Установка подготовки топливного, импульсного и пускового газа

Установка подготовки топливного, пускового и импульсного газа (УПТПИГ)  — это установка, предназначенная для подготовки пускового и топливного газа для газотурбинного двигателя (ГТД) газоперекачивающего агрегата (ГПА), импульсного газа, используемого для перестановки затворов шаровых кранов компрессорной станции (КС), а также для редуцирования газа, предназначенного прочим местным потребителям.

Данные установки также применяются для подготовки только топливного и/или импульсного газа, например, для подготовки топливного газа для газотурбинных электростанций в составе электростанций собственных нужд, теплоэлектростанций, котельных, факельных установок и т. д. Установка (система) подготовки газа топливного, пускового, импульсного и собственных нужд должна обеспечивать:

• подготовку топливного и пускового (при необходимости) газа в соответствии с нормативной документацией ГПА и технических условий ГПА;
• очистку и редуцирование газа собственных нужд КЦ;
• подготовку (очистку и осушку) импульсного газа;
• измерение и учет расхода газа.

В ряде случаев на УПТПИГ предусматривается подготовка затворного газа для факельных установок, подаваемого в факельный ствол для предотвращения попадания воздуха, а также для продувки факельной системы.

Направления использования

Современные ГПА в большинстве используют в качестве привода газотурбинные двигатели по причинам большей эффективности (КПД), большей удельной мощности и простоты в эксплуатации по сравнению с поршневыми двигателями при условии больших расходов (12-40 млн. м.3/сутки) и небольшой степени сжатия (1,23 - 1,25 для одноступенчатых, 1,45 - 1,7 для двухступенчатых). Для раскрутки турбины газотурбинного двигателя используется пусковой газ, подготавливаемый на УПТПИГ. Для использования в качестве топлива в газотурбинном двигателе, как и в других видах газоиспользующего оборудования, применяется топливный газ, подготавливаемый на УПТПИГ. Большинство трубопроводной арматуры, используемой на КС и требующей дистанционного управления, оснащается пневмоприводной арматурой по причине возможности использования более дешевой энергии природного газа из магистрального газопровода относительно электроэнергии. Для приведения затворов арматуры в движение пневмоприводы используют энергию импульсного газа, подготавливаемого на УПТПИГ.

Состав установки.

Поскольку ПАО "Газпром" обладает наибольшей в России (и в мире) газотранспортной системой, состав типовой УПТПИГ будет рассмотрен на примере применяемых установок в этой организации.

Типовая схема УПТПИГ имеет мало отличий от схемы автоматической газораспределительной станции и предусматривает поэтапное прохождение природным газом нескольких узлов установки и стадий подготовки газа: узел переключения, узел очистки газа, узел предотвращения гидратообразования, узел редуцирования давления газа, узел измерения расхода газа. Узлы одоризации устанавливаются на выходах УПТПИГ по согласованию с Заказчиком оборудования.

Дополнительно в УПТПИГ предусматриваются вспомогательные узлы и оборудование, не участвующие в подготовке газа напрямую и предназначенные для работы основных узлов (узел подготовки теплоносителя, узел подготовки газа на собственные нужды, блок операторной, емкость хранения одоранта, емкость слива конденсата, емкость слива теплоносителя и т.д.).

Узел переключения

Узел переключения включает в себя запорную арматуру (чаще шаровые краны с пневмоприводами) на входах и выходах УПТПИГ, блоки предохранительных клапанов, КИПиА и служит для отключения технологических линий при необходимости замены оборудования в случае капитального ремонта, при необходимости отключении линии при снижении потребности в газе, а также для защиты потребителя от превышения давления в линиях подачи газа.

Повышение давления газа может привести к аварийной ситуации. При повышении давления газа возможны отрыв пламени у горелок и появление в рабочем объеме газоиспользующего оборудования взрывоопасной смеси, нарушение герметичности, утечка газа в соединениях газопроводов и арматуры, выход из строя КИП. Для надежной работы предохранительных клапанов пропускная способность рассчитывается из условия не менее 10% от максимальной производительности установки. Значение давления срабатывания предохранительного клапана является расчетным и зависит от входных/выходных параметров давления и температуры природного газа.

Узел очистки газа

Узел очистки должен обеспечивать удаление механических примесей и жидкостей из газа.

Узел очистки газа включает в себя аппараты очистки, чаще фильтры-сепараторы, шаровые краны на входе и выходе каждой линии очистки, КИПиА. Дополнительно может предусматриваться устройство автоматического слива конденсата в емкость слива конденсата либо промежуточную емкость.

Качество газа должно соответствовать требованиям ГОСТ 5542-87 «Газы горючие для промышленного и коммунально-бытового назначения», СТО Газпром 089-2010 (ОСТ 51.40). На каждой линии очистки, как правило, предусматривают замер давления, штуцеры для сброса газа на свечу и для подачи азота.

В случае подачи на вход УПТПИГ газа с отрицательной температурой предусматриваются аппараты очистки с подогревом в нижней части, либо узлы предварительного подогрева газа.

Осушка импульсного газа должна осуществляться до точки росы не выше минус 50 С.

Также стоит упомянуть, что ряд производителей ГПА, пневмоприводов, ГТЭС и прочего газоиспользующего оборудования предъявляют дополнительные требования к компонентному составу и метановому числу топливного газа, что должно отражаться Заказчиком в технической документации в требованиях к составу газа после очистки.

Узел предотвращения гидратообразования

Узел предотвращения гидратообразования должен обеспечивать исключение образования кристаллогидратов во внутренних полостях технологического оборудования. Узел предотвращения гидратообразования включает в себя подогреватели газа прямого нагрева или непрямого нагрева через теплоноситель, запорную арматуру на выходе/выходе узла.

Не рекомендуется применение подогревателей прямого (без промтеплоносителя) подогрева газа. В качестве теплоносителя при непрямом нагреве, в основном, используются диэтиленгликоль (ДЭГ), триэтиленгликоль (ТЭГ) или вода. Также при непрямом нагреве предусматриваются подводящие/отводящие линии теплоносителя с ручными затворами. Дополнительно при выборе подогревателей с промежуточным теплоносителем или теплообменников предусматривается защита и сигнализация при прорыве газа в полость теплоносителя.

В обязательном порядке на УПТПИГ предусматривается не менее двух подогревателей, один из которых резервный. В среднем подогрев газа осуществляется на 15-25 градусов Цельсия в зависимости от температуры входящего потока и требуемой температуры потока на выходе.

Существуют два варианта подогрева рабочей среды: общий и частичный. При общем подогреве газа подразумевается прохождение всего потока через подогреватель с нагревом до требуемой температуры. При частичном подогреве происходит отбор части потока с нагревом до температуры выше требуемой с последующим возвращением отобранной части газа в общий поток. На современных УПТПИГ используется общий подогрев.

Узел редуцирования давления газа

Узел редуцирования должен осуществлять снижение и автоматическое поддержание заданного давления, подаваемого потребителю, обеспечивать стабильную работу во всем диапазоне выходного и выходного давления. Узел редуцирования включает в себя регуляторы давления, клапаны-отсекатели, шаровые краны на входе и выходе редуцирующих линий, КИП для замера и передачи параметров давления и температуры.

В цеховой системе редуцирования давления топливного газа должно быть предусмотрено:

- 100%-ный резерв регуляторов давления,

- автоматическое переключение рабочей и резервной линии,

- обвод регуляторов давления для обеспечения плавного заполнения линии.

Входящее давление газа может составлять от 6 до 12 МПа в зависимости от особенностей магистрального газопровода (протяженности, количества КС на МГ, давления газа, исходящего с УКПГ и прочих факторов). Выходное давление газа может составлять от 0,4 МПа до 6 МПа в зависимости от направления дальнейшего использования среды (например, на ГТУ топливный газ подается давлением около 4,0 МПа, на котельные и факельные установки – около 0,4 МПа).

Регуляторы подразделяются на два типа: регулирующие давление до себя и после себя. На УПТПИГ применяется оборудование, регулирующее давление после себя. Существует несколько основных типов конструкций регуляторов, например, процесс редуцирования давления газа может регулироваться самим газом, подаваемым в надмембранное пространство либо настроенной на заданное давление пружиной.

Вследствие уменьшения давления газа после регуляторов давления увеличивается скорость потока (закон Бернулли), поэтому поперечное сечение трубопроводов выходных линий на АГРС, ГИС увеличивается во избежание превышения параметра скорости потока в 25 м/с. Однако для УПТПИГ такое ограничение отсутствует, поэтому в большинстве случаев диаметр трубопровода либо не изменяется (например, вход – 150 мм, выход – 150 мм), либо устанавливается в соответствии с нормативно-технической документацией, регламентирующей допустимый уровень шума в трубопроводе.

Узел измерения расхода газа.

Узел измерения расхода газа на УПТПИГ предназначен для определения количества и объема подаваемого пускового, импульсного, топливного, затворного и прочих видов газа, а также газа, расходуемого на собственные нужды УПТПИГ.

Метрологическое обеспечение узлов измерений расхода газа должно отвечать требованиям СТО Газпром 5.0-2008 «Метрологическое обеспечение в ОАО «Газпром» и СТО Газпром 2-1.15-205-2008 «Метрологическое обеспечение при проектировании объектов газовой промышленности.

Номенклатура измеряемых параметров и точность измерений должна соответствовать СТО Газпром 5.37-2011 «Единые технические требования на оборудование узлов измерения расхода газа и количества природного газа, применяемых в ОАО «Газпром» с возможностью передачи данных в САУ УПТПИГ. Узел измерения расхода газа на УПТПИГ по назначению относится к классу Д (предел отпускаемой относительной погрешности или расширенной неопределенности измерений расхода газа не более 5%, в пределах 5% может устанавливаться Заказчиком).

Измерение расхода газа обеспечивается во всем диапазоне работы УПТПИГ.

В большинстве случаев узлы измерения расхода газа на УПТПИГ в целях резервирования не дублируются, поскольку в отличие от технологического оборудования, например, фильтров-сепараторов, опасность возникновения аварийной ситуации при выходе из строя оборудования отсутствует. Для проведения работ по ремонту либо замене измерительного устройства на узле измерения расхода газа устанавливается обводная линия (байпас).

Все применяемые средства и системы измерения должны иметь свидетельства об утверждении типа СИ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологическому обеспечению. Результаты измерения должны быть представлены в единицах величин, допущенных к применению в Российской Федерации в соответствии с ПР 50.2.102.2009.

Основными методами измерения расхода газа являются:

- измерение объемного расхода газа при рабочих условиях с последующим пересчетом к стандартным условиям,

- измерение массового расхода газа с последующим пересчетом к объемному расходу при стандартных условиях,

- метод переменного перепада давления.

Метод измерения расхода газа предполагает использование соответствующих измерительных средств (быстросменные сужающие устройства, ультразвуковые, массовые расходомеры и т.д.). Помимо измерительных средств в состав узла измерения входят вычислители и корректоры расхода, блок обработки информации, средства передачи информации на системой «верхнего уровня» (САУ УПТПИГ, АСУ ТП КЦ и т.д.).

Узел одоризации газа.

Узел одоризации предназначен для придания характерного запаха газу, изначально запаха не имеющего.

Узел одоризации должен обеспечивать контролируемую подачу одоранта в выходной газопровод.

Норму вводимого одоранта определяют паспортными данными. В большинстве случаев норма вводимого одоранта составляет 16 г (19,1 см3) на 1000 м3 газа (при 0 °С и 133 Па) для достижения запаха, ощущаемого в воздухе при концентрации газа в воздухе - 1%. В качестве одоранта используют этилмеркаптан. Наиболее известной маркой является смесь природных меркаптанов (СПМ) производства ООО «Оренбурггазпром» (ТУ 51-81-88).

При подаче газа потребителю одоризация газа является обязательным процессом, однако на УПТПИГ в подавляющем числе случаев газ используется на технологические нужды газоиспользующего оборудования, в том числе сжигается в виде топлива, поэтому необходимость установки узла одоризации на каждом выходе УПТПИГ определяется Заказчиком и проектной организацией. В большинстве случаев на УПТПИГ достаточно установки системы контроля загазованности и установка узла одоризации газа не требуется.

Система автоматического управления (САУ) УПТПИГ.

САУ УПТПИГ обеспечивает реализацию функций контроля и управления отдельными блоками и узлами и УПТПИГ в целом, как при работе при нормальном режиме, так и во внештатных ситуациях. Полный перечень функций САУ определяется Заказчиком в соответствии с нормативно-технической документацией. САУ УПТПИГ выполняется в соответствии с:

- ВРД 39-1.8-055-2002 «Типовые технические требования на проектирование КС, ДКС и КС ПХГ. Гл. 10. Требования к проектированию АСУ ТП КС (КЦ) – Нижний Новгород, 2002,

- СТО Газпром 097-2011 «Автоматизация, Телемеханизация, АСУ ТП добычи, транспортировки и подземного хранения газа. Основные положения».

УПТПИГ должна быть автоматизирована в объеме, обеспечивающем ее пуск, длительную работу, а также остановку без участия обслуживающего персонала «по месту», в режимах автоматического и дистанционного управления из АСУ ТП.

На установке применяются средства КИПиА двух видов: для отображения параметров среды и работы оборудования по месту и для передачи данных о параметрах среды и работы оборудования в САУ УПТПИГ (иногда эти функции совмещаются в одном приборе). Набор измеряемых и отображаемых на щите САУ УПТПИГ параметров определяется Заказчиком. Основные измеряемые параметры: расход газа (расходомеры в узле измерения расхода газа), давление (манометры, датчики давления), температура (термометры, датчики температуры).

УПТПИГ в России

По состоянию на 2016 год, в России действует более 250 компрессорных станций ПАО «Газпром», а также компрессорные станции независимых компаний, технологические процессы которых предполагают наличие УПТПИГ. Основными производителями данных установок по состоянию на 2016 г. являются ООО «Компрессор Газ», ЗАО «Уромгаз», ОАО «Сумское НПО им. М. В. Фрунзе».

Ссылки

• Типовые технические требования на проектирование КС, ДКС и КС ПХГ ВРД 39-1.8-055-2002
• ПАО "Газпром" - Единая система газоснабжения
• Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов СТО "Газпром" 2-3.5-051-2006
• Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения ГОСТ 5542-87
• Газы горючие природные, подаваемые в магистральные газопроводы ОСТ 51.40-83