Компрессорный цех с разработкой конструктивных элементов агрегата ГТК-10И. Курсовой проект Трофимов А.А. 2. Курсовой проект компрессорный цех с разработкой конструктивных элементов агрегата гтк10и гкв. 21. 02. 03. 02. 18 Эгпуо. 019
 Скачать 256.12 Kb.
|
СОДЕРЖАНИЕОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6 ВВЕДЕНИЕ 7
ВВЕДЕНИЕТранспортировка газа потребителям России и на экспорт осуществляется по уникальной, не имеющей аналогов в мире Единой системе газоснабжения (ЕСГ). ЕСГ России — централизованная система по добыче, переработке, подготовке, транспортировке, хранению природного газа. В состав ЕСГ входит крупнейшая в мире система МГ высокого давления на территории Европейской части России и Западной Сибири. Также Группа владеет МГ на Востоке страны: «Сила Сибири», Сахалин — Хабаровск — Владивосток, Соболево — ПетропавловскКамчатский. Газотранспортные дочерние общества ПАО «Газпром» также осуществляют эксплуатацию и обслуживание МГ (в основном газопроводов-отводов), находящихся на балансе организаций, не входящих в Группу Газпром. Протяженность эксплуатируемых газотранспортными обществами Группы МГ и газопроводовотводов по состоянию на 31 декабря 2020 г. на территории России составила 176,8 тыс. км В 2020 г. в ГТС Газпрома на территории России поступило 625,02 млрд м3 газа. Снижение показателя по сравнению с уровнем предшествующего года обусловлено динамикой спроса на природный газ в России и за рубежом. В декабре 2019 г. начались трубопроводные поставки российского газа в КНР по МГ «Сила Сибири». Всего в отчетном году по газопроводу было транспортировано 4,10 млрд м3 природного газа (в 2019 г. — 0,33 млрд м3 ) ПАО «Газпром», являясь владельцем ГТС на территории Российской Федерации, в соответствии с законодательством предоставляет недискриминационный доступ к своим газопроводам независимым компаниям, не входящим в Группу и имеющим лицензию на добычу газа, а также договор с покупателем их газа, при наличии свободных мощностей в газопроводе. Кроме того, добываемый ими газ должен соответствовать техническим стандартам. Снижение объемов транспортировки газа компаний, не входящих в Группу Газпром, по ГТС Газпрома на территории Российской Федерации в основном было связано со снижением объемов потребления газа на российском рынке. Уникальная по размерам и качественным параметрам ГТС обеспечивает высокую надежность поставок газа потребителям в России и за рубежом. Основу надежности поставок газа составляет непрерывное развитие ГТС: создание новых, высокотехнологичных газопроводов; реконструкция, модернизация, техническое перевооружение действующих мощностей; реализация программы по выводу избыточных газотранспортных мощностей. Целью данной курсовой работы является получить знания о компрессорном цехе с разработкой конструктивных элементов агрегата ГТК-10И В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи: изучить характеристику компрессорного цеха; изучить тепловую схему агрегата ГТК-10И; изучить техническую и конструктивную характеристику агрегата; выполнить тепловой расчёт цикла ГТУ; выполнить проверочный гидравлический расчёт участка МГ. В курсовом проекте рассмотрен вопрос компрессорный цех с разработкой конструктивных элементов агрегата ГТК-10И на примере Антиповское ЛПУМГ. 1 Общая часть 1.1 Характеристика компрессорного цеха Антиповское линейное производственное управление магистральных газопроводов - один из 14 газотранспортных филиалов «Волгоградтрансгаз». В Антиповское ЛПУМГ входит - Антиповская КС с сетью магистральных газопроводов и ГРС на с. Антиповка, автомобильная газонаполнительная компрессорная странция г. Камышина, Коробковская и Жирновская промплощадки с сетью магистральных газопроводов и ГРС. Основная задача Антиповского ЛПУМГ - транспортирование газа с заданными параметрами по магистральным газопроводам «Средняя Азия - Центр III» (САЦ - III), «Средняя Азия - Центр IV-I» (САЦ - IV-I), «Средняя Азия - Центр IV-II» (САЦ - IV-I), «Оренбург - Новопсков», «Союз» с целью бесперебойной поставки газа потребителям в соответствии с утвержденным планом. Общая протяженность газопроводов в однониточном исчислении в зоне ответственности КС Антиповка - 429,7 км. Прокладка газопроводов - подземная, глубина заложения газопроводов с условным диаметром до 800 мм включительно - 0,8 м, с условным диаметром 1400 мм - 1,0 м до верха трубы. Количество компрессорных станций - 1. Количество газораспределительных станций - 1. Автомобильных газонаполнительных компрессорных станций - 1. Антиповская КС расположена на 251-м км по трассе газопровода САЦ-III, в 3,6 км к югу от села Антиповка, в 500 м от уреза воды на правом берегу реки Волга. Основная территория КС (т.е. месторасположение 4-х компрессорных цехов) имеет форму правильного прямоугольника, вытянутого в направлении с востока на запад. К северу от основной территории КС расположены 4 узла подключения станции к магистральным газопроводам, причем на различных расстояниях о границы станции. На минимальном (250 м) находится узел подключения к САЦ-III, на максимальном (500 м) - узел подключения газопровода «Союз». Территории узлов подключения, огорожены заборами из металлической сетки на бетонных столбах, являющимися границами узлов. Коридор магистральных газопроводов, находящихся в ведении Антиповского ЛПУМГ, проходит в направлении с востока на запад от левого берега реки Волга до правого берега реки Иловля. Протяженность коридора магистральных газопроводов составляет 76 км (от 245-го до 321-го км по трассе магистрального газопровода САЦ-III). Из них 69 км относится к сухопутным участкам и 7 км - к крупным подводным переходам через реки Волга и Иловля. Ширина коридора из пяти ниток магистральных газопроводов с учетом расстояний между ними ( между нитками САЦ - по 13 м, между САЦ-IV-II и «Оренбург - Новопсков» - 13 м, между газопроводами «Оренбург - Новопсков» и «Союз» - 15 м) и охранной зоны на землях сельскохозяйственного назначения (100 м) составляет на сухопутных участках 154 м. С учетом этого площадь занимаемых земель под главный коридор на суше - 10,63 км2. Общая протяженность газопроводов-отводов - 30,8 км при ширине охранной зоны 100 м. Площадь занимаемых земель - 3,1 км2. Ширина створа подводного 9-ниточного перехода через р. Волга составляет 700 м при протяженности 5,2 км. Ширина створа подводного 6-ниточного перехода через р. Иловля - 350 м при протяженности 2 км. Занимаемая площадь - 4,4 км2. Объекты обслуживания Антиповского ЛПУМГ располагаются на Приволжской возвышенности (высота промплощадки Антиповской КС над уровнем моря 162 м), к западу от правого берега р. Волга. В районе расположения КС и коридора магистральных газопроводов преобладает степной микрорельеф - покрытая травой равнина, пересекаемая отдельными балками и реками. Территория КС - незатопляемая. Коридор газопроводов пересекает 4 основных водных преграды: р. Волга: ширина зеркала воды - 4 км, глубина до 29 м, скорость течения до 0,5 м/с; р. Балыклейка: ширина зеркала воды - 200 м; р. Зензеватка: ширина зеркала воды - 70 м; р. Иловля: ширина зеркала воды - 130 м, глубина до 3 м, скорость течения до 0,5 м/с. Основные типы грунтов на трассе газопроводов - суглинок (252-364, 267-303 км трассы газопровода САЦ), известняк (264-267 км), пески (303-317 км). Заболоченные участки, карсты, подземные выработки отсутствуют. На обоих берегах р. Волга имеется вероятность размыва грунта и оголения трубопроводов. Аналогичные проблемы характерны для переходов газопроводов через р. Иловля, балку Венцы, Пеньковскую балку. Характер застройки площадки КС «Антиповская» - промышленные, малоэтажные здания и сооружения. В северной части территории КС на открытых площадках расположено оборудование (пылеуловители, аппараты воздушного охлаждения газа, краны пускового контура, блок-контейнеры ГПА, компрессорные цеха № 1 и № 2). В южной части территории КС расположены служебно-эксплуатационного и ремонтного блоков, производственно-энергетического блока, прочие строения. Территория зоны ответственности Антиповского ЛПУМГ включает площадь земель Волгоградской области, отведенных под трассы магистральных газопроводов КС «Антиповская» с узлами подключения КС к магистральным трубопроводам и промплощадки Антиповского ЛПУМГ. Общая протяженность линейной части газопроводов Антиповского ЛПУМГ: 429,7 м. В зоне ответственности Антиповского ЛПУМГ расположено 25 подземных переходов через автомобильные дороги, 5 подземных переходов через железные дороги, 5 воздушных переходов, 23 пересечения с инженерными коммуникациями. Переходы являются участками с повышенной вероятностью возникновения ущерба от возможных аварий на газопроводах. КС «Антиповская» состоит из 4 цехов. Цех № 1 подключен к магистральному газопроводу САЦ-IV-I, САЦ-IV-II Ду=1200 мм, Рраб=55 кгс/см2. Цех № 2 подключен к магистральному газопроводу САЦ-III Ду=1200 мм, Рраб=55 кгс/см2. Цех № 3 подключен к магистральному газопроводу «Оренбург - Новопсков» Ду=1200 мм, Рраб=75 кгс/см2. Цех № 4 подключен к магистральному газопроводу «Союз» Ду=1400 мм, Рраб=75 кгс/см2. Газ высокого давления из магистрали через входной шаровой кран № 7 узла подключения по всасывающему газопроводу-шлейфу (Ду=1400 мм) поступает через входной коллектор (Ду=1400 мм) системы очистки газа на батарею из 6-ти масляных пылеуловителей. После очистки газ попадает во всасывающий коллектор (Ду=1000 мм) и далее - во всасывающие газопроводы (Ду=600 мм) семи полнонапорных ГПА, работающих параллельно, в которых сжимается до проектного давления (75 кгс/см2). Сжатый газ через нагнетательные газопроводы (Ду=600 мм) ГПА поступает в нагнетательных коллектор (Ду=1000 мм) и далее - в коллектора двух групп аппаратов воздушного охлаждения газа (АВО). После охлаждения в АВО до + 39-43 оС газ через выходные коллектора (Ду=1000 мм) АВО попадает в нагнетательный шлейф (Ду=1400 мм), по которому направляется к узлу подключения КС, попадая через кран № 8 в магистраль. Перемычки между нагнетательными газопроводами ГПА и всасывающими кранами № 6-6а образуют пусковые контура ГПА. Сжатие газа осуществляется с помощью газотурбинных ГПА ГТК-10И, для пуска и работы которых требуются топливный и пусковой газ. Для их подготовки предусмотрен блок подготовки топливного и пускового газа, в состав которого кроме устройств редуцирования входят скруббер (пылеуловитель мультициклонного типа), уравнительные резервуары, сухие фильтры и газгольдеры. В качестве подсистемы в БПТПГ входит блок осушки для подготовки импульсного газа, состоящий из 4-х адсорберов. Маслоснабжение цеха обеспечивается с помощью подземного склада масел, регенераторной и насосной склада масел. Для охлаждения масла служат маслоохладители типа 06-10. 1.2 Тепловая схема агрегата Воздух всасывается из атмосферы в воздухозаборную камеру. Далее воздух поступает в осевой компрессор где он сжимается и подаётся в камеру сгорания вместе с природным газом. Потом продукты сгорания поступают на турбины высокого и низкого давления. Затем из ТНД продукты сгорания поступают в выхлопную шахту которая предназначена для отвода продуктов горения, снижения уровня шума, распространяющегося в окружающее пространство от потока отработанных газов, газотурбинного двигателя, а воздух подаётся в центробежный нагнетатель. 1.3 Техническая и конструктивная характеристика агрегата ГТК-10И Техническая характеристика агрегата ГТК-10И
Основным оборудованием на КС являются ГПА. В компрессорном цехе № 4 Антиповского ЛПУМГ установлено 7 ГПА ГТК-10И. В состав газоперекачи вающего агрегата ГТК-10И входит газотурбинный двигатель (газотурбинная ус- тановка) модели MS-3000, который служит для привода центробежных нагнета- телей, предназначенных для сжатия природного газа в магистральных газопро- водах. Газотурбинный двигатель в Антиповском ЛПУМГ расположен в специальном боксе, который разделен на три отсека: вспомогательного оборудования, турбинный и выхлопной, изолированные друг от друга для обеспечения тепловой и акустической изоляции. Изнутри отсеки покрыты теплоизолирующими панелями. В каждом отсеке поддерживается повышенное давление и осуществляется вентиляция, т. е. отвод тепла из отсеков для поддержания в них температуры ниже определенного значения. Дифференциальные реле давления 63PF-1, 63PF-2 и 53PF-3 предохраняют отсеки от чрезмерного повышения давления. Тепловые реле 26ВА-1, 26ВА-2 и 26ВА-3, установленные в отсеках турбинном и вспомогательного оборудования сигнализируют о повышении температуры выше заданной величины вследствие неисправной работы вентиляционной системы. На приточных воздуховодах в отсеках вспомогательного оборудования и турбинном установлены подогреватели, которые поддерживают температуру в пределах от -7 до +10° С. Подогреватели управляются термостатом 26ИА в отсеке вспомогательного оборудования и регулятором температуры 26НТ в турбинном отсеке. Воздуходувки, имеющие условные обозначения 88НА и 88НТ, подают подогретый воздух, когда подогреватели находятся в действии. Отсеки оборудованы углекислотной системой пожаротушения. Для предотвращения выхода углекислоты во всех входных линиях воздуховода и на вентиляционных щелях отсеков установлены заслонки, которые автоматически закрываются при пожаре, когда повышается давление в отсеке от поступления углекислоты. Открывают заслонки вручную. Газотурбинный двигатель и его вспомогательное оборудование смонтированы на стальной раме. В переднем конце рамы расположен выполненный за одно целое с ней маслобак. Внутри рамы расположены коллекторы подачи смазочного масла и сливные коллекторы. Над маслобаком во вспомогательном отсеке смонтировано следующее оборудование: вспомогательный редуктор для привода главного насоса смазочного масла и электрогенератора, вспомогательный и аварийный насосы смазочного масла, главный и вспомогательный насосы гидропитания, главный щит манометров, главные фильтры смазочного масла, оборудование пусковой системы, блок регулирующего и стопорного клапанов топливного газа. Газотурбинный двигатель опирается на основание двумя упругими пластинами, одна из которых находится под корпусом осевого компрессора, а другая под корпусом выхлопного устройства. Эти опорные пластины исключают возможность боковых и вращательных движений двигателя, но в то же время допускают осевое перемещение в результате теплового расширения двигателя во время его работы. Осевое перемещение происходит вперед и назад от точки, зафиксированной шпонкой и расположенной под корпусом турбины. Газотурбинный двигатель представляет собой двухвальную газовую турбину простого цикла. Он состоит из пятнадцатиступенчатого осевого компрессора, шести камер сгорания (расположенных под углом 90° к оси газовой турбины), одноступенчатой турбины высокого давления (первая ступень) для привода осевого компрессора и одноступенчатой турбины низкого давления (вторая ступень) для привода центробежного нагнетателя. Эксплуатационные характеристики агрегата Агрегат ГТК-10И, находящийся в Антиповском ЛПУМГ, характеризуется быстрым запуском: время до выхода на режим холостого хода 3-3,5 мин, время до принятия полной нагрузки 7-8 мин. Турбина высокого давления выводится на максимальную частоту вращения в течение 3-3,5 мин. Столь быстрое ускорение вала турбокомпрессора при пуске возможно благодаря поворотному направляющему аппарату силовой турбины, который увеличивает проходное сечение и распределяет большую часть энергии на ТВД. Только после достижения ТВД 99- 100% полной частоты вращения закрываются сопловые лопатки и начинается загрузка силовой турбины. Быстрое нарастание температуры отходящих газов, соответствующее еще большей скорости подъема температуры газов перед турбиной, сопряжено с применением точной и быстродействующей системы регулирования. В противном случае температура может оказаться выше предельного ее значения 540°С. Помимо различий в геометрии проточной части и газодинамических характеристик каждая турбина имеет свою индивидуальную настроечную характеристику, которая связывает степень сжатия и температуру на выходе при определенной температуре наружного воздуха, температуре перед турбиной и частоте вращения роторов ТВД и ТНД. Однако для всех турбин существует предельная температура на выходе 540 °С, которая не дает возможность поддерживать расчетную мощность при температурах выше +30° С. Повышение температуры наружного воздуха приводит к снижению его плотности, а значит и к уменьшению расхода циклового воздуха и степени сжатия. Это, в свою очередь, приводит к еще более резкому падению мощности ГТУ и сопровождается снижением к.п.д. и увеличением удельного расхода топлива. Повышение температуры наружного воздуха на 1 °С сопряжено с падением мощности на 0,7 % и к.п.д. на 0,2 %. При понижении температуры наружного воздуха до -20 °С установка может развивать предельную мощность 120 % (дальнейшее увеличение мощности не допускается по условиям прочности деталей, передающих крутящий момент). Для более полного удовлетворения требований производительности и степени сжатия компрессорных станций, установленных на разных участках газопроводов, необходимо устанавливать центробежные нагнетатели, отличающиеся в первую очередь диаметром колес и числом ступеней. Так, нагнетатели фирмы «Нуово-Пиньоне» марки PCL поставляют с тремя модификациями 500, 800 и 1000, указывающими диаметр рабочих колес (в мм). Центробежный нагнетатель типа PCL 802/24 фирмы «Нуово-Пиньоне» предназначен для сжатия природного газа в магистральных газопроводах. Нагнетатель состоит из корпуса, торцовой крышки, диафрагмы, ротора с рабочими колесами, думмисом и полумуфтой, уплотнений и подшипников. Корпус нагнетателя бочкообразный и открывается с одного торца. Корпус и торцовая крышка корпуса изготовлены из кованой стали. Всасывающий и нагнетательный патрубки приварены к корпусу. Корпус опирается на две продольные опорные лапы. Корпуса подшипников и гнезда торцовых уплотнений расположены на корпусе нагнетателя и на торцовой крышке. Подшипники и уплотнения при необходимости могут быть заменены без демонтажа корпуса нагнетателя. На торцах вала установлены датчики для измерения вибрации. На торце вала со стороны упорного подшипника установлен датчик осевого сдвига. Датчики соединены с мониторами вибрации и осевого сдвига. Внутри корпуса компрессора имеется пакет Диафрагм, легко извлекаемый со стороны торцовой крышки при помощи специального приспособления. Диафрагмы предназначены для того, чтобы с наименьшими потерями энергии подвести и отвести газ от ступеней нагнетателя, обеспечивая максимально возможную равномерность параметров газа по сечению. Диафрагмы имеют горизонтальный и вертикальный разъемы, соединены между собой винтами и собраны в пакет набором осевых тяг. Пакет диафрагм, собранный в таком виде с ротором, вводят в корпус нагнетателя с помощью двух роликов, расположенных внизу диафрагмы. Пакет диафрагм фиксируется внутри корпуса буртиком, выполненным в корпусе. На пакете диафрагм выполнен паз для О-образного уплотнительного кольца, которое предотвращает перетечку газа от нагнетательного патрубка к всасывающему. На торцовой крышке также установлены О-образные уплотнительные кольца. Для предотвращения перетечек между нагнетательными и всасывающими сторонами рабочих колес и между ступенями в пакете диафрагм установлены лабиринтные уплотнения. Во избежание повреждений вала и рабочих колес при случайном соприкосновении уплотнительные кольца изготовлены из легкого сплава. Уплотнительные кольца имеют горизонтальные разъемы: верхняя половина каждого кольца прикреплена к соответствующей диафрагме потайными винтами, нижние половины заведены в пазы и легко могут быть извлечены повертыванием на 180°. Торцовые лабиринтные уплотнения вала неразъемные и прикреплены осевыми винтами к днищу корпуса и торцовой крышке. Перед первой ступенью установлен конфузор, который подводит по оси поток газа к всасывающей стороне первого рабочего колеса. Конфузор состоит из разъемной по горизонтали части, установленной в диафрагме, и наружной части, прикрепленной к торцовой крышке корпуса. На этом конфузоре предусмотрен штуцер, который выходит наружу через торцовую крышку. Этот штуцер присоединен к прибору, который по перепаду давлений на конфузоре определяет расход газа. Перед вторым рабочим колесом также установлен конфузор. Ротор нагнетателя состоит из вала, рабочих колес, думмиса, распорных втулок, упорного диска и соединительной полумуфты. Вал изготовлен из кованой стали. Поверхности вала, свободные от рабочих колес, защищены распорными втулками из нержавеющей стали. Рабочие колеса с лопатками закрытого типа. Каждое рабочее колесо перед посадкой на вал подвергается динамической балансировке и испытывается на прочность при скорости на 15% выше максимальной рабочей скорости. Рабочие колеса насажены на вал по горячей посадке и зафиксированы шпонками. Распорные втулки, установленные между колесами, насажены на вал также по горячей посадке и определяют точное положение рабочих колес на валу. Два блокировочных кольца фиксируют на валу ротора рабочие колеса, распорные втулки и думмис. Блокировочные кольца в свою очередь зафиксированы стопорными радиальными винтами. Ротор нагнетателя подвергается осевому усилию с направлением в сторону всасывания в результате разности давлений, имеющихся с двух сторон ротора. Это усилие частично уравновешивается при помощи думмиса, установленного за рабочим колесом второй ступени. Это уравновешивание достигается соединением полости за думмисом с всасывающей полостью нагнетателя. Осевое усилие, действующее при этом на думмис, направлено противоположно усилию, действующему на рабочие колеса нагнетателя, и следовательно, частично уравновешивает последнее. Остаточное осевое давление воспринимает упорный подшипник. Таким образом, обеспечивается устойчивость ротора в осевом направлении. Думмис изготовлен из кованой стали, насажен на вал по горячей посадке и закреплен на нем шпонкой. Полумуфта, насаженная на вал ротора, представляет собой стальную кованую деталь и рассчитана на передачу максимальной мощности, вырабатываемой газовой турбиной. Узел ротора, состоящий из вала, рабочих колес, распорных втулок, думмиса, блокировочных колец и полумуфты подвергается динамической балансировке. Опорные подшипники скольжения эллиптического типа с принудительной смазкой. Подшипники стальные, внутри покрыты баббитом, состоят из двух половин с горизонтальным разъемом. Проворачивание подшипников по направлению вращения предотвращается штифтом, который выступает в верхней части. Масло под давлением подводится к подшипникам радиально и отводится по оси по бокам каждого подшипника. Упорный подшипник, установленный на торце вала со стороны всасывания, состоит из двух самоустанавливающихся подшипников с шестью рабочими колодками. Упорная нагрузка равномерно распределяется на все рабочие колодки. Температура упорного и опорных подшипников контролируется термопарами, установленными на каждом подшипнике. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
