиальная схема.
Блок-схема на фиг.1 состоит из трех блоков, блока электроснабжения компрессорной станции из внешней электрической сети 1, блока компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами 2, блока дополнительных энергетических газотурбинных установок 3.
На фиг.2 изображена принципиальная схема компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами для осуществления предлагаемого способа.
Блок электроснабжения компрессорной станции из внешней электрической сети 1 включает внешнюю высоковольтную электрическую сеть 4, понижающие трансформаторы 5, электрические выключатели 6.
Блок компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами 2 включает шинопроводы 7 с дополнительными электрическими выключателями 8, электродвигатели 9 газоперекачивающих агрегатов 10, магистральный газопровод 11.
Блок дополнительных энергетических газотурбинных установок 3 включает дополнительные энергетические газотурбинные установки 12 с электрогенераторами 13 и камерами сгорания 14, трубопроводы топливного газа с дроссельными устройствами 15, дополнительные шинопроводы 16 с дополнительными электрическими выключателями 17.
Предлагаемый способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами осуществляют следующим образом. Электроэнергию из высоковольтной электрической сети 4 через трансформаторы 5, шинопроводы 6 и включенные электрические выключатели 17 и 8 подводят к синхронным электродвигателям 9, приводящим во вращение роторы газоперекачивающих агрегатов 10. Газоперекачивающие агрегаты 10 повышают давление газа и обеспечивают его движение по магистральному газопроводу 11.
Предлагаемый способ работы позволяет осуществлять дальнейшую работу в нескольких режимах.
1. Режим работы компрессорной станции с электроснабжением электродвигателей газоперекачивающих агрегатов от электрогенераторов энергетических газотурбинных установок.
Осуществляют пуск, по меньшей мере, одной дополнительной энергетической газотурбинной установки 12. С этой целью в камеры сгорания 14 по трубопроводам топливного газа 15 подают топливный газ из магистрального газопровода 11. Синхронизируют электрогенераторы 13 энергетических газотурбинных установок 12 с внешней электрической сетью 4, после чего включают дополнительные электрические выключатели 17 на дополнительных шинопроводах 16. Увеличивают расход топливного газа в камеры сгорания 14 энергетических газотурбинных установок 12 и повышают мощность их электрогенераторов 13 до номинальной. После этого отключают электрические выключатели 6 на шинопроводах 7 части или всех электродвигателей 9 газоперекачивающих агрегатов 10, прекращают их электроснабжение из внешней электрической сети 4 и переходят к электроснабжению этих электродвигателей от электрогенераторов 13 энергетических газотурбинных установок 12.
2. Режим работы компрессорной станции с пуском и набором нагрузки любого неработающего газоперекачивающего агрегата.
Предварительно подключают электрогенератор 13 одной из дополнительных энергетических газотурбинных установок 12, через шинопроводы 16, электрические выключатели 17 и 8 к электродвигателю 9 пускаемого газоперекачивающего агрегата 10, при этом электрический выключатель 6 отключен, и производят пуск этой энергетической газотурбинной установки 12.
Затем, увеличивая подачу топливного газа в камеру сгорания 14 энергетической газотурбинной установки 12, производят плавный частотный пуск электродвигателя 9 и увеличение нагрузки данного газоперекачивающего агрегата 10.
3. Режим работы компрессорной станции при незначительном изменении расхода газа через магистральный газопровод.
Предварительно электрическими выключателями 6 отключают электродвигатель 9, регулируемого газоперекачивающего агрегата 10 от внешней электрической сети 4, после чего отключают электрические выключатели 17 на шинопроводах 16, связывающих электрогенератор 13 энергетической газотурбинной установки 12 с шинопроводами 7 других, нерегулируемых газоперекачивающих агрегатов 10 и осуществляют электроснабжение электродвигателя 9 регулируемого газоперекачивающего агрегата 10 от электрогенератора 13 энергетической газотурбинной установки 12, выделенной для регулирования нагрузки компрессорной станции. Затем уменьшают подачу топливного газа по трубопроводу топливного газа 15 в камеру сгорания 14 этой энергетической газотурбинной установки 12, изменяют обороты и мощность ее электрогенератора 13, за счет чего производят частотное регулирование оборотов и уменьшение мощности электродвигателя 9 регулируемого газоперекачивающего агрегата 10 до величин, определяемых текущей нагрузкой компрессорной станции.
4. Режим работы компрессорной станции при значительном изменении расхода газа через магистральный газопровод.
При значительном снижении нагрузки компрессорной станции останавливают часть газоперекачивающих агрегатов 10, для чего отключают их электрические выключатели 8 на шинопроводах 7. При этом мощность газотурбинных установок 12 не снижают, а избыточную электрическую энергию, генерируемую их электрогенераторами 13, подают во внешние электрические сети 4 через шинопроводы 16, 7 и трансформаторы 5.
Предлагаемый способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами имеет преимущества как перед известными аналогами, так и перед прототипом и обеспечивает питание электродвигателей газоперекачивающих агрегатов компрессорной станции более дешевой электроэнергией от электрогенераторов дополнительных газотурбинных установок компрессорной станции, чем покупная электроэнергия из внешней электрической сети, благодаря чему может быть снижена себестоимость транспорта газа через магистральный газопровод.
При изменении нагрузки компрессорной станции данный способ обеспечивает возможность экономичного частотного регулирования электродвигателей любого из регулируемых газоперекачивающих агрегатов без использования сложных и дорогих частотных преобразователей, что способствует повышению надежности энергоснабжения компрессорной станции и ресурса ее электроприводных газоперекачивающих агрегатов.
При значительном снижении нагрузки компрессорной станции избыточная электроэнергия работающих газотурбинных установок может быть трансформирована, подана во внешние электрические сети и реализована внешним потребителям электрической энергии.
Способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, питаемыми электроэнергией, согласно которому при изменении расхода газа через магистральный газопровод производят частотное регулирование нагрузки электродвигателей газоперекачивающих агрегатов, при этом электропитание последних производят частично или полностью от электрогенераторов дополнительных энергетических газотурбинных установок; при пуске неработающих газоперекачивающих агрегатов, а также при изменении расхода газа через магистральный газопровод производят частотное регулирование электродвигателей газоперекачивающих агрегатов путем изменения оборотов электрогенераторов дополнительных энергетических газотурбинных установок, в камеры сгорания которых подают топливный газ из магистрального газопровода; при значительном уменьшении расхода газа через магистральный газопровод останавливают электродвигатели части газоперекачивающих агрегатов, избыточную электрическую энергию, вырабатываемую электрогенераторами работающих дополнительных энергетических газотурбинных установок, подают во внешнюю высоковольтную электрическую сеть.
