Компрессорная станция магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами
Владельцы патента RU 2272938:
Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз" (RU)
Изобретение относится к области транспорта газа по магистральным газопроводам и может быть использовано на существующих и проектируемых компрессорных станциях магистральных газопроводов. Задачей предлагаемого технического решения является эффективная модернизация компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, позволяющая повысить надежность и экономичность газоперекачивающих агрегатов на переменных режимах работы компрессорной станции, увеличить срок службы синхронных электродвигателей, сократить затраты на ремонты, уменьшить себестоимость транспорта газа через магистральный газопровод. Поставленная цель достигается за счет того, что компрессорная станция магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами содержит газоперекачивающие агрегаты с приводом от синхронных электродвигателей, внешнюю высоковольтную электрическую сеть, трансформаторы, шинопроводы, электрические выключатели, при этом компрессорная станция снабжена дополнительными энергетическими газотурбинными установками, содержащими воздушные компрессоры, камеры сгорания, силовые газовые турбины, электрогенераторы; силовые газовые турбины дополнительных энергетических газотурбинных установок соединены общим валом с электрогенераторами; камеры сгорания дополнительных энергетических газотурбинных установок соединены дополнительными трубопроводами топливного газа с магистральным газопроводом, которые подключены к нему по ходу газа перед газоперекачивающими агрегатами; компрессорная станция также снабжена дополнительными шинопроводами и электрическими выключателями, связывающими электрогенераторы дополнительных энергетических газотурбинных установок с электродвигателями газоперекачивающих агрегатов и трансформаторами. 2 ил.
Компрессорная станция магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами относится к области транспорта газа по магистральным газопроводам и может быть использована на существующих и проектируемых компрессорных станциях магистральных газопроводов.
Известна компрессорная станция магистральных газопроводов, содержащая магистральный газопровод, газоперекачивающие агрегаты с приводом от синхронных электродвигателей, внешнюю высоковольтную электрическую сеть, понижающие трансформаторы, шинопроводы с электрическими выключателями. Понижающие трансформаторы по высокому напряжению связаны с высоковольтной линией электропередач, а по пониженному напряжению соединены шинопроводами через электрические выключатели с клеммами электродвигателей газоперекачивающих агрегатов. Роторы синхронных электродвигателей связаны с роторами газоперекачивающих агрегатов. Газоперекачивающие агрегаты включены по газу в магистральный газопровод (Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. М.: "Недра", 2000 г., стр.387, 397-399).
В описанной установке - компрессорной станции для привода газоперекачивающих агрегатов применены не регулируемые асинхронные электродвигатели, работающие при постоянном числе оборотов, поэтому эта установка имеет пониженную экономичность при переменных режимах работы компрессорной станции магистральных газопроводов.
Наиболее близкой по технической сущности является компрессорная станция магистральных газопроводов, содержащая магистральный газопровод, газоперекачивающие агрегаты с приводом от асинхронных электродвигателей, внешнюю высоковольтную электрическую сеть, понижающие трансформаторы, шинопроводы с электрическими выключателями. Понижающие трансформаторы по высокому напряжению связаны с высоковольтной линией электропередач, а по пониженному напряжению соединены шинопроводами через электрические выключатели с клеммами электродвигателей газоперекачивающих агрегатов. Роторы синхронных электродвигателей связаны с роторами газоперекачивающих агрегатов. Газоперекачивающие агрегаты включены по газу в магистральный газопровод. В данной установке понижающие трансформаторы соединены шинопроводами через электрические выключатели и дополнительные частотные преобразователи с клеммами электродвигателей газоперекачивающих агрегатов (Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. М.: "Недра", 2000 г., стр.389-390, рис.12.6).
Использование частотных преобразователей позволяет изменять обороты и нагрузку газоперекачивающих агрегатов при переменных расходах газа через магистральный газопровод и существенно снижать затраты средств на электроэнергию, потребляемую электроприводными газоперекачивающими агрегатами. Описанная компрессорная станция магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами принята за прототип изобретения.
Но из-за сложной конструкции и высокой стоимости мощных частотных преобразователей они практически не применяются для модернизации компрессорных станций, имеющих газоперекачивающие агрегаты, приводимые от синхронных электродвигателей. Поэтому имеется необходимость модернизации компрессорных станций с электроприводными газоперекачивающими агрегатами для повышения их маневренности и снижения себестоимости транспорта газа по магистральному газопроводу.
Задачей предлагаемого технического решения является эффективная модернизация компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, позволяющая повысить надежность и экономичность газоперекачивающих агрегатов на переменных режимах работы компрессорной станции, увеличить срок службы синхронных электродвигателей, сократить затраты на ремонты, уменьшить себестоимость транспорта газа через магистральный газопровод.
Поставленная цель достигается за счет того, что компрессорная станция магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами содержит газоперекачивающие агрегаты с приводом от синхронных электродвигателей, внешнюю высоковольтную электрическую сеть, трансформаторы, шинопроводы, электрические выключатели, при этом компрессорная станция снабжена дополнительными энергетическими газотурбинными установками, содержащими воздушные компрессоры, камеры сгорания, силовые газовые турбины, электрогенераторы; силовые газовые турбины дополнительных энергетических газотурбинных установок соединены общим валом с электрогенераторами; камеры сгорания дополнительных энергетических газотурбинных установок соединены дополнительными трубопроводами топливного газа с магистральным газопроводом, которые подключены к нему, по ходу газа, перед газоперекачивающими агрегатами; компрессорная станция так же снабжена дополнительными шинопроводами и электрическими выключателями, связывающими электрогенераторы дополнительных энергетических газотурбинных установок с электродвигателями газоперекачивающих агрегатов и трансформаторами.
Использование дополнительных энергетических газотурбинных установок с электрогенераторами, связанных дополнительными шинопроводами и электрическими выключателями с синхронными электродвигателями газоперекачивающих агрегатов позволяет производить питание электродвигателей газоперекачивающих агрегатов более дешевой электроэнергией генерируемой электрогенераторами дополнительных энергетических газотурбинных установок, чем электроэнергия, поступающая из внешней электрической сети и за счет этого снизить себестоимость транспорта газа через магистральный газопровод, обеспечивать частотный пуск синхронных электродвигателей, не работающих газоперекачивающих агрегатов от электрогенератора дополнительной газотурбинной установки, повысить долговечность электродвигателей газоперекачивающих агрегатов и сократить число их ремонтов; при небольших изменениях расхода газа через магистральный газопровод производить частотное регулирование электродвигателей и нагрузки газоперекачивающих агрегатов, за счет изменения числа оборотов электрогенераторов дополнительной энергетической газотурбинной установки, что обеспечивает уменьшение расхода электроэнергии на газоперекачивающих агрегатах компрессорной станции и снижает себестоимость транспорта газа через магистральный газопровод, а так же реализовать внешним потребителям избыточную электроэнергию, вырабатываемую электрогенераторами дополнительных энергетических газотурбинных установок.
Совокупность признаков нова и позволяет обеспечить работу компрессорной станции в случае аварий на внешней линии электропередачи или на высоковольтном трансформаторе.
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.
Блок 1 электроснабжения компрессорной станции из внешней электрической сети включает: внешнюю высоковольтную электрическую сеть 4, трансформаторы 5, шинопроводы 6.
Блок 2 компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами включает: электрические выключатели 7, дополнительные электрические выключатели 8 и 17, электродвигатели 9 газоперекачивающих агрегатов 10, магистральный газопровод 11.
Блок 3 дополнительных энергетических газотурбинных установок включает дополнительные энергетические газотурбинные установки 12 с силовыми газовыми турбинами и электрогенераторами 13, камерами сгорания 14, трубопроводы топливного газа с дроссельными устройствами 15, дополнительные шинопроводы 16.
Компрессорная станция магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами выполнена следующим образом.
Высоковольтная электрическая сеть 4 блока электроснабжения компрессорной станции из внешней электрической сети 1 соединена с трансформаторами 5, которые шинопроводами 6 через электрические выключатели 17 и 8 связана с синхронными электродвигателями 9 газоперекачивающих агрегатов 10 блока компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами 2.
Газоперекачивающие агрегаты 10 последовательно включены по ходу движения газа в магистральном газопроводе 11. Вход трубопровода топливного газа 15 с дроссельным устройством подключен к магистральному газопроводу 11 перед первым по ходу газа газоперекачивающим агрегатом 10, а его выход подключен к камерам сгорания 14 дополнительных энергетических газотурбинных установок 12.
Роторы силовых газовых турбин энергетических газотурбинных установок 12 соединены общим валом с роторами электрогенераторов 13 блока дополнительных энергетических газотурбинных установок 3. Электрогенераторы 13 соединены дополнительными шинопроводами 16 через дополнительные электрические выключатели 7 и 8 с электродвигателями 9 газоперекачивающих агрегатов 10 блока 2 компрессорной станции магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами.
Компрессорная станция магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами работает 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, приводящих во вращение роторы газоперекачивающих агрегатов 10. Газоперекачивающие агрегаты 10 повышают давление газа и обеспечивают его движение по магистральному газопроводу 11.
Далее предлагаемая компрессорная станция с дополнительными энергетическими газотурбинными установками может работать в нескольких режимах.
1. Режим работы компрессорной станции с электроснабжением электродвигателей газоперекачивающих агрегатов от электрогенераторов газотурбинных установок.
Затем в камеры сгорания 14, по меньшей мере, одной дополнительной энергетической газотурбинной установки 12 из магистрального газопровода 11 через трубопроводы топливного газа 15 и дроссельные устройства подают топливный газ и осуществляют их пуск. Затем повышают обороты дополнительных энергетических газотурбинных установок 12 и их электрогенераторов 13, синхронизируют электрогенераторы 13 с внешней электрической сетью 4. После этого включают дополнительные электрические выключатели 7 на дополнительных шинопроводах 16, увеличивают расход топливного газа через трубопроводы топливного газа 15 в камеры сгорания 14 энергетических газотурбинных установок 12 и повышают мощность их электрогенераторов 13 до номинальной. Затем отключают электрические выключатели 17 на шинопроводах 6 части или всех электродвигателей 9 газоперекачивающих агрегатов 10, прекращают их электроснабжение из внешней электрической сети 4 и производят электроснабжение этих электродвигателей от электрогенераторов 13 энергетических газотурбинных установок 12.
2. Режим работы компрессорной станции с пуском и набором нагрузки любого неработающего газоперекачивающего агрегата.
Предварительно электрогенератор 13 одной из дополнительных энергетических газотурбинных установок 12 через шинопровод 16 электрические выключатели 7 и 8 подключают к электродвигателю 9 пускаемого газоперекачивающего агрегата 10. Подавая топливный газ по трубопроводу топливного газа 15 в камеру сгорания 14 одной из дополнительных энергетических газотурбинных установок 12 производит ее пуск, затем повышает ее обороты и обороты электрогенератора 13, обеспечивая повышение частоты и напряжения генерируемого им электрического тока, за счет чего производят плавный частотный пуск электродвигателя 9 данного газоперекачивающего агрегата 10 и увеличение его нагрузки.
3. Режим работы компрессорной станции при незначительном изменении расхода газа через магистральный газопровод.
При незначительном изменении расхода газа через магистральный газопровод 11 отключают электрические выключатели 7 на шинопроводах 16, связывающих электрогенератор 13 дополнительной энергетической газотурбинной установки 12, выделенной для регулирования нагрузки компрессорной станции, с шинопроводами 6 и электродвигателями 9 не регулируемых газоперекачивающих агрегатов 10. Затем отключают электрический выключатель 17 на шинопроводе 6, прекращают электроснабжение электродвигателя 9 регулируемого газоперекачивающего агрегата 10 от внешней электрической сети 4, и осуществляют электроснабжение его электродвигателя 9 от электрогенератора 13 дополнительной энергетической газотурбинной установки 12, выделенной для регулирования нагрузки компрессорной станции. Затем уменьшают подачу топливного газа в камеру сгорания 14 этой энергетической газотурбинной установки 12 по трубопроводам топливного газа 15, изменяют обороты и мощность ее электрогенератора 13, за счет чего производят частотное регулирование оборотов и уменьшение мощности электродвигателя 9, любого, становящегося регулируемым 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 необходимо отключить часть работающих газоперекачивающих агрегатов 10. Для того чтобы при этом не снижать мощность работающих дополнительных энергетических газотурбинных установок 12 и передать избыточную электроэнергию, генерируемую их электрогенераторами 13 во внешнюю электрическую сеть 4, предварительно эти электрогенераторы синхронизируют с электрической сетью 4. После этого включают электрические выключатели 17 на шинопроводах 6, отключают электрические выключатели 8, прекращают электроснабжение электродвигателей 9 и останавливают часть лишних газоперекачивающих агрегатов 10. При этом избыточную электрическую энергию, генерируемую электрогенераторами 13 дополнительных энергетических газотурбинных установок 12, подают по шинопроводам 16 через электрические выключатели 17 на шинопроводах 6 и трансформаторы 5 во внешнюю электрическую сеть 4.
Компрессорная станция магистральных газопроводов с электроприводными газоперекачивающими агрегатами, содержащая газоперекачивающие агрегаты с приводом от синхронных электродвигателей, внешнюю высоковольтную электрическую сеть, трансформаторы, шинопроводы, электрические выключатели, при этом компрессорная станция снабжена дополнительными энергетическими газотурбинными установками, содержащими воздушные компрессоры, камеры сгорания, силовые газовые турбины, электрогенераторы; силовые газовые турбины дополнительных энергетических газотурбинных установок соединены общим валом с электрогенераторами; камеры сгорания дополнительных энергетических газотурбинных установок соединены дополнительными трубопроводами топливного газа с магистральным газопроводом, которые подключены к нему по ходу газа перед газоперекачивающими агрегатами; компрессорная станция также снабжена дополнительными шинопроводами и электрическими выключателями, связывающими электрогенераторы дополнительных энергетических газотурбинных установок с электродвигателями газоперекачивающих агрегатов и трансформаторами.
