VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Для транспортировки природного газа по магистральным трубопроводам широко применяются газоперекачивающие агрегаты, состоящие из компрессора и газотурбинного двигателя. Комплексное воздухоочистительное устройство (КВОУ) входит в состав воздухозаборного тракта (воздухозаборный тракт также содержит воздуховод и глушитель шума) газотурбинного двигателя. КВОУ предназначено для получения на входе в компрессор газотурбинного двигателя атмосферного воздуха с параметрами, заданными производителями газотурбинных двигателей для обеспечения их номинальной производительности и срока службы. КВОУ обеспечивает: очистку воздуха от пыли; очистку воздуха от атмосферных осадков; защиту от птиц и насекомых; влагоотделение; подогрев воздуха; охлаждение воздуха; шумоглушение; и др.

В 1990-е годы по заказу ОАО «Газпром» был создан комплексное воздухоочистительное устройство (КВОУ) для газоперекачивающего агрегата ГПА-16 «Нева» (головной разработчик ОАО «Кировский завод»).

Рис. 1. КВОУ для газоперекачивающего агрегата ГПА-16 «Нева».

1990-е годы, ОАО «ВНИИтрансмаш».

КВОУ выполнено по прогрессивной для своего времени схеме с многоступенчатой очисткой воздуха. Мультициклон разработан на основе прямоточного осевого циклона собственной конструкции (ПКЦ-250, название расшифровывается как «прямоточный комбинированный циклон диаметром 250 мм»), прошедшего этапы расчётного моделирования и экспериментальной отработки. При разработке КВОУ выполнен большой объем испытаний на специальном пылевом стенде, позволяющем проводить натурное моделирование и исследования элементов и систем пылеуловителей на расходах воздуха до 20 000 м3/ч и методом инструментальных измерений оценивать эффективность КВОУ любой производительности.

В настоящее время применение циклонов в конструкции КВОУ морально устарело и по своим техническим характеристикам не может быть рекомендовано для новых разработок. Более современные конструкцией КВОУ создаются на базе статических и импульсных круглых (цилиндрических и/или конических) фильтрующих элементов тонкой очистки. Самыми же прогрессивными с точки зрения технико-экономических характеристик являются конструктивные исполнения с плоскими панельными (компактными) фильтрующими элементами.

КВОУ могут быть статическими (при этом у каждого фильтрующего элемента есть определенная пылеёмкость), либо импульсными (самоочищающиеся кратковременным обратным импульсом сжатого воздуха). Статические КВОУ более дешевые и их используют наиболее часто, импульсные - более дорогие и применяют при экстремальных почвенно-климатических условиях:

• в регионах с высокой пылевой нагрузкой;

• в регионах с низкой температурой при опасности забивания поверхности фильтров снегом и инеем.

Статическое КВОУ в общем случае содержит: воздухозаборные козырьки; антиобледенительную систему; влагоотделители; ступень предварительной фильтрации; ступень фильтров тонкой очистки; ступень (высоко)эффективных (H)EPA фильтров.

В 2009-2014 годах «Мультифильтр» разработал ряд воздухо-очистительных установок на основе круглых картриджных фильтрующих элементов компании Donaldson, которая является всемирным лидером в области фильтрации и на протяжении многих лет лидирует в объеме мировых поставок фильтровальных систем и комплектующих. Опираясь на обширный научно-исследовательский потенциал и развитую производственную базу, Donaldson разрабатывает новые технологии и системы фильтрации.

КВОУ с вертикальными круглыми картриджами занимают большие площади, но условия импульсной очистки фильтрующих элементов в таких конструкциях являются наилучшими. ВОУ, разработанное «Мультифильтром» на расход воздуха 80000 м3/ч с фильтрующими элементами Donaldson TTD. Фильтрующие модули Donaldson TTD имеют вертикальные картриджи. Замена картриджей производится снизу. Пылесборника нет, уловленная пыль сбрасывается вниз. Блок управления выполнен на основе контроллера и позволяет вручную устанавливать режимы работы. Конструкции с вертикальными картриджами отличаются простотой, т.к. специальный пылесборник не требуется, а уловленная пыль при регенерации фильтроэлемента сбрасывается непосредственно вниз. Недостатком конструкции являются относительно большие габаритные размеры и занимаемые площади. Более компактные решения удается получить при использовании горизонтальных картриджей. Горизонтальное расположение круглых картриджей позволяет создавать более компактные КВОУ, но условия по очистке картриджей хуже: пыль с верхних рядов картриджей стряхивается на нижние ряды.

Рис. 2. Карманные фильтры

В конструкции сочетаются принципы инерционной сепарации и сухой фильтрации. Наиболее крупные частицы пыли за счет инерции пролетают мимо фильтрующих панелей и попадают в расположенные за фильтрами вертикальные каналы, этим снижается пылевая нагрузка на фильтрующий материал (до 90 и более процентов по массе во время песчаных бурь). Часть забираемого воздуха (обычно 8-10 процентов от общего объема) не проходит через панели, а вместе с пылью попадает непосредственно в вертикальные каналы и с помощью вентиляторной системой пылеудаления возвращается обратно в атмосферу вдали от зоны воздухозабора.

Рис. 3. Картриджные фильтры

При импульсной продувке панели пыль удаляется с поверхности фильтра и уносится проходящим потоком воздуха. КВОУ с плоскими панелями (рис. 2) получается более компактным (примерно на 25%) по сравнению с системами на основе круглых картриджей (рис.3). Конструкция не требует применения байпасного клапана и противообледенительной системы. Импульсная очистка осуществляется в автоматическом режиме либо по перепаду давления на фильтре, либо по установленному интервалу времени, а также может проводиться оператором в ручном режиме. Система управления обеспечивает подачу аварийного сигнала при большом перепаде давления на фильтре и при малом давлении в магистрали сжатого воздуха. Пример применения импульсного КВОУ на компрессорной станции приведен на рис. 4.

Рис. 4. Импульсное КВОУ с самоочищающимися фильтрами ASC компании AAF для газовой турбины Trent60 мощностью 50 МВт компании Rolls Royce. Компрессорная станция «Портовая» магистрального газопровода «Северный Поток».

Выводы и рекомендации:

1. При классификации по конструктивному исполнению фильтрующих элементов КВОУ можно разделить на статические и импульсные. Наиболее распространены статические КВОУ, они имеют более высокие технико-экономические показатели для большинства условий эксплуатации. Более дорогостоящие импульсные системы применяются: в регионах с высокой пылевой нагрузкой; в регионах с низкой температурой, когда возможно забивание поверхности фильтрующих элементов снегом и инеем.

2. Современные технологии фильтрации с использованием импульсивных плоских фильтров типа ASC позволяют создавать КВОУ боле простой конструкции: без антиобледенительной системы и байпасного клапана. Такие КВОУ имеют повышенную надежность и требуют меньших затрат на обслуживание, что делает возможным их применение в большинстве регионов РФ в качестве рациональной альтернативы КВОУ со статическими фильтрами.

3. Существуют КВОУ различных компоновочных схем и конструктивного исполнения: статические КВОУ; импульсивные КВОУ; статические и импульсивные КВОУ со ступенью (H) EPA-фильтров; решения по модернизации существующих КВОУ.

Список литературы:

1.Галанцев Н.К. Комплексные воздухоочистительные устройства (КВОУ) для газоперекачивающих агрегатов. // Сборник докладов и каталог Пятой Нефтегазовой конференции «ЭКОБЕЗОПАСНОСТЬ - 2014». 22 апреля 2014 г., г. Москва. - с. 11-15.

2. Галанцев Н.К. Конструкции КВОУ для газотурбинных установок на примере разработок компаний «AAF» и «Мультифильтр». // Тезисы докладов LX научно-технической сессии по проблемам газовых турбин и парогазовых установок «Научно-технические проблемы проектирования и эксплуатации наземных объектов с газотурбинными и парогазовыми установками». 24-26 сентября 2013 г., г. Казань. - с. 72-78.

3. Савельева Н.Н. Практика применения воздухоочистительных устройств для газоперекачивающих агрегатов // Сборник докладов Нефть и газ Западной Сибири, посвященный 90-летию со дня рождения Косухина А.Н., Тюмень, 2015, - с.155-159

Код для цитирования: Скопировать